余博臣 吳國保 金剛

【摘要】 目的：分析3D打印個體化截骨導板在脛骨高位開放截骨中的應用。方法：選取2021年6月—2022年6月上饒市人民醫(yī)院收治的膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎患者50例，采用隨機數(shù)字表法分為3D打印組（25例）和常規(guī)組（25例）。3D打印組采用3D打印截骨導板輔助脛骨高位截骨完成手術，常規(guī)組采用常規(guī)截骨方式完成手術。比較兩組手術時間、術中透視時間、術后力線偏差比值及手術前后的脛骨近端內側角（MPTA）、脛骨假體后傾角（PTS）和下肢負重線比率（WBL），采用視覺模擬評分法（VAS）、美國特種外科醫(yī)院膝關節(jié)功能評分（HSS）和美國膝關節(jié)協(xié)會評分（KSS）評估手術前后的疼痛感和膝關節(jié)功能，統(tǒng)計術后3個月內并發(fā)癥發(fā)生情況。結果：3D打印組手術時間、術中透視時間均明顯短于常規(guī)組，3D打印組術后力線偏差比值小于常規(guī)組（P<0.05）。與手術前相比，兩組術后1、3個月VAS評分均明顯降低，MPTA均明顯升高，且3D打印組VAS評分均低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），兩組術后1、3個月MPTA比較差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。與術前相比，兩組術后1、3個月HSS評分和KSS評分均明顯升高（P<0.05），且術后3個月HSS和KSS評分均較術后1個月更高。與術前相比，兩組術后1、3個月WBL、PTS均升高，且3D打印組WBL均高于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；兩組術前、術后1、3個月PTS比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。結論：3D打印截骨導板輔助脛骨高位截骨進行手術患者可明顯縮短手術時間及術中透視時間，改善患者膝關節(jié)功能及下肢力線，同時不會增加術后并發(fā)生發(fā)生風險。

【關鍵詞】 脛骨高位開放截骨術 個性化截骨導板 3D打印

Application of 3D Printing Personalized Osteotomy Guide Plate in Open High Tibial Osteotomy/YU Bochen， WU Guobao， JIN Gang. //Medical Innovation of China， 2023， 20（34）： 0-040

[Abstract] Objective： To analyze the application of 3D printing personalized osteotomy guide plate in open high tibial osteotomy. Method： A total of 50 patients with medial compartment osteoarthritis of knee joint admitted to Shangrao People's Hospital were selected and divided into the 3D printing group （25 cases） and the conventional group （25 cases） according to the random number table method from June 2021 to June 2022. The 3D printing group was given 3D printing personalized osteotomy guide plate assisted the high tibial osteotomy to complete the operation， while the conventional group was given routine osteotomy method to complete the operation. The operation time， intraoperative fluoroscopy time， postoperative alignment deviation ratio， medial proximal tibial angle （MPTA）， posterior tibial slope （PTS） and weight-bearing line （WBL） before and after operation were compared between the two groups， the visual analogue scale （VAS）， the American hospital for special surgery knee function score （HSS） and American knee society score （KSS） were used to evaluate the pain and knee function before and after operation， and the complications within 3 months after operation were recorded. Result： The operation time and intraoperative fluoroscopy time of the 3D printing group were significantly shorter than those of the conventional group， the postoperative alignment deviation ratio in the 3D printing group was smaller than that of the conventional group （P<0.05）. Compared with the preoperative， VAS scores were significantly decreased and MPTA was significantly increased in both groups at 1 month and 3 months after operation， and VAS scores in the 3D printing group were lower than those in the conventional group， the differences were statistically significant （P<0.05）， there were no statistically significant differences in MPTA between two groups 1 month and 3 months after operation （P>0.05）. Compared with the preoperative， HSS scores and KSS scores in two groups at 1 month and 3 months after operation were significantly elevated （P<0.05）， and HSS and KSS scores at 3 months after operation were higher than those at 1 month after operation. Compared with the preoperative， the WBL and PTS of the two groups were increased at 1 month and 3 months after operation， and the WBL of the 3D printing group were higher than those of the conventional group， the differences were statistically significant （P<0.05）; there were no significant differences in PTS between the two groups before operation， 1 month and 3 months after operation （P>0.05）. Conclusion： The application of 3D printing personalized osteotomy guide plate in open high tibial osteotomy can significantly shorten operation time and intraoperative fluoroscopy time， improve the knee joint function and lower limb alignment， and does not increase the risk of postoperative complications.

