人工智能技术与3D打印技术在关节领域中应用的研究进展

数字化领域的技术进步正在日益改变关节外科的手术方式,包括3D打印和人工智能(AI)等众多前沿技术。这些技术不断为外科医生赋能,使关节外科手术更加接近个体化、精准化、微创化的目标,成为了当前关节外科重要的发展方向。3D打印技术在术前定制个体三维模型,可以有效提高手术效率,并在术前宣教、人工假体、骨关节损伤修复等方面发挥积极作用。AI技术在辅助临床诊断、提高手术精确度方面展现出了巨大优势,并且在此基础上结合3D打印技术,提高了患者治愈率,减少术后并发症,为患者提供了更加安全有效的选择。本文总结近年AI技术和3D打印技术在关节领域的相关研究,以期为今后这些技术在关节外科手术中的应用提供指导。

3D打印辅助股骨远端闭合截骨与股骨远端闭合截骨治疗膝外翻骨关节炎的比较

背景:股骨远端闭合截骨治疗膝外翻型骨关节炎具有较好的疗效,但术中无法直接测量截骨角度,需要通过反复透视、调整截骨量来矫正力线,操作不当可能造成医源性旋转畸形。目的:比较应用3D打印技术辅助股骨远端闭合截骨与常规股骨远端闭合截骨治疗膝关节骨关节炎的疗效。方法:选择2014年1月至2018年2月莆田市第一医院收治的膝关节外翻所致骨关节炎患者28例(共37膝),年龄28-60岁,随机分2组治疗:对照组11例(16膝)采用常规股骨远端闭合截骨结合锁定加压钢板植入治疗,试验组17例(21膝)采用3D打印模块辅助股骨远端闭合截骨结合锁定加压钢板植入治疗,记录手术时间与透视次数。比较两组治疗前后的KOOS评分、股胫角、股骨远端外侧角与骨折愈合时间。试验经莆田市第一医院伦理委员会批准。结果与结论:①试验组手术时间与透视次数少于对照组(P<0.001);②在KOOS评分中,两组术后疼痛、症状、日常生活、体育娱乐及生活质量方面的评分均较术前明显改善(P<0.01);术后两组间疼痛、症状、日常生活、体育娱乐及生活质量方面的评分比较差异无显著性意义(P>0.05);③两组术后的股胫角、股骨远端外侧角均较术前增大(P<0.01),术后两组间股胫角、股骨远端外侧角比较差异无显著性意义(P>0.05);④两组骨折愈合时间比较差异无显著性意义(P>0.05);⑤结果表明,股骨远端闭合截骨术治疗膝关节外翻骨关节炎可获得良好疗效,应用3D打印技术可简化截骨操作、减少手术时间及透视次数。

个性化3D打印术前模拟与传统截骨在高位胫骨截骨中的应用与比较

背景:高位胫骨截骨是治疗早期单纯内侧间室膝关节骨关节炎的经典术式,3D打印可用于制作个性化手术工具,课题组已应用3D打印技术辅助高位胫骨截骨治疗膝关节骨关节炎。目的:对比传统截骨方法,探讨个性化3D打印截骨辅助下外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理治疗合并内翻畸形膝关节骨关节炎的优势与不足。方法:行外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理的病例47例,采用随机数字法分成2组:3D打印截骨组21例术中采用个性化3D打印截骨,传统截骨组26例予传统截骨。对比两组的手术时间、术中C形臂透视次数及出血量、术后1个月患侧下肢力线,以及术后1,3,6,12,24个月评估患侧膝关节美国特种外科医院(hospital of special surgery,HSS)评分。研究方案经莆田市第一医院伦理委员会审查批准,参与试验的患病个体对治疗过程完全知情同意。结果与结论:①术中3D打印截骨模块均与术前模拟卡位相一致;②3D打印截骨组手术时间较传统截骨组明显缩短[(69.71±3.17),(92.92±5.91)min,t=-17.21,P<0.01];3D打印截骨组术中C形臂透视次数明显少于传统截骨组[(5.71±1.62),(18.15±3.00)次,t=-18.12,P<0.01];3D打印截骨组出血量显著少于传统截骨组[(275.24±53.82),(507.69±45.19)mL,t=-16.10,P<0.01];③两组术后1个月患侧下肢力线及术后24个月患侧膝关节HSS评分差异无显著性意义(均P>0.05);④结果说明,对比传统截骨,在外侧闭合楔形高位胫骨截骨中应用个性化3D打印截骨可明显缩短手术时间,减少术中透视和出血,但二者术后2年随访患者膝关节功能恢复无明显差异。

