3D打印膝關節(jié)置換的研究現(xiàn)狀

作者：山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨關節(jié)科    楊自權
來源：中國骨傷2020年1月第33卷第1期

膝關節(jié)骨關節(jié)炎（KOA）是高發(fā)于中老年人的退行性關節(jié)疾病，其主要表現(xiàn)為膝關節(jié)關節(jié)軟骨退變、骨贅增生及關節(jié)周圍軟組織疼痛，關節(jié)功能障礙等。研究顯示我國有癥狀的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量的因素還包括關節(jié)疼痛程度、病程、受教育程度，是否存在其他合并疾病等。人工關節(jié)置換手術作為終末期KOA主要的治療手段，已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程，目前技術方法已經(jīng)越來越成熟。近年來，隨著數(shù)字化醫(yī)學、3D打印技術、計算機導航系統(tǒng)等在醫(yī)學領域內的應用，人工關節(jié)置換研究也進入新的發(fā)展時代，通過導航及數(shù)字化配準假體定位可以獲得更好的下肢力線及軟組織平衡，通過3D打印技術能降低復雜關節(jié)置換手術難度而獲得更好的手術療效。階梯化治療和個性化治療的理念逐漸深入醫(yī)生的治療方案，在全膝關節(jié)置換手術之外，單髁關節(jié)置換、截骨力線矯正、髕股關節(jié)置換等治療技術的快速發(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)療在全膝關節(jié)置換中的應用
全膝關節(jié)置換術（TKA）能顯著緩解患者的疼痛癥狀，改善關節(jié)功能狀態(tài)，提高患者術后的生活質量，是目前治療各種嚴重膝關節(jié)炎的常用手術，已經(jīng)成為治療終末期膝骨關節(jié)炎的主要治療手段。全膝關節(jié)置換手術中下肢肢體力線的恢復、膝關節(jié)軟組織的平衡和人工關節(jié)假體旋轉、適配等的精確把控是影響手術成功的重要因素。雖然大多數(shù)的TKA手術可以通過標準化的手術流程完成，但是對于特殊復雜畸形關節(jié)的處理，仍是困擾關節(jié)外科醫(yī)生的一個難題。

近幾年，隨著數(shù)字化技術在醫(yī)學領域內的應用和不斷發(fā)展，3D打印、計算機導航系統(tǒng)等數(shù)字骨科技術逐步應用于關節(jié)置換手術。對于傳統(tǒng)手術方法難以取得滿意療效的特殊復雜畸形的患者，3D打印技術以及各種個性化定制化假體的發(fā)展，能夠緩和甚至打破這種窘境，大大降低手術的難度而獲得良好的治療效果。目前應用3D打印技術輔助關節(jié)置換的相關報道日益增多，尤其在復雜畸形的關節(jié)置換中更為推薦。對于較難處理而經(jīng)常出現(xiàn)在膝關節(jié)翻修術中遇到的骨缺損問題，構建新型多孔金屬墊塊來應對也是3D打印技術的運用實例。2019年，中華醫(yī)學會醫(yī)學工程學分會數(shù)字骨科學組、國際矯形與創(chuàng)傷外科學會（SICOT）中國部數(shù)字骨科學組聯(lián)合發(fā)布了對3D打印醫(yī)療器械產(chǎn)品的標準和質量控制等方面的專家共識，將會推動3D打印在醫(yī)療領域的發(fā)展。在可期的將來，數(shù)字化醫(yī)學將更好地應用于膝關節(jié)置換術中來，為更多的患者提供個體化、精準化的治療方案。

計算機輔助骨科導航技術（CAOS）是數(shù)字醫(yī)學在骨科中的應用實例，其將圖像處理、立體定位、精密機械和外科手術相結合，可為骨科醫(yī)生充提供更充分的數(shù)字化信息，使得醫(yī)生可以在術前做出詳細的評估和手術計劃，提高了手術操作的精確性和安全性。對于膝關節(jié)人工關節(jié)置換，CAOS技術具有以下優(yōu)勢：（1）可以提高人工關節(jié)假體安裝定位的準確性。（2）可在術中動態(tài)觀察人工關節(jié)的運動學特性。（3）無須髓內定位，可以實現(xiàn)微創(chuàng)手術，減少患者術中術后的失血量、降低手術并發(fā)癥。（4）未來可通過與5G技術結合，實現(xiàn)遠程醫(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)入路全膝關節(jié)置換術與計算機導航下全膝關節(jié)置換術的臨床療效，發(fā)現(xiàn)在計算機導航指導下開展全膝關節(jié)置換術，較單一全膝關節(jié)置換雖延長了手術時間，但更利于減少患者圍術期失血量，患者術后異體輸血率降低，關節(jié)功能恢復情況理想，且并發(fā)癥少，安全可靠。本文計算機導航組共有65例，相信隨著手術例數(shù)的增加，度過了學習曲線，導航組的手術時間會逐步減少，療效會更有提高。

