在醫(yī)學(xué)臨床中，從醫(yī)學(xué)成像到3D打印的一站式制造的實現(xiàn)，正迎合了近期醫(yī)學(xué)趨向“個性化”和精準(zhǔn)醫(yī)療的需求。3D打印技術(shù)在臨床中的益處已在多個學(xué)科尤其是骨科、矯形外科等得到證實，在臨床中的應(yīng)用，其益處已得到公認(rèn)。在骨科臨床領(lǐng)域，關(guān)于3D打印技術(shù)輔助關(guān)節(jié)置換的相關(guān)報道日益增多，尤其在復(fù)雜性關(guān)節(jié)置換中更為推薦。傳統(tǒng)手術(shù)方法對于特殊患者的膝關(guān)節(jié)置換未能取得滿意的療效，而3D打印技術(shù)的發(fā)展，能夠緩和甚至打破這種窘境，即使對于骨折后軸向肢體畸形的膝關(guān)節(jié)置換，3D打印技術(shù)也能輔助手術(shù)得到良好療效。對于較難處理而經(jīng)常出現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中遇到的骨缺損問題，構(gòu)建新型多孔金屬鉭墊塊來應(yīng)對也是3D打印技術(shù)的運(yùn)用實例。本文著重針對個體化器械操作（PSI）在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）中現(xiàn)階段的應(yīng)用優(yōu)劣總結(jié)相關(guān)問題進(jìn)行闡述。

 PSI在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)劣

利于術(shù)前個性化手術(shù)方案的制定

由于種族、性別等造成的不同患者之間解剖結(jié)構(gòu)的差異，對TKA術(shù)者提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。接受膝關(guān)節(jié)置換的每個患者，因不同種族、性別，致使解剖結(jié)構(gòu)必定存在差異，尤其是亞洲人，其變異率比歐美人更高，若下肢力線不能得到良好恢復(fù)，從長期療效來看，假體松動、不穩(wěn)定的風(fēng)險就會增加，從而造成關(guān)節(jié)磨損和骨質(zhì)溶解，以致需要接受膝關(guān)節(jié)翻修手術(shù)。因此解剖結(jié)構(gòu)的異常會對手術(shù)醫(yī)生的評估能力提出進(jìn)一步考驗，故如何提高術(shù)前評估準(zhǔn)確度及設(shè)計個性化手術(shù)方案就顯得尤為重要。對于特殊膝關(guān)節(jié)置換患者，進(jìn)行術(shù)前建模能夠有效提高截骨準(zhǔn)確性及假體安放穩(wěn)定性從而提高手術(shù)效果。

3D打印PSI能構(gòu)造擬施術(shù)關(guān)節(jié)的三維模型，實現(xiàn)復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的可視化，并能對股骨外翻角（FMAA）、外側(cè)角（LFA）、髖膝踝角（HKA）、股脛角（FTA）等量化數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測量采集并處理，又可在模型上進(jìn)行手術(shù)模擬，確定假體設(shè)計及定位，截骨的方向、程度及長度，若與預(yù)期情況有所偏差，可以及時進(jìn)行手術(shù)策略調(diào)整，從而制定***佳個性化手術(shù)方案。充分及有針對的術(shù)前準(zhǔn)備是手術(shù)成功的前提保障，PSI可使術(shù)前準(zhǔn)備更充分，可實現(xiàn)假體***佳安放位置和假體大小的準(zhǔn)確預(yù)測，還能***大程度減少試模次數(shù)。而假體位置不當(dāng)及假體尺寸過大被認(rèn)為是TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)僵硬的重要因素。Ettinger等的研究結(jié)果表明PSI在術(shù)前假體大小尺寸預(yù)測方面有非常高的準(zhǔn)確性。Ollivier等依據(jù)CT掃描結(jié)果使用PSI輔助初次膝關(guān)節(jié)表面置換，PSI組患者術(shù)中使用假體均為術(shù)前計劃時所選的尺寸，可以認(rèn)為，PSI對于假體的大小和位置的預(yù)測是可靠的。

通過在模型上進(jìn)行手術(shù)預(yù)演，不但能預(yù)測術(shù)中可能出現(xiàn)的問題，可以及早制定應(yīng)對方案，還有利于臨床教學(xué)的開展，使手術(shù)過程更加直觀，原理更加明朗。此外，還能一定程度上使與家屬的溝通解釋工作進(jìn)行得更為順利。