[Key words] Open high tibial osteotomy Personalized osteotomy guide plate 3D printing

First-author's address： Shangrao People's Hospital， Jiangxi Province， Shangrao 334000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.34.008

膝關節(jié)骨關節(jié)炎好發(fā)于老年人，且隨著年齡增長而癥狀逐漸加重，病因考慮為關節(jié)退變及劇烈活動、勞損等綜合原因^[1-2]。多數(shù)膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者初期癥狀較輕，若治療不及時，則會引起關節(jié)畸形，殘廢，影響正常生活^[3-4]。脛骨高位截骨術（HTO）是一種常用的骨外科手術方式，主要用于膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎治療，因其技術成熟、療效明確而受到臨床醫(yī)生和病患的青睞，但HTO對患者損傷較大，受制于術后易感染、并發(fā)癥較多、術后康復周期較長等因素，術后膝關節(jié)功能恢復效果欠佳^[5-6]。3D打印技術是近年來興起的一項高科技生產技術，具有個性化的模型優(yōu)勢，已廣泛應用于骨科實驗模型的制作、輔助材料打印、植入物打印和關節(jié)手術打印等領域，它可以為HTO的患者提供個性化的專屬器械和植入物，并能充分考慮到解剖變異和缺陷對療效的影響，從而顯著提高手術截骨的準確性、假體的機械強度和重建后膝關節(jié)的穩(wěn)定性^[7-9]。本研究分析3D打印個體化截骨導板在脛骨高位開放截骨中的應用，旨在為臨床治療膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎患者提供新的方向和思路。現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取上饒市人民醫(yī)院2021年6月—2022年6月接受治療的膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎患者50例。納入標準：符合文獻^[10]《骨關節(jié)炎診療指南》中相關診斷標準；膝內翻畸形位于脛骨側，脛骨近端內側角（MPTA）<85°；既往無膝關節(jié)手術史、感染史；臨床資料完整。排除標準：存在嚴重關節(jié)退變（Ahlback Ⅲ級及以上），多間室病變；嚴重高位髕股關節(jié)炎；膝關節(jié)固定屈曲畸形>15°；風濕性關節(jié)炎；膝關節(jié)屈伸范圍小于90°；存在嚴重骨質疏松；存在嚴重膝關節(jié)不穩(wěn)定；存在重要臟器功能障礙；精神障礙患者或語言障礙；存在患肢神經血管損傷；術后不配合患肢功能鍛煉。采用隨機數(shù)字表法將患者分為3D打印組（25例）和常規(guī)組（25例）?；颊呒捌浼覍倬敿毩私獗卷椦芯浚⒆栽负炇鹬橥鈺?，研究經本院醫(yī)學倫理委員會審核通過后開展。

1.2 方法

3D打印組采用3D打印截骨導板輔助脛骨高位截骨完成手術：患者進行常規(guī)檢查，術前行雙下肢全長X線片和CT檢查，測量截骨的生理結構。將獲得的數(shù)據(jù)輸入計算機，進行導板設計，通過3D打印技術定制截骨導板實體，并進行術前手術模擬。手術選擇膝關節(jié)脛骨結節(jié)內側切口，逐層切開暴露至脛骨確定截骨平面的內側起點，確認3D打印的膝關節(jié)模型安放骨科定位點并打入3枚克氏針固定。安裝3D股骨遠端截骨導板，確保定位模塊緊貼于膝關節(jié)解剖結構后進行截骨。根據(jù)假體型號安裝假體并用骨水泥固定，檢查力線以確保其狀態(tài)良好，留置一根負壓引流管，逐層關閉傷口。

