3D打印技術(shù)讓膝關(guān)節(jié)炎病人不再擔憂“人老腿先老”

來源：上海九院王金武團隊

隨著老齡化社會的步入,老年人口數(shù)的不斷上升,骨關(guān)節(jié)炎(OA)也成為威脅中老年人群健康,致殘中老年人群的主要因素之一。全球約有1.9億OA患者,且人數(shù)不斷增加,發(fā)病率隨年齡遞增,小于40歲為5%,60歲～75歲高于50%,大于75歲高達80%。

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎是OA的最常見類型,是一種慢性、無菌性、進行性侵犯關(guān)節(jié)的炎癥,最終致關(guān)節(jié)疼痛,畸形和功能障礙,影響病人的活動能力和生活質(zhì)量。資料表明60歲以上人群,幾乎100% 有膝關(guān)節(jié)退變的組織學表現(xiàn),60%～80%可見OA的X線征象,其中20%有疼痛和活動受限;國內(nèi)的發(fā)病率高達8.3%。

膝關(guān)節(jié)作為主要的承重和運動關(guān)節(jié)，在人類日常生活中扮演著重要的角色。膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生與發(fā)展嚴重影響了患者的生活質(zhì)量，因其影響時間長、治療費用高昂和高致殘率的特點，已經(jīng)成為一種嚴重的社會負擔。

膝骨關(guān)節(jié)炎的診斷
下肢力線的測量一般采用負重位下肢力線全長X線片進行測量。除此之外，脛股角也常被用作膝骨關(guān)節(jié)炎的診斷。脛股角是股骨長軸和脛骨長軸相交于膝關(guān)節(jié)中心而形成的向外側(cè)的夾角，平均為174°

針對膝骨關(guān)節(jié)炎的物理治療方式中最常用的是佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具。早中期膝骨關(guān)節(jié)炎患者通過佩戴合適的膝關(guān)節(jié)矯形支具可以延緩甚至抑制關(guān)節(jié)的退變或增生，延后手術(shù)治療的時間，甚至可以避免手術(shù)治療。膝骨關(guān)節(jié)炎的支具矯治是一個長期過程，對于膝骨關(guān)節(jié)炎患者，短期佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具可以減輕關(guān)節(jié)疼痛，長期佩戴可以達到矯正患肢力線、永久改變關(guān)節(jié)間室間隙的目的。因此，矯形支具治療是手術(shù)之前很長一段時間最重要的治療手段。

膝關(guān)節(jié)矯形支具現(xiàn)狀

三（四）點力式矯形原理

優(yōu)點：矯正下肢力線，增大患側(cè)間室間隙，減小患側(cè)間室負荷
缺點：減小對側(cè)間室間隙，增大對側(cè)間室負荷，加劇對側(cè)磨損

除常見的三、四點力矯形器以外，我們還通過對膝關(guān)節(jié)兩側(cè)分別施加大小不等的軸向拉伸力，根據(jù)作用力與反作用力原理、杠桿平衡原理及力的分解原理，產(chǎn)生一個向力較小側(cè)方向的矯正力矩，通過矯正力線，減輕患者患側(cè)負荷的同時，對對側(cè)進行局部減荷，從而避免加劇對側(cè)的磨損。

在此基礎(chǔ)上，王金武教授團隊還將3D打印技術(shù)運用在了膝關(guān)節(jié)矯形支具的設(shè)計制造中，研發(fā)了新型個性化3D打印單側(cè)減荷式膝關(guān)節(jié)支具，在個性化治療的同時還減輕了矯形支具的重量，大幅度提升了患者佩戴矯形支具時的舒適度。

患者未佩戴（左）和佩戴（右）

患者佩戴矯形器行走，并通過步態(tài)實驗對佩戴支具前后的步態(tài)數(shù)據(jù)進行測算、分析。實驗數(shù)據(jù)結(jié)果初步證明，受試者佩戴膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)減壓矯形器后，支撐相后期（膝關(guān)節(jié)承重的重要周期）膝關(guān)節(jié)外翻角增大，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)力線向外側(cè)轉(zhuǎn)移，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)壓力降低。對于早、中期的膝骨關(guān)節(jié)炎患者，佩戴合理設(shè)計的膝關(guān)節(jié)矯形支具能夠矯正下肢力線，從而減輕患髁受力，減輕疼痛、改善患處功能并增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。

專家介紹
醫(yī)學博士，主任醫(yī)師，教授，博導(dǎo)�，F(xiàn)任上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院骨科主任醫(yī)師，上海交通大學生物醫(yī)學工程學院教授，教育部數(shù)字醫(yī)學臨床轉(zhuǎn)化教育部工程中心副主任，民政部智能控制與康復(fù)技術(shù)重點實驗室副主任，轉(zhuǎn)化醫(yī)學國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）創(chuàng)新醫(yī)療器械注冊研究與臨床轉(zhuǎn)化服務(wù)中心主任，轉(zhuǎn)化醫(yī)學國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）-數(shù)字醫(yī)學與生物3D打印實驗室主任，上海市衛(wèi)健委骨與關(guān)節(jié)康復(fù)醫(yī)學科重點學科帶頭人，上海交通大學康復(fù)輔具創(chuàng)新中心主任，十三五科技部國家重點研發(fā)計劃首席科學家，上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人，中華醫(yī)學會上海數(shù)字醫(yī)學�？品謺�候任主委。先后承擔了包括科技部重點研發(fā)計劃（生物3D打�。�、科技部“863”（高精度3D打印裝備制造）與“973”（多級微納骨修復(fù)生物材料）子課題、國家自然基金在內(nèi)的國家級課題7項，省部級課題16項；同時領(lǐng)銜民政部3D打印康復(fù)輔具標準研究課題和上海市人民政府康復(fù)輔具產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略研究課題各一項，參編專著20部（主編1部，副主編5部），在上海交大設(shè)立數(shù)字醫(yī)學與3D打印前沿醫(yī)工交叉轉(zhuǎn)化研究生課程，第一作者發(fā)表包括SCI論文70余篇（其中Nature與Science旗下子刊共3篇）。

在戴尅戎院士的指導(dǎo)與支持下，率先申請到國內(nèi)第一個3D打印醫(yī)療器械注冊證，也是注冊人制度下科研機構(gòu)申請到的國內(nèi)首張醫(yī)療器械注冊證。

專長：復(fù)雜的肩關(guān)節(jié)周圍骨折的微創(chuàng)治療；肩關(guān)節(jié)鏡下肩袖損傷與肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)的微創(chuàng)治療；肩肘關(guān)節(jié)置換；3D打印康復(fù)輔具與骨關(guān)節(jié)內(nèi)植物3D打印的臨床轉(zhuǎn)化，通過顯微外科和定制式人工關(guān)節(jié)技術(shù)進行肩關(guān)節(jié)腫瘤的保肢治療。