利于提高術(shù)中操作準(zhǔn)確性及手術(shù)效率

傳統(tǒng)TKA對于股骨假體的放置定位，使用股骨遠(yuǎn)端髓內(nèi)定位方法，根據(jù)股骨解剖軸來判斷與機(jī)械軸相垂直的方向來推斷截骨面，由此截骨面的確定必然不夠客觀，會更依賴于術(shù)者經(jīng)驗，手術(shù)時間的延長在所難免而且精確度難以保證。如果患者存在骨骼發(fā)育異?；蚴枪钦酆蠡斡?，解剖變異較大時，對線的準(zhǔn)確性將更加難以保證。PSI技術(shù)的應(yīng)用，脛骨平臺截骨厚度、角度，股骨面的旋轉(zhuǎn)角度在術(shù)前已經(jīng)精確計算后確定，對于膝關(guān)節(jié)術(shù)后力線的重建會更理想。Kievit等在尸體標(biāo)本上的研究也得出了同樣結(jié)論。假體的穩(wěn)定性將決定膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的遠(yuǎn)期療效，假體的穩(wěn)定性雖然受病例的選擇、假體的材料、骨水泥的固定等諸多因素的影響，但截骨的準(zhǔn)確度將直接影響假體的服貼程度。

PSI進(jìn)行的髓外定位截骨方式是根據(jù)機(jī)械軸垂直方向來進(jìn)行截骨，與傳統(tǒng)方法相比，既可以一定程度上克服傳統(tǒng)手術(shù)方式因解剖軸與機(jī)械軸的差異所致的準(zhǔn)確性有限的問題，也可以避免進(jìn)行擴(kuò)髓，減少出血。下肢機(jī)械軸力線和假體旋轉(zhuǎn)軸線是膝關(guān)節(jié)置換術(shù)成功極為關(guān)鍵的2個因素，良好的下肢力線對遠(yuǎn)期療效及降低翻修率具有重要意義。傳統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，其下肢機(jī)械軸偏離中立位≤3°的精確度并不理想，而使用PSI輔助TKA，能夠提高精確度，減小下肢力線誤差。沒有良好的股骨假體旋轉(zhuǎn)軸線是出現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)炎等術(shù)后并發(fā)癥的首要因素，嚴(yán)重影響人工關(guān)節(jié)的使用壽命。經(jīng)PSI精確設(shè)計的股骨假體內(nèi)植，不但能夠獲得理想的股骨假體旋轉(zhuǎn)軸力線，還能縮短手術(shù)時間，提高手術(shù)效率。

利于減少術(shù)后并發(fā)癥及功能重建

TKA術(shù)后并發(fā)癥中膝關(guān)節(jié)術(shù)后感染是***常見也是***嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，不僅會對關(guān)節(jié)功能恢復(fù)造成影響，如果感染得不到有效控制，還要進(jìn)行二次手術(shù)取出假體，給患者帶來生理上及心理上的痛苦，而且對患者的經(jīng)濟(jì)承受能力也是一種挑戰(zhàn)，感染嚴(yán)重者甚至還面臨著截肢的風(fēng)險。TKA術(shù)后并發(fā)癥之一的脂肪栓塞綜合征越來越受到重視，其發(fā)生機(jī)制可能是因為術(shù)中操作使脂肪組織、血管遭到破壞，或者髓內(nèi)假體的置放和生物粘合劑的使用，進(jìn)一步增加了髓內(nèi)壓，脂滴混合血腫進(jìn)入血循環(huán)。與傳統(tǒng)TKA采用脛骨近端截骨髓內(nèi)定位相比，應(yīng)用PSI導(dǎo)板截骨方式?jīng)]有開髓過程，則能夠大大減少術(shù)后脂肪栓塞及潛在感染發(fā)生的風(fēng)險。

關(guān)節(jié)術(shù)后引流對于外科手術(shù)的意義在預(yù)防關(guān)節(jié)血腫，減少切口延遲愈合，如果術(shù)后出血過多，引流時間增加，會增加術(shù)后感染的機(jī)會。PSI的應(yīng)用能減少術(shù)中創(chuàng)傷的同時，亦能減少術(shù)后的出血。Vertullo等的研究結(jié)果顯示，與常規(guī)TKA相比PSI用于TKA術(shù)后引流量明顯降低。

TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能重建與患者自身狀態(tài)、手術(shù)技術(shù)、術(shù)后康復(fù)鍛煉等多種因素有關(guān)。美國特種外科醫(yī)院（HSS）膝評分可反映患者膝關(guān)節(jié)局部及機(jī)體整體功能狀態(tài)，術(shù)前HSS評分較低者表明其骨關(guān)節(jié)炎病變更為嚴(yán)重，術(shù)后HSS評分低者表明其關(guān)節(jié)功能沒有得到良好恢復(fù)。PSI的TKA術(shù)后HSS評分總分得分較高，而術(shù)后患者疼痛評分（VAS）顯著降低。***終來說，PSI能夠降低TKA手術(shù)失敗率，有統(tǒng)計稱其5年隨訪翻修率為1．2％。

