3D打印膝關(guān)節(jié)置換的研究現(xiàn)狀

作者：山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨關(guān)節(jié)科    楊自權(quán)
來(lái)源：中國(guó)骨傷2020年1月第33卷第1期

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎（KOA）是高發(fā)于中老年人的退行性關(guān)節(jié)疾病，其主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨退變、骨贅增生及關(guān)節(jié)周圍軟組織疼痛，關(guān)節(jié)功能障礙等。研究顯示我國(guó)有癥狀的KOA的患病率為8．1％，患病人群中女性比例高于男性；體重是影響發(fā)病率的重要因素；其他影響患者生活質(zhì)量的因素還包括關(guān)節(jié)疼痛程度、病程、受教育程度，是否存在其他合并疾病等。人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)作為終末期KOA主要的治療手段，已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程，目前技術(shù)方法已經(jīng)越來(lái)越成熟。近年來(lái)，隨著數(shù)字化醫(yī)學(xué)、3D打印技術(shù)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)等在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，人工關(guān)節(jié)置換研究也進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)代，通過(guò)導(dǎo)航及數(shù)字化配準(zhǔn)假體定位可以獲得更好的下肢力線及軟組織平衡，通過(guò)3D打印技術(shù)能降低復(fù)雜關(guān)節(jié)置換手術(shù)難度而獲得更好的手術(shù)療效。階梯化治療和個(gè)性化治療的理念逐漸深入醫(yī)生的治療方案，在全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)之外，單髁關(guān)節(jié)置換、截骨力線矯正、髕股關(guān)節(jié)置換等治療技術(shù)的快速發(fā)展和深入研究，使得KOA的治療手段更加多樣化。

數(shù)字化醫(yī)療在全膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用
全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）能顯著緩解患者的疼痛癥狀，改善關(guān)節(jié)功能狀態(tài)，提高患者術(shù)后的生活質(zhì)量，是目前治療各種嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)炎的常用手術(shù)，已經(jīng)成為治療終末期膝骨關(guān)節(jié)炎的主要治療手段。全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中下肢肢體力線的恢復(fù)、膝關(guān)節(jié)軟組織的平衡和人工關(guān)節(jié)假體旋轉(zhuǎn)、適配等的精確把控是影響手術(shù)成功的重要因素。雖然大多數(shù)的TKA手術(shù)可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的手術(shù)流程完成，但是對(duì)于特殊復(fù)雜畸形關(guān)節(jié)的處理，仍是困擾關(guān)節(jié)外科醫(yī)生的一個(gè)難題。

近幾年，隨著數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和不斷發(fā)展，3D打印、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)等數(shù)字骨科技術(shù)逐步應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換手術(shù)。對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)方法難以取得滿意療效的特殊復(fù)雜畸形的患者，3D打印技術(shù)以及各種個(gè)性化定制化假體的發(fā)展，能夠緩和甚至打破這種窘境，大大降低手術(shù)的難度而獲得良好的治療效果。目前應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助關(guān)節(jié)置換的相關(guān)報(bào)道日益增多，尤其在復(fù)雜畸形的關(guān)節(jié)置換中更為推薦。對(duì)于較難處理而經(jīng)常出現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中遇到的骨缺損問(wèn)題，構(gòu)建新型多孔金屬墊塊來(lái)應(yīng)對(duì)也是3D打印技術(shù)的運(yùn)用實(shí)例。2019年，中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)數(shù)字骨科學(xué)組、國(guó)際矯形與創(chuàng)傷外科學(xué)會(huì)（SICOT）中國(guó)部數(shù)字骨科學(xué)組聯(lián)合發(fā)布了對(duì)3D打印醫(yī)療器械產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制等方面的專家共識(shí)，將會(huì)推動(dòng)3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。在可期的將來(lái)，數(shù)字化醫(yī)學(xué)將更好地應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中來(lái)，為更多的患者提供個(gè)體化、精準(zhǔn)化的治療方案。