初次全膝关节置换术中应用驱血止血弹性束紧套环与气动止血带的效果比较

目的 比较驱血止血弹性束紧套环止血带与气动止血带在初次全膝关节置换术中的应用效果。方法 回顾性分析自2021-07-08—2022-05-12行初次单侧人工全膝关节置换术治疗的50例内翻型原发性膝关节骨性关节炎,按随机数字表法将患者分为两组,观察组25例采用驱血止血弹性束紧套环止血带(Heamaclear^(?)/S-MART^(TM),OHK Medical Services,以色列海法),对照组25例采用常规气动止血带(捷迈邦美A.T.S 4000止血带系统)。比较两组手术时间、术中显性失血量、术后48 h血红蛋白浓度、术后48 h红细胞压积、预计总失血量、术后24 h及48 h疼痛VAS评分、瘀斑比例、下肢静脉血栓形成。结果 50例均获得随访,随访时间平均7.2(3~13)个月。两组手术时间比较差异无统计学意义(P>0.05)。观察组术中显性失血量明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后48 h两组血红蛋白浓度、红细胞压积、预计总失血量比较差异无统计学意义(P>0.05)。术后24 h、48 h观察组疼痛VAS评分显著低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后7 d两组瘀斑比例比较差异无统计学意义(P>0.05)。术后3个月两组下肢静脉血栓形成比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 在全膝关节置换术中应用驱血止血弹性束紧套环止血带可以获得良好的驱血、止血效果,不增加术后瘀斑、下肢深静脉血栓、围手术期预计总出血等风险,并且驱血止血弹性束紧套环止血带较气动止血带在减少术中创面渗血、减轻术后止血带引起的疼痛方面有明显优势。

阿哌沙班与低分子肝素预防老年髋关节置换术后下肢深静脉血栓形成的有效性及安全性比较

目的对全髋关节置换或翻修术后患者分别采用阿哌沙班和低分子肝素进行规范抗凝治疗,对比分析这两种药物预防下肢深静脉血栓形成的有效性和安全性。方法纳入自2019-10—2019-12完成的50例全髋关节置换术或全髋关节翻修术,观察组25例术后采用阿哌沙班进行抗凝治疗,对照组25例采用低分子肝素进行抗凝治疗。比较观察组与对照组用药前与用药后血红蛋白、血小板计数、谷丙转氨酶、凝血酶原时间、活化部分凝血酶原时间、纤维蛋白原的差异。结果50例均获得至少3个月随访,术后切口均一期愈合,均无大出血或致死性肺栓塞出现。观察组术后2例下肢深静脉血栓形成,对照组术后4例下肢深静脉血栓形成,组间下肢深静脉血栓形成发生率差异无统计学意义(P>0.05)。用药前后观察组与对照组血红蛋白、血小板计数、谷丙转氨酶、凝血酶原时间、活化部分凝血酶原时间、纤维蛋白原比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论阿哌沙班在预防髋关节置换术后下肢深静脉血栓形成方面与低分子肝素具有相同的疗效及安全性,而阿哌沙班抗凝治疗具有给药方式简单、可以保证患者出院后依从性的优点。

3D打印技术辅助股骨远端截骨术治疗膝外翻畸形骨关节炎的疗效观察

目的探讨3D打印技术辅助股骨远端截骨术(distal femoral osteotomy,DFO)治疗膝外翻畸形骨关节炎的临床疗效。方法2014年1月—2016年1月,收治膝外翻畸形骨关节炎患者12例(15膝)。男5例,女7例;年龄30~60岁,平均43.8岁。病程1~12年,平均6.6年。单膝9例,双膝3例。骨关节炎Koshino分级:Ⅰ级1例(1膝),Ⅱ级7例(9膝),Ⅲ级4例(5膝)。摄双下肢全长X线片,测量股胫角(femorotibial angle,FTA)为(160.40±2.69)°,远端股骨外侧角(anatomical lateral distal femoral angle,a LDFA)为(64.20±2.11)°。术前于Mimics软件设计截骨模块并3D打印,术中通过截骨模块确定最佳截骨方位进行截骨,最后行钢板及螺钉内固定。结果术后切口均Ⅰ期愈合,无感染、下肢深静脉血栓形成等并发症发生。患者均获随访,随访时间6~18个月,平均12.2个月。术后6个月膝关节HSS评分为(89.07±2.49)分,较术前(65.27±1.49)分显著提高(t=–28.31,P=0.00);获优10膝、良4膝、可1膝,优良率为93.3%。X线片复查示,患者截骨处均达骨性愈合,愈合时间2.9~4.8个月,平均3.3个月;1例(1膝)出现骨延迟愈合。术后6个月测量FTA为(174.00±1.41)°,a LDFA为(81.87±1.06)°,与术前比较差异均有统计学意义(t=–18.26,P=0.00;t=–25.19,P=0.00);下肢力线位置测量显示内侧胫骨平台占整个胫骨平台百分比为49.78%±0.59%,与术中测量的49.82%±0.77%比较,差异无统计学意义(t=0.14,P=0.89)。结论DFO治疗膝外翻畸形骨关节炎时,3D打印截骨模块可辅助术中股骨远端精确截骨,获得满意临床疗效。