PSI應(yīng)用存在的爭議

在積極進(jìn)行3D打印技術(shù)推廣的大背景下，也有諸多研究者提出異議。Victor等認(rèn)為PSI并不能提高TKA手術(shù)的準(zhǔn)確性；即使由經(jīng)驗豐富的醫(yī)生主刀，使用的技術(shù)定位系統(tǒng)再精細(xì)，其對線誤差超過3°的發(fā)生率也至少為10％。Abane等的研究對比了59例PSI輔助TKA和61例傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)手術(shù)，結(jié)果表明兩者在手術(shù)時間、術(shù)中出血量和術(shù)后力線恢復(fù)方面并無明顯差異。Huijbregts等的研究表明，兩者術(shù)后并發(fā)癥的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Schotanus等認(rèn)為其與傳統(tǒng)方式TKA術(shù)后中期效果無明顯區(qū)別。要進(jìn)一步驗證PSI在TKA中應(yīng)用的優(yōu)劣，則需要更大樣本量、范圍更廣、隨訪時間更長的研究。

 PSI在特殊患者TKA中的應(yīng)用

肥胖患者

體重指數(shù)（BMI）對于膝關(guān)節(jié)炎病患人群來說，是關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展的重要因素，高BMI或者肥胖人群罹患膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險明顯升高，并且關(guān)節(jié)炎后期接受TKA術(shù)后感染和血栓并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險也越高。Ward等認(rèn)為BMI＞40kg／m2的患者TKA術(shù)后有更高的翻修率和感染風(fēng)險。Culliford等分析英國綜合醫(yī)療研究數(shù)據(jù)庫中1988－2011年記錄的54276例TKA患者發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重肥胖患者（BMI≥40kg／m2）TKA術(shù)后5年行翻修術(shù)風(fēng)險比體重正常患者增加43．9％。肥胖和術(shù)后體重增加對關(guān)節(jié)置換術(shù)后的負(fù)面影響已被證實。所以高BMI和肥胖患者進(jìn)行術(shù)前減重，不但能夠降低術(shù)后早期感染、深靜脈血栓等并發(fā)癥，還能降低后期進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后翻修的概率。尋求一種方法使BMI和肥胖患者TKA術(shù)后并發(fā)癥***小化的研究也極具意義。Anwar等研究認(rèn)為BIM＞30kg／m2的患者推薦使用PSI行TKA，以降低術(shù)后多種并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險。

膝關(guān)節(jié)畸形患者

膝骨性關(guān)節(jié)炎、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等晚期癥狀通常伴隨一定程度的膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形。治療方法一般是接受膝關(guān)節(jié)置換以緩解疼痛，改善關(guān)節(jié)活動度及下肢力線。有統(tǒng)計稱TKA患者膝外翻畸形約占10％，且同時存在骨性結(jié)構(gòu)及周圍軟織異常，此時手術(shù)難度會較大。同樣，骨折后的畸形愈合、下肢發(fā)育畸形等原因?qū)е碌年P(guān)節(jié)外畸形也會增加TKA手術(shù)的難度。少數(shù)重度畸形并非能靠截骨和軟組織復(fù)合松解達(dá)到滿意效果，需要采用限制性假體或鉸鏈型膝關(guān)節(jié)假體進(jìn)行關(guān)節(jié)置換。而對于有特殊病理解剖的膝關(guān)節(jié)置換患者，使用依靠解剖標(biāo)志定位截骨的傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，其下肢力線獲取無疑乏力，術(shù)后下肢力線誤差也會相對較大，術(shù)后易發(fā)生髕骨軌跡不良、早期假體松動、聚乙烯墊片磨損等并發(fā)癥。因此，對于伴有嚴(yán)重關(guān)節(jié)外畸形患者，TKA手術(shù)中使用傳統(tǒng)截骨器械會受到巨大的限制。而PSI的個體化為同期治療關(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)畸形提供了保障，其優(yōu)越性尤為明顯。Rahm等研究表明嚴(yán)重內(nèi)外翻畸形患者PSI是更優(yōu)選擇。