常規(guī)組采用常規(guī)截骨方式完成手術：術前行雙下肢全長X線片檢查，使用Miniaci法計算出肢力學軸線及截骨位置，麻醉方式、體位和切口均與3D打印組相同，暴露脛骨確定截骨平面的內側起點，自該起點向外放入1枚克氏針，透視下確定截骨方向，再平行打入另一枚克氏針確定平面無誤，利用第三根克氏針測量該平面截骨深度，并確定冠狀截骨平面的方向，水平截骨自脛骨后緣3至脛骨中前1/3，緊貼克氏針；冠狀接骨面應截斷外側皮質，截骨后調整矯正角度，反復透視確認下肢力線，鎖定鈦板和螺釘固定該截骨角度，再次透視確認固定滿意，留置一根負壓引流管，逐層關閉傷口。

兩組術后均給予常規(guī)抗感染治療，均由專業(yè)康復治療人員指導患者進行術后功能鍛煉。兩組手術均由同一手術團隊醫(yī)生完成，且均隨訪至術后3個月。

1.3 觀察指標及評價標準

（1）比較兩組手術時間、術中透視時間、術后力線偏差比值。（2）比較兩組術前、術后1、3個月視覺模擬評分法（VAS）評分并測量脛骨近端內側角（MPTA）。VAS分值越高表示患者疼痛感越強烈^[7]。（3）比較兩組術前、術后1、3個月美國特種外科醫(yī)院膝關節(jié)評分（HSS）和美國膝關節(jié)協(xié)會評分（KSS）。用于評估膝關節(jié)功能，HSS由屈曲畸形、關節(jié)穩(wěn)定性、肌力、關節(jié)活動度、關節(jié)功能、疼痛6項組成，總分為100分，總分越低表示膝關節(jié)功能越差^[11]。KSS總分為100分，分值越低表示膝關節(jié)功能越差^[12]。（4）兩組術前、術后1、3個月均進行標準膝關節(jié)正側位X線檢查，測量比較脛骨假體后傾角（PTS）和下肢負重線比率（WBL）。（5）統(tǒng)計兩組術后3個月內并發(fā)癥發(fā)生情況，包括術后淺表感染、深部感染、傷口血腫、傷口延遲愈合、其他并發(fā)癥等情況，比較兩組并發(fā)癥總發(fā)生率。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較

3D打印組男16例，女9例；年齡50～68歲，平均（61.28±2.83）歲；體重指數(shù)（body mass index，BMI）20～27 kg/m²，平均（23.25±2.12）kg /m²；患肢：左側14例，右側11例；病程3～7年，平均（4.78±1.63）年。常規(guī)組男12例，女13例；年齡50～67歲，平均（59.77±2.91）歲；BMI 19～27 kg/m²，平均（22.98±2.05）kg/m²；患肢：左側10例，右側15例；病程3～8年，平均（4.92±1.74）年。兩組患者在性別、年齡、BMI、患肢和病程等方面比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05），具有可比性。

2.2 兩組手術時間、術中透視次數(shù)和術后力線偏差比值比較

3D打印組手術時間、術中透視時間均明顯短于常規(guī)組，3D打印組術后力線偏差比值小于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），見表1。

2.3 兩組VAS評分和MPTA比較

兩組術前VAS評分和MPTA比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；與術前相比，兩組術后1、3個月VAS評分均明顯降低，MPTA均明顯升高，且3D打印組VAS評分均低于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），兩組術后1、3個月MPTA比較差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。見表2。

2.4 兩組HSS和KSS評分比較

兩組術前、術后1、3個月HSS評分和KSS評分比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。與術前相比，兩組術后1、3個月HSS評分和KSS評分均明顯升高（P<0.05），且術后3個月HSS和KSS評分均較術后1個月更高。見表3。

2.5 兩組PTS和WBL比較

兩組術前WBL比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；與術前相比，兩組術后1、3個月WBL、PTS均升高，且3D打印組WBL均高于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；兩組術前、術后1、3個月PTS比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。見表4。

2.6 兩組并發(fā)癥總發(fā)生率比較

兩組術后淺表感染、深部感染、傷口血腫、傷口延遲愈合、其他并發(fā)癥等并發(fā)癥總發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計學意義（χ²=1.767，P=0.184），見表5。