單間室關節(jié)炎的治療
單髁關節(jié)置換術    膝關節(jié)單髁置換術（UKA）與TKA同時出現(xiàn)于20世紀60至70年代。相較于全膝關節(jié)置換術，單髁置換術具有創(chuàng)傷小、出血少及恢復快等優(yōu)勢，同時有利于保留膝關節(jié)力學，并保持更多的功能解剖結構。對于活動較為活躍的患者，單髁置換術比全膝關節(jié)置換術更有效。但單髁置換術適用范圍較全膝置換術也相對較窄，僅適用于單間室病變嚴重而其他間室無病變或者病變較輕的患者。同時，相比于接受全膝關節(jié)置換的患者，選擇UKA的患者對于術后的期望水平更高。早期研究發(fā)現(xiàn)，UKA治療前交叉韌帶功能不良的嚴重膝關節(jié)內側間室關節(jié)炎失敗率可達16．2％。因此，目前UKA手術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UKA后也可獲得較好臨床效果。關于UKA的假體類型，目前臨床上常用的假體類型主要包括兩類：活動平臺和固定平臺型。Knif-sund等曾總結研究了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，活動平臺假體更接近膝關節(jié)生物力學，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間室關節(jié)炎的發(fā)展和假體脫位的風險。固定平臺假體手術要求相對簡單，但是依舊對力線要求較高，否則容易造成對側襯托磨損。

總而言之，在UKA手術中術者對力線的把握將是極為重要的一環(huán)。對于內側間室UKA如果下肢內翻過度矯正時，外側間室承受的應力會大大增加，這可能是術后外側間室性骨關節(jié)炎的危險因素之一。UKA作為一項療效確切的外科手術，仍有很大發(fā)展研究前景。

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

不均勻沉降理論認為膝關節(jié)單側間室性關節(jié)炎多發(fā)生在內側間室，骨質疏松是其始動因素，隨著骨小梁變薄、數(shù)量減少，膝關節(jié)應力分散功能減弱，從而發(fā)生微骨折，而外側平臺因有腓骨支撐，導致了平臺內外側沉降速率不一致，從而引發(fā)膝關節(jié)單側間室性關節(jié)炎。腓骨近端截骨術使保留的近端腓骨不再受遠端腓骨和脛腓聯(lián)合的約束，通過附著在腓骨近端的肌肉（如比目魚肌和腓骨長肌）沿遠端方向牽拉腓骨頭，同時從后外側結構傳遞張力，縮小了膝外側關節(jié)的空間，以抵消因負重引起的膝內翻畸形，從而降低了膝內側間室的壓力并緩解患者的膝關節(jié)內側疼痛。因此，臨床上可以通過腓骨近端截骨術治療膝關節(jié)內側間室骨關節(jié)炎，目前文獻顯示部分患者接受腓骨高位截骨術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與UKA治療不同嚴重程度膝關節(jié)骨關節(jié)炎的臨床療效，發(fā)現(xiàn)術后1年UKA組在疼痛、僵硬和軀體功能評分均優(yōu)于PFO組（P＜0．05）。但是PFO組具有創(chuàng)傷小、恢復快、花費少的優(yōu)勢，并在Ⅱ級、Ⅲ級膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者中療效優(yōu)于UKA。相信隨著PFO技術的不斷完善和相關研究的深入，有望將成為膝關節(jié)人工關節(jié)置換和脛骨高位截骨等手術之外的新的治療手段。

髕股關節(jié)置換術    髕股關節(jié)炎患者在臨床工作中并不少見，在女性患者中更為多見。目前臨床上大多數(shù)髕股關節(jié)炎的患者主要以保守治療為主，手術治療主要針對終末期經(jīng)保守治療無效的髕股關節(jié)炎患者。對于髕股關節(jié)炎患者的治療到底是采用髕股關節(jié)置換術還是全膝關節(jié)表面置換術仍然存在爭議。據(jù)國外學者報道，髕股關節(jié)置換術由于其創(chuàng)傷相對小，能夠獲得比全膝關節(jié)表面置換術更好的膝關節(jié)功能和患者滿意度，但目前研究顯示髕股關節(jié)置換術的翻修率高于全膝關節(jié)表面置換術。

1979年Blazina等首次報道了髕股關節(jié)置換術治療髕股關節(jié)炎，但由于剛開始受到手術技術以及假體類型等多方面因素的限制，導致了較高的失敗率。近年來，隨著手術技術及假體的發(fā)展，髕股關節(jié)置換術逐步用于治療單純髕股關節(jié)病變的患者，取得了較為滿意的療效。第1代髕股關節(jié)假體采用Inlaｙ設計理念，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，置換手術并未改變原有髕股關節(jié)運動機制。如果患者膝關節(jié)的運動機制存在異常，必然會影響術后膝關節(jié)的功能，造成較高的翻修率。第2代髕股關節(jié)假體則采用Onlaｙ設計理念，主張以表面置換假體替代原有髕股關節(jié)區(qū)域，置換時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端解剖對應關系，從而從機制上適應了髕股關節(jié)運行的生理要求，髕骨軌跡得到顯著改善。第2代假體無論是緩解疼痛、關節(jié)活動度，還是髕股關節(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代假體髕股關節(jié)置換術治療單純嚴重髕股關節(jié)炎早期臨床療效滿意，并發(fā)癥少，但應嚴格把握適應癥。退變嚴重病例可選用膝關節(jié)CT掃描定制髕股關節(jié)假體，減少術后并發(fā)癥，提高臨床療效。髕股關節(jié)假體的選擇必須要覆蓋整合髕股關節(jié)，不能只局限于病變的軟骨區(qū)域，保證周圍正常關節(jié)軟骨到假體滑車的平整過渡。髕股關節(jié)置換術必須保證術后正常的髕股軌跡，這對術后滿意療效至關重要。

隨著數(shù)字醫(yī)療的不斷發(fā)展，手術器械的不斷改進，醫(yī)師對膝骨關節(jié)炎的認識上升，從全膝關節(jié)置換到單間室微創(chuàng)治療，膝骨關節(jié)炎階梯性治療逐步發(fā)展成熟。相信在不久的將來，階梯性、個體化膝關節(jié)置換技術會有進一步的提升，讓更多的患者受益。