3D打印技术对全膝关节置换术患者围手术期临床指标及预后情况的影响分析*

彭良贞，张凤海

（信阳一五四医院 创伤骨科C区，河南 信阳 464000 ）

全膝关节置换术（TKA）是一种将退化关节软骨组织替换为人工假体的手术，也是目前用于治疗终末期膝骨性关节炎、类风湿关节炎等常见膝关节疾病患者的主要术式，对上述患者实施TKA 手术治疗可帮助患者关节功能重建，对促进其膝关节功能恢复并改善患者预后均有重要意义。研究［1］指出，为患者设计合理的截骨量及假体尺寸是确保手术疗效的关键所在。此前临床在患者的TKA 术中，会基于术前CT 检查结果，将髓腔打开后为其设计关节假体并确定截骨量。打开髓腔有利于医生直接观察患者病变情况。但临床实践表明［2-3］，经传统TKA 治疗后，绝大部分患者可因术中设计误差而导致术后假体松动或安置不当，除可对膝关节活动度及下肢力线恢复产生不利影响外，还可导致患者生活质量严重下降。近年随医疗卫生事业的不断发展，3D 打印技术被逐步用于各类骨关节病患者的手术方案设计中，研究指出［4］，通过3D 打印技术为患者进行三维建模，传入相应骨切模数据并经快速成形技术打印出的骨切模实物与患者髓腔适配度更高，更有利于关节功能重建。为进一步优化膝关节病患者的TKA 手术疗效，本研究主要探讨3D 打印技术辅助TKA对膝关节病患者围手术期临床指标及预后情况的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性研究，纳入2021 年1 月至2022 年6 月至信阳一五四医院接受TKA 术治疗的50 例膝关节病患者为研究对象，基于抽签法，将患者均分为试验组和对照组，各25 例。试验组中男15 例，女10 例；年龄62～88 岁，平均（75.12±0.25）岁；术前膝关节HSS 评分［5］32～58 分，平均（45.11±0.23）分；疾病类型：膝骨性关节炎18 例、类风湿关节炎7 例。对照组中男13 例，女12 例；年龄60～90 岁，平均（75.15±0.17）岁；术前膝关节HSS 评分30～60 分，平均（45.14±0.17）分；疾病类型：膝骨性关节炎20 例、类风湿关节炎5 例。两组患者一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本次研究已获得医院伦理委员会批准（00121）。

纳入标准：①均确认存在膝骨性关节炎或类风湿关节炎等膝关节病；②符合TKA 手术指征［6］，自愿接受此手术治疗；③经HSS 评分评估分值均在60 分及以下，确认存在膝关节功能障碍；④均为60 岁以上老年人；⑤均已知悉此次研究相关试验内容，同意且自愿参与研究，均已签署同意书。

排除标准：①伴有感染性疾病或免疫机制异常者；②伴有严重出血倾向或凝血机制障碍者；③存在肝肾功能损伤或其他手术禁忌证者；④恶性肿瘤者；⑤存在认知、精神障碍性疾病者；⑥依从性差，不愿配合完成此次研究者。

1.2 方法

1.2.1 术前准备 根据手术室安排表确定患者手术时间后，于术前1 d 完成血尿常规、心肺功能、肝肾功能、凝血功能、下肢多普勒超声等基础检查，确认无手术禁忌证后，嘱其术前8 h 禁食，术前2 h 禁水以做好手术准备。同时对患者实施膝关节CT 检查，确认病变位置及周围组织侵犯情况，检查范围为距膝关节上下10 cm 处，需扫描至有髌骨韧带附着的胫骨结节处。