3 討論

膝關節(jié)骨關節(jié)炎是一種無菌性、慢性、進行性侵犯關節(jié)的老年骨關節(jié)疾病，由于膝關節(jié)的疼痛與功能障礙嚴重影響患者的生活質量^[13-14]。HTO是一種充分利用膝關節(jié)健康軟骨的有利條件，使部分正在退變的軟骨得到修復的保膝技術，可以減輕癥狀，延緩骨關節(jié)炎的發(fā)展，最早用于治療原發(fā)性膝關節(jié)畸形，后又被用于治療膝關節(jié)炎，因其安全可靠受到越來越多骨科醫(yī)生及患者的關注，但部分患者術后可出現(xiàn)感覺障礙、運動障礙、肌肉萎縮等后遺癥^[15-17]。3D打印個性化導板輔助脛骨高位截骨手術可幫助手術實施者精準操作，最大程度緩解疼痛并保留關節(jié)功能，實現(xiàn)膝關節(jié)置換的個性化精準治療^[18-19]。

本研究采用3D打印組手術時間、術中透視時間均明顯短于常規(guī)組，3D打印組術后力線偏差比值小于常規(guī)組，說明3D打印截骨導板輔助HTO截骨更精準，更能達到理想的下肢力線，這與石威等^[8]研究結果基本一致。分析其原因可能是3D打印截骨導板輔助HTO截骨可制作個性化截骨導板和間隙填充塊，在導板和填充塊引導下行截骨矯正及鋼板安放，可以減少手術時間和術中透視次數(shù)。與術前相比，術后1、3個月VAS評分均明顯降低，MPTA均明顯升高，說明3D打印截骨導板輔助HTO可有效減輕疼痛感，改善膝關節(jié)外脛骨近端內翻程度，隨著時間延長，其癥狀進一步改善。MPTA是反映保膝手術治療的患者脛骨近端形態(tài)參數(shù)改變情況的重要指標，在HTO手術中發(fā)揮重要作用，這與王興山等^[20]研究結果基本一致。分析其原因符合解剖結構，術中切口較小，軟組織剝離較少，可減輕術后疼痛，3D打印導板技術通過術前影像學資料制作所需要的導板，術中通過導板進行定位、定點，并確定線、面及其方向和深度，從而精確實施截骨，有效改善MPTA。本研究中，與術前相比，兩組術后1、3個月HSS和KSS評分明顯升高，說明采用3D打印截骨導板輔助HTO患者膝關節(jié)功能得到明顯改善。這與楊家駒等^[21]研究結果基本一致。

PST是膝關節(jié)矢狀位形態(tài)的重要結構，臨床上常被用來評估全膝關節(jié)置換術后假體位置是否合適，WBL可評估患者術后下肢力線特點，可作為設計目標力線和進行術前計劃的重要參照。本研究中，與術前相比，兩組術后1、3個月WBL、PTS均升高，且3D打印組WBL均高于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），兩組術前、術后1、3個月PTS及并發(fā)癥總發(fā)生率比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。說明采用3D打印截骨導板輔助HTO可糾正關節(jié)外畸形，恢復正常的下肢力線；且該手術方案不會增加術后并發(fā)生癥發(fā)生風險，具有一定的安全性。

綜上所述，3D打印截骨導板輔助HTO進行手術可明顯縮短手術及術中透視時間，改善膝關節(jié)功能，恢復正常的下肢力線，同時不會增加術后并發(fā)生發(fā)生風險。盡管本研究可為臨床治療膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎患者提供新的治療方案，但仍存在一定的局限性：臨床樣本量納入較小，且患者來源于同一家醫(yī)院，可能存在數(shù)據(jù)偏移；此外，隨訪時間較短，該手術方案對患者長期效果的影響尚未可知，今后需擴大樣本量聯(lián)合多家研究中心進行長期隨訪研究。

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（收稿日期：2023-03-29） （本文編輯：郝天煜）

*基金項目：上饒市基礎應用研究計劃項目（2021F011）

①江西省上饒市人民醫(yī)院 江西 上饒 334000

通信作者：吳國保