膝關(guān)節(jié)腫瘤患者

對于膝關(guān)節(jié)腫瘤患者，骨腫瘤生長在脛骨近端或股骨遠(yuǎn)端，常常合并大范圍的骨質(zhì)侵蝕，骨質(zhì)缺損嚴(yán)重，可利用支撐的骨質(zhì)明顯不足，而且可能存在軟組織問題，在常規(guī)腫瘤膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后，術(shù)后易發(fā)生假體松動和假體周圍骨折等術(shù)后并發(fā)癥，通常具有很高的翻修率，且手術(shù)難度較高，患者5年生存率為57％～93％。因此，對術(shù)后效果具有較高要求，也就意味著要有精準(zhǔn)的術(shù)前規(guī)劃，而PSI的術(shù)前高預(yù)測性能為手術(shù)的成功加碼。腫瘤型膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨側(cè)假體周圍骨折，常常是由于腫瘤復(fù)發(fā)、感染、無菌性松動、假體周圍骨折、假體柄折斷和鉸鏈結(jié)構(gòu)失敗等導(dǎo)致，盡管不及髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍骨折常見，但其治療難度更具挑戰(zhàn)性。對于該種病例，國外有報道應(yīng)用PSI進(jìn)行全股骨假體定制后置換，以保證患者患側(cè)股骨能夠有足夠強(qiáng)度的支撐的病例?？梢奝SI于腫瘤型膝關(guān)節(jié)置換中具有很高的應(yīng)用價值。

膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后翻修術(shù)

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的高發(fā)，TKA手術(shù)量的增加，也就意味著更多的膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后翻修術(shù)（RTKA），無疑會耗費(fèi)更大的社會及醫(yī)療資源，所以對RTKA的研究也是臨床研究的熱點(diǎn)。PSI***初是用于初次全膝或者單髁置換，近年來已有人將其應(yīng)用至RTKA。RTKA主要難點(diǎn)在于更好地恢復(fù)股骨假體的旋轉(zhuǎn)力線。因為術(shù)后股骨后髁解剖定位不明確，關(guān)節(jié)屈伸軸線難以確定，此技術(shù)難題會影響對假體判斷的準(zhǔn)確性。RTKA術(shù)中還會涉及如何處理可能存在的骨缺損，是否需要更改為加長柄假體等諸多不確定問題，想要順利完成翻修術(shù)，精密的術(shù)前計劃是必不可少的?；?D打印技術(shù)的PSI能為特定的膝關(guān)節(jié)解剖量身定制手術(shù)計劃，在手術(shù)前可以精確地了解解剖異常和預(yù)測假體大小，并且可以根據(jù)特定的要求制定特定型號的假體。Schotanus等的研究表明PSI應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)，其假體預(yù)測準(zhǔn)確度及旋轉(zhuǎn)力線恢復(fù)較為理想。因此PSI或許可以作為關(guān)節(jié)翻修術(shù)的一種有效可靠的新方法，相關(guān)研究也值得進(jìn)一步深入。

 小結(jié)與展望

科學(xué)技術(shù)的日新月異，使得PSI在TKA中的應(yīng)用取得了很大進(jìn)步?；谏鐣淆g化一步步加重的現(xiàn)實，人工膝關(guān)節(jié)置換將會愈來愈常見，提高膝骨性關(guān)節(jié)炎患者的生活質(zhì)量對整個社會意義非凡。基于3D打印技術(shù)的發(fā)展，許多膝骨性關(guān)節(jié)炎晚期患者已受益于PSI技術(shù)，從術(shù)前假體的制定、術(shù)中截骨的確定，到術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，與傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)相比PSI都體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。即使在當(dāng)前應(yīng)用存在一些不確定因素，廣泛使用的必要性仍有待商榷，但在面對肥胖患者、關(guān)節(jié)畸形患者或存在膝關(guān)節(jié)骨缺損等復(fù)雜膝關(guān)節(jié)手術(shù)時傳統(tǒng)的手術(shù)方式往往不能取得的滿意療效，PSI的優(yōu)越有效性已得到初步驗證和認(rèn)可。PSI技術(shù)的相關(guān)研究逐漸加深日趨成熟，其應(yīng)用范圍亦能得到進(jìn)一步完善擴(kuò)大。交叉學(xué)科概念的興起，也為PSI的更進(jìn)一步研究提供了參考，比如在PSI中運(yùn)用生物型材料、損傷修復(fù)因子等。充分運(yùn)用其他領(lǐng)域的新興技術(shù)，將其與PSI靈活地結(jié)合在一起，對提高TKA的近期、遠(yuǎn)期療效療效有相當(dāng)可觀的前景。

來源：醫(yī)脈通，中國骨傷2019年6月第32卷第6期