1.2.2 手术过程 ①对照组麻醉满意后嘱其取伸膝体位，于膝关节正中处作手术切口，逐层切除半月板、骨赘、后侧交叉韧带后，将周围组织清理干净以充分保留病灶；经直视下观察髌骨轨道，经松解内侧韧带后将髌骨周围软组织彻底清除；将关节腔内修剪后的骨屑冲洗后嵌入并固定骨水泥，置入胫骨假体；安装垫片后确认下肢力线无异常，即可放置负压引流管并逐层缝合切口。②试验组完成术前常规检查及膝关节CT 扫描后，即根据检查结果，应用3D 打印技术进行三维建模，测量比计算患侧股骨外翻角、胫骨平台后倾、外旋角等相关参数后，由医生根据测量结果预先制定相应大小、形状的股骨、胫骨假体；明确截骨角度及截骨量后将以上数据保存为骨切模数字文件，并全部传入3D 打印机中，基于3D 打印技术的快速成型技术，为患者打印出由聚酰胺制成的骨切模实物；麻醉满意后同样于膝关节正中处将皮下组织逐层切开后于髌骨内侧至胫骨结节处作一弧形手术切口，打开并吸净关节囊内积液后将患肢屈曲呈90°，保持髌骨外翻并依次清理骨赘、周围组织残留物等；将近端胫骨切模置入，确认贴合良好即按3D 建模计算的切模方案进行截骨操作，后于胫骨近端处打孔并应用脉冲枪进行生理盐水冲洗，后注入骨水泥将截骨固定满意后安装相应假体和垫片，确认下肢力线无异常，即可放置负压引流管并逐层缝合切口。

1.2.3 术后处理 术后两组患者均统一予以常规抗感染治疗，同时密切关注引流情况，待引流量＜50 mL 时即可拔除引流管，但引流总时长最多不超过48 h，引流管拔除后即可指导患者开展膝关节功能锻炼。

1.3 观察指标

①记录并比较两组患者在不同手术方案下的手术耗时及术中出血量。②于术前、术后测量并比较两组患者的膝关节活动度以及下肢离线改善情况，膝关节活动度包括屈伸（0～130°）、内旋（0～30°）、外旋（0～40°），下肢力线即指股骨、胫骨机械轴之间夹角，参考值一般在0～5°。③于术前、术后采用美国膝关节协会综合评分（AKS）［7］、膝关节功能Lysholm 评分［8］、膝关节IKDC 主观症状评分［9］评估两组膝关节功能改善情况，AKS 量表包括疼痛（满分50 分）、活动度（满分25 分）、稳定性（满分25 分）、功能评分（满分100 分），另含4 项扣分项目，扣分分值0～53 分，总分越高提示膝关节功能越好；Lysholm 量表包括8 个评分项目，总分0～100 分，分值越高提示膝关节功能越好；IKDC 量表包含10 个条目，总分0～97 分，分值越高提示膝关节功能越好。④统计并比较两组患者术后并发症发生情况，主要包括继发感染、关节松动、关节僵硬、下肢静脉血栓等四种。

1.4 统计学方法

数据均采用软件SPSS 22.0 处理。计数资料以百分率（%）表示，用χ2检验；计量资料以均数±标准差（）表示，用t检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者手术情况比较

在不同手术方案下，试验组的手术耗时及术中出血量均低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组患者手术情况比较（n=25,）

表1 两组患者手术情况比较（n=25,）

2.2 两组患者手术前后膝关节功能状态比较

术前，两组患者的膝关节功能状态近似，差异无统计学意义（P＞0.05）；术后，试验组的膝关节活动度大于对照组，下肢力线角度小于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 两组患者手术前后膝关节功能状态比较（n=25,,°）

表2 两组患者手术前后膝关节功能状态比较（n=25,,°）

2.3 两组患者手术前后膝关节功能评分比较

术前，两组患者的膝关节功能评分近似，差异无统计学意义（P＞0.05）；术后，试验组的AKS、Lysholm、IKDC 评分均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表3 两组患者手术前后膝关节功能评分比较（n=25,,分）