計(jì)算機(jī)輔助骨科導(dǎo)航技術(shù)（CAOS）是數(shù)字醫(yī)學(xué)在骨科中的應(yīng)用實(shí)例，其將圖像處理、立體定位、精密機(jī)械和外科手術(shù)相結(jié)合，可為骨科醫(yī)生充提供更充分的數(shù)字化信息，使得醫(yī)生可以在術(shù)前做出詳細(xì)的評(píng)估和手術(shù)計(jì)劃，提高了手術(shù)操作的精確性和安全性。對(duì)于膝關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)置換，CAOS技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）可以提高人工關(guān)節(jié)假體安裝定位的準(zhǔn)確性。（2）可在術(shù)中動(dòng)態(tài)觀察人工關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。（3）無(wú)須髓內(nèi)定位，可以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)手術(shù)，減少患者術(shù)中術(shù)后的失血量、降低手術(shù)并發(fā)癥。（4）未來(lái)可通過(guò)與5G技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療，使醫(yī)療資源的利用更充分。

本期于清波等回顧分析傳統(tǒng)入路全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)與計(jì)算機(jī)導(dǎo)航下全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的臨床療效，發(fā)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航指導(dǎo)下開展全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，較單一全膝關(guān)節(jié)置換雖延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間，但更利于減少患者圍術(shù)期失血量，患者術(shù)后異體輸血率降低，關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況理想，且并發(fā)癥少，安全可靠。本文計(jì)算機(jī)導(dǎo)航組共有65例，相信隨著手術(shù)例數(shù)的增加，度過(guò)了學(xué)習(xí)曲線，導(dǎo)航組的手術(shù)時(shí)間會(huì)逐步減少，療效會(huì)更有提高。

單間室關(guān)節(jié)炎的治療
單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)    膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)（UKA）與TKA同時(shí)出現(xiàn)于20世紀(jì)60至70年代。相較于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，單髁置換術(shù)具有創(chuàng)傷小、出血少及恢復(fù)快等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有利于保留膝關(guān)節(jié)力學(xué)，并保持更多的功能解剖結(jié)構(gòu)。對(duì)于活動(dòng)較為活躍的患者，單髁置換術(shù)比全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)更有效。但單髁置換術(shù)適用范圍較全膝置換術(shù)也相對(duì)較窄，僅適用于單間室病變嚴(yán)重而其他間室無(wú)病變或者病變較輕的患者。同時(shí)，相比于接受全膝關(guān)節(jié)置換的患者，選擇UKA的患者對(duì)于術(shù)后的期望水平更高。早期研究發(fā)現(xiàn)，UKA治療前交叉韌帶功能不良的嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室關(guān)節(jié)炎失敗率可達(dá)16．2％。因此，目前UKA手術(shù)通常適用于前交叉韌帶功能良好患者，但近年也有研究發(fā)現(xiàn)，前交叉韌帶功能不良組在固定平臺(tái)UKA后也可獲得較好臨床效果。關(guān)于UKA的假體類型，目前臨床上常用的假體類型主要包括兩類：活動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)型。Knif-sund等曾總結(jié)研究了1076例牛津單髁假體以及2279例骨水泥固定假體置換的5年生存率，顯示生物固定假體生存率（93．7％）高于骨水泥固定假體（92．2％）。在理論上，活動(dòng)平臺(tái)假體更接近膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)，匹配度更高，且可避免聚乙烯襯墊的磨損。但如果出現(xiàn)下肢力線不良或軟組織失衡將加速外側(cè)間室關(guān)節(jié)炎的發(fā)展和假體脫位的風(fēng)險(xiǎn)。固定平臺(tái)假體手術(shù)要求相對(duì)簡(jiǎn)單，但是依舊對(duì)力線要求較高，否則容易造成對(duì)側(cè)襯托磨損。

總而言之，在UKA手術(shù)中術(shù)者對(duì)力線的把握將是極為重要的一環(huán)。對(duì)于內(nèi)側(cè)間室UKA如果下肢內(nèi)翻過(guò)度矯正時(shí)，外側(cè)間室承受的應(yīng)力會(huì)大大增加，這可能是術(shù)后外側(cè)間室性骨關(guān)節(jié)炎的危險(xiǎn)因素之一。UKA作為一項(xiàng)療效確切的外科手術(shù)，仍有很大發(fā)展研究前景。