表3 两组患者手术前后膝关节功能评分比较（n=25,,分）

2.4 两组患者术后并发症发生率比较

在不同手术方案下，试验组的术后并发症发生率［8.00%（2/25）］ 低于对照组［20.00%（5/25）］，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表4。

表4 两组患者术后并发症发生率比较 ［n=25,n(%)］

3 讨论

膝关节为人体重要的负重关节，膝关节病是目前临床十分常见的疾病类型。随年龄增长、骨量及骨密度水平下降，受免疫机制障碍影响，人们罹患膝关节病的风险也会逐步升高。此病不仅会严重影响患者日常工作及生活质量，还可严重危害其身心健康［10］。目前针对症状较轻的膝骨性关节炎或类风湿关节炎患者，临床常会通过口服或关节腔内注射相应药物进行保守治疗，但对于病情较为严重、存在剧烈疼痛、肿胀症状及膝关节功能明显受限者，临床则更多建议实施手术治疗。TKA 为目前各类终末期膝关节病患者的首选治疗方案，通过打开髓腔、截取病变关节段并置入相应人工假体可一定程度促进关节功能重建，进而改善患者预后。明确截骨量并设计适宜的关节假体是确保手术成功的关键所在，但研究指出［11］，在临床实践中常有患者因设计不当而导致术后假体松动或功能恢复不佳，仍可对其预后产生不利影响。如何优化此类患者的TKA 手术设计、提升手术疗效为目前临床研究的重要课题。

3D 打印技术为一种基于计算机快速成型的增材制造技术，通过设计相应数字模型文件并传入服务器后，即可应用多种粉末状的可粘合材料逐层打印实物，自2019 年美国首次应用3D 打印技术制造大鼠中枢神经结构脊髓支架、并成功恢复大鼠运动功能后，该技术目前已被逐步用于临床多种手术方案设计中［12］。本研究结果显示，经3D打印技术辅助TKA 手术治疗的试验组患者手术耗时及术中出血量均低于实施传统TKA 治疗的对照组，考虑原因如下：3D 打印技术可在结合患者术前CT 检查结果的基础上，通过计算机技术为其进行三维建模，与传统人工手术参数设计相比，此建模技术的准确度更高，在3D 骨切模引导下进行截骨并设计人工假体尺寸的效率更高，医生在3D数据的指导下也可实现精准的骨截取和假体置入操作，对提高患者手术效率、降低术中对关节周围组织的损伤及出血风险均有重要意义［13］。研究结果显示，在3D 打印技术辅助下，试验组术后膝关节活动度大于对照组，下肢力线角度小于对照组（P＜0.05），提示此技术对指导临床手术开展有重要意义。在基于3D 建模数据为患者建立相应参数的假体模型后，医生还可在计算机上对手术实操过程进行反复模拟演练，从而实现对手术结果的预测及评估，更有利于在临床实践中纠正下肢力线、明确截骨量，经最大限度提升手术精确度后，即可实现对患者的有效治疗，对促进其术后膝关节活动度及功能恢复均有积极作用［14］。故研究中，试验组术后AKS、Lysholm、IKDC 评分均高于对照组（P＜0.05）。传统TKA 除需在术前对患者患肢进行CT 影像学检查外，为确保操作准确性，还会在术中打开患者髓腔，经直视下实现对患者的手术治疗，与传统TKA 相比，经3D 技术辅助下的TKA 无需另外打开患者髓腔，经计算机引导即可向关节腔内准确灌入骨水泥并置入假体、垫片，可有效减少对患者机体组织造成的损伤，并降低术后并发症发生风险［15］。故试验组经3D打印技术辅助TKA 治疗后，其术后并发症发生率［8.00%（2/25）］低于对照组［20.00%（5/25）］（P＜0.05）。

综上所述，应用3D 打印技术辅助TKA 术治疗膝关节病患者可有效提升其手术效率及安全性，对促进患者膝关节功能状态恢复、降低术后并发症发生风险均有重要意义。