下肢力線截骨矯形術(shù)    近年來(lái)，下肢力線的矯正在保膝手術(shù)中備受重視。其中，脛骨高位截骨術(shù)（HTO），腓骨近端截骨術(shù)（PFO）的應(yīng)用與發(fā)展取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前HTO手術(shù)常用于治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室關(guān)節(jié)炎。HTO術(shù)通過(guò)脛骨近端的截骨矯形手術(shù)，改變患者下肢負(fù)重力線，改變膝關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布，將負(fù)重轉(zhuǎn)移至未受損或者受損較輕的外側(cè)間室，從而減輕骨關(guān)節(jié)炎的癥狀，延緩關(guān)節(jié)退變。同時(shí)，HTO對(duì)力線的矯正效果，可以用于股骨或者脛腓骨骨折后造成的創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的患者，對(duì)這些患者下肢力線的糾正，可以為未來(lái)可能進(jìn)行的全膝關(guān)節(jié)置換建立更好的力學(xué)基礎(chǔ)。最近的研究顯示，隨著對(duì)脛骨坡度的了解和矯正技術(shù)的進(jìn)步，提高了HTO術(shù)后膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，因此其手術(shù)適應(yīng)證已擴(kuò)大到后外側(cè)松弛，內(nèi)翻過(guò)度，前交叉韌帶缺損等方面。體重指數(shù)、年齡和術(shù)前關(guān)節(jié)退變程度是影響HTO患者術(shù)后療效的關(guān)鍵因素。有研究顯示，術(shù)前體重指數(shù)高于27．5是手術(shù)失敗的重要危險(xiǎn)因素，且HTO也不建議用于65歲以上的患者。盡管HTO術(shù)后患者的運(yùn)動(dòng)范圍較UKA稍好，但UKA在功能性結(jié)果，疼痛評(píng)估和并發(fā)癥方面均比HTO更有優(yōu)勢(shì)。只要選擇得當(dāng)，HTO或UKA都是治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室關(guān)節(jié)炎有效的外科治療方法。

不均勻沉降理論認(rèn)為膝關(guān)節(jié)單側(cè)間室性關(guān)節(jié)炎多發(fā)生在內(nèi)側(cè)間室，骨質(zhì)疏松是其始動(dòng)因素，隨著骨小梁變薄、數(shù)量減少，膝關(guān)節(jié)應(yīng)力分散功能減弱，從而發(fā)生微骨折，而外側(cè)平臺(tái)因有腓骨支撐，導(dǎo)致了平臺(tái)內(nèi)外側(cè)沉降速率不一致，從而引發(fā)膝關(guān)節(jié)單側(cè)間室性關(guān)節(jié)炎。腓骨近端截骨術(shù)使保留的近端腓骨不再受遠(yuǎn)端腓骨和脛腓聯(lián)合的約束，通過(guò)附著在腓骨近端的肌肉（如比目魚肌和腓骨長(zhǎng)�。┭剡h(yuǎn)端方向牽拉腓骨頭，同時(shí)從后外側(cè)結(jié)構(gòu)傳遞張力，縮小了膝外側(cè)關(guān)節(jié)的空間，以抵消因負(fù)重引起的膝內(nèi)翻畸形，從而降低了膝內(nèi)側(cè)間室的壓力并緩解患者的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)疼痛。因此，臨床上可以通過(guò)腓骨近端截骨術(shù)治療膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎，目前文獻(xiàn)顯示部分患者接受腓骨高位截骨術(shù)后獲得了良好的療效。

本期中董伊隆等回顧性分析比較了腓骨近端截骨術(shù)與UKA治療不同嚴(yán)重程度膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的臨床療效，發(fā)現(xiàn)術(shù)后1年UKA組在疼痛、僵硬和軀體功能評(píng)分均優(yōu)于PFO組（P＜0．05）。但是PFO組具有創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、花費(fèi)少的優(yōu)勢(shì)，并在Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者中療效優(yōu)于UKA。相信隨著PFO技術(shù)的不斷完善和相關(guān)研究的深入，有望將成為膝關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)置換和脛骨高位截骨等手術(shù)之外的新的治療手段。

髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)    髕股關(guān)節(jié)炎患者在臨床工作中并不少見(jiàn)，在女性患者中更為多見(jiàn)。目前臨床上大多數(shù)髕股關(guān)節(jié)炎的患者主要以保守治療為主，手術(shù)治療主要針對(duì)終末期經(jīng)保守治療無(wú)效的髕股關(guān)節(jié)炎患者。對(duì)于髕股關(guān)節(jié)炎患者的治療到底是采用髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)還是全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)仍然存在爭(zhēng)議。據(jù)國(guó)外學(xué)者報(bào)道，髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)由于其創(chuàng)傷相對(duì)小，能夠獲得比全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)更好的膝關(guān)節(jié)功能和患者滿意度，但目前研究顯示髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)的翻修率高于全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)。

1979年Blazina等首次報(bào)道了髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)治療髕股關(guān)節(jié)炎，但由于剛開始受到手術(shù)技術(shù)以及假體類型等多方面因素的限制，導(dǎo)致了較高的失敗率。近年來(lái)，隨著手術(shù)技術(shù)及假體的發(fā)展，髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)逐步用于治療單純髕股關(guān)節(jié)病變的患者，取得了較為滿意的療效。第1代髕股關(guān)節(jié)假體采用Inlaｙ設(shè)計(jì)理念，主張使用假體單純替代軟骨病變區(qū)域，假體置入以病變區(qū)域軟骨下骨為參照，置換手術(shù)并未改變?cè)�有髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)制。如果患者膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制存在異常，必然會(huì)影響術(shù)后膝關(guān)節(jié)的功能，造成較高的翻修率。第2代髕股關(guān)節(jié)假體則采用Onlaｙ設(shè)計(jì)理念，主張以表面置換假體替代原有髕股關(guān)節(jié)區(qū)域，置換時(shí)不僅考慮到滑車的病變區(qū)域，更重要的是充分考慮到置入滑車假體與股骨遠(yuǎn)端解剖對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而從機(jī)制上適應(yīng)了髕股關(guān)節(jié)運(yùn)行的生理要求，髕骨軌跡得到顯著改善。第2代假體無(wú)論是緩解疼痛、關(guān)節(jié)活動(dòng)度，還是髕股關(guān)節(jié)功能都能得到較大的改善，臨床效果較為滿意。

本期中高華利等通過(guò)回顧性分析35例患者42膝的病例，證明了使用第2代假體髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)治療單純嚴(yán)重髕股關(guān)節(jié)炎早期臨床療效滿意，并發(fā)癥少，但應(yīng)嚴(yán)格把握適應(yīng)癥。退變嚴(yán)重病例可選用膝關(guān)節(jié)CT掃描定制髕股關(guān)節(jié)假體，減少術(shù)后并發(fā)癥，提高臨床療效。髕股關(guān)節(jié)假體的選擇必須要覆蓋整合髕股關(guān)節(jié)，不能只局限于病變的軟骨區(qū)域，保證周圍正常關(guān)節(jié)軟骨到假體滑車的平整過(guò)渡。髕股關(guān)節(jié)置換術(shù)必須保證術(shù)后正常的髕股軌跡，這對(duì)術(shù)后滿意療效至關(guān)重要。

隨著數(shù)字醫(yī)療的不斷發(fā)展，手術(shù)器械的不斷改進(jìn)，醫(yī)師對(duì)膝骨關(guān)節(jié)炎的認(rèn)識(shí)上升，從全膝關(guān)節(jié)置換到單間室微創(chuàng)治療，膝骨關(guān)節(jié)炎階梯性治療逐步發(fā)展成熟。相信在不久的將來(lái)，階梯性、個(gè)體化膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)會(huì)有進(jìn)一步的提升，讓更多的患者受益。