使用定制的三维打印模型可提高股骨髋臼撞击综合征关节镜治疗中髋关节切除术的质量

《Journal of ISAKOS》：Use of Custom Three-Dimensionally Printed Models Improves Cam Resection Quality in Arthroscopic Treatment of Femoral Acetabular Impingement Syndrome

　　该研究比较了3D打印模型与传统影像在髋臼杯状关节紊乱综合征（FAIS）手术中的应用效果，发现3D模型组术后alpha角更小（45° Dunn面p=0.002， frog-leg lateral面p<0.001），HNO比率更高（45° Dunn面p=0.001， frog-leg lateral面p<0.001），且良好截骨率显著提升（p<0.001）。

　　这项研究探讨了在治疗股骨头骨盆撞击综合征（FAIS）的髋关节镜手术中，使用三维（3D）打印模型是否比传统影像学方法更能改善骨骼畸形的矫正效果。研究团队通过比较术前和术后放射影像学结果，评估了不同手术规划方式对骨骼切除质量的影响。研究结果表明，使用3D打印模型能够显著提高术后放射影像学参数的改善程度，尤其是在45°杜恩（Dunn）位和蛙腿侧位（frog-leg lateral）影像中，3D模型组的术后α角更小，而股骨头颈偏移（HNO）比值更高。此外，3D模型组在这些影像中实现了更好的切除效果，具体表现为更多患者达到了理想的术后影像学指标。

### 研究背景

FAIS是一种与髋关节运动相关的临床病症，通常表现为骨性结构异常导致的疼痛和活动受限。这种病症可以分为两种主要类型：cam型和pincer型，有时也会出现混合型。传统上，FAIS的诊断和治疗规划主要依赖于X线检查，尽管近年来也广泛使用磁共振成像（MRI）、磁共振关节造影（MRA）和计算机断层扫描（CT）等影像技术。这些技术虽然能够提供详细的骨性结构信息，但在实际操作中，其局限性在于无法提供完整的三维视角，难以全面展示复杂的骨性异常。此外，影像学结果可能受到多种因素的影响，如拍摄角度、设备精度以及医生的解读能力，这可能导致对病变部位的评估出现偏差。

随着医学影像技术的进步，3D打印技术逐渐被引入手术前的规划阶段。通过将CT影像转化为实际的物理模型，医生可以在手术前直观地了解患者的解剖结构，从而制定更精确的手术方案。这种技术不仅提高了手术前的可视化水平，还为术中提供了更直观的参考，帮助医生更准确地定位病变区域并进行相应的切除操作。因此，研究团队希望验证3D打印模型是否能够显著改善FAIS手术中对骨性异常的切除质量，进而提升术后影像学结果。

### 研究方法

本研究是一项回顾性分析，涵盖了2015年至2019年间接受髋关节镜手术治疗FAIS的患者。研究对象由一位经验丰富的骨科外科医生负责，该医生在FAIS手术方面拥有超过15年的临床经验，并每年平均处理约125例此类病例。所有患者均需在术前确认存在cam型撞击的影像学证据，且在至少一种放射影像学视图中具备术前和术后X线片。排除标准包括接受过翻修手术、软骨相关手术、骨盆截骨术、软骨下骨注射治疗、术前测量的外侧中心-边缘角（LCEA）大于40°或小于25°、术前α角小于55°、以及缺乏传统CT或3D模型的患者。

患者被依次分配到传统影像组或3D模型组。传统影像组的患者在手术前和术中使用X线片和CT扫描进行评估，而3D模型组的患者则在手术前和术中使用3D打印模型。3D模型是基于患者的轴向CT扫描，利用OSSA-3D、Osirix-MD、Horos软件以及MeshMixer和MakerBot软件进行建模和打印。打印成本约为每例5至7美元。尽管采用的是顺序分配方法，但该外科医生在研究开始前已经具备足够的FAIS手术经验，且手术技术已达到熟练水平。

手术过程中，所有患者均按照Nasser等人的髋关节镜技术进行操作。术前，医生通过X线片、3D重建的CT影像以及3D打印模型来预测骨性异常的范围，并在模型上标记出需要切除的区域。术中，3D模型由手术团队持有，帮助医生从多个角度观察骨性异常，从而更准确地进行切除。术后，所有患者均接受了相同的三种放射影像学视图的评估，包括正位（AP）、45°杜恩位和蛙腿侧位。

### 研究结果

研究共纳入148例患者，其中86例属于传统影像组，62例属于3D模型组。在所有三个影像学视图中，两组患者均显示出术后α角和HNO比值的显著改善。然而，3D模型组在45°杜恩位和蛙腿侧位影像中表现出更显著的改善效果。具体而言，3D模型组的术后α角显著低于传统影像组（p=0.002和p<0.001），而α角的改善幅度也更大（p=0.003和p=0.041）。此外，3D模型组的术后HNO比值显著高于传统影像组（p=0.001和p<0.001），并且HNO比值的改善幅度也更大（p=0.001和p=0.026）。

在对所有三种影像学视图中的“良好”和“较差”切除情况进行分析时，3D模型组的“良好”切除率显著高于传统影像组（p<0.001）。在正位影像中，3D模型组有88.7%的患者实现了良好的切除，而传统影像组为77.9%；在45°杜恩位影像中，3D模型组的“良好”切除率为94.7%，传统影像组为72.3%；在蛙腿侧位影像中，3D模型组的“良好”切除率为98.2%，而传统影像组为80.2%。这些结果表明，使用3D模型能够显著提高术后影像学结果的改善程度，尤其是在能够全面展示骨性异常的影像学视图中。

### 研究讨论

本研究的结果支持了3D打印模型在FAIS手术中的应用价值。尽管传统影像学技术如X线和CT扫描已经能够提供一定的骨性异常信息，但它们在全面展示病变区域方面仍存在局限。例如，某些特定的骨性异常，如股骨头颈交界处的后外侧区域，可能在传统影像学中难以清晰显示。而3D打印模型则能够提供多角度的可视化，使医生能够更准确地定位病变区域并进行相应的切除操作。

此外，研究还发现，使用3D模型的患者在术后影像学结果中表现出更高的“良好”切除率。这可能与3D模型提供的触觉反馈、术中更全面的病变观察以及更详细的术前规划有关。相比之下，传统影像学方法可能在某些角度上存在盲区，导致医生对病变区域的判断不够准确。因此，3D模型组的患者能够实现更一致的切除效果，这在临床实践中具有重要意义。

尽管本研究显示了3D模型在改善术后影像学结果方面的优势，但也存在一些局限性。首先，研究采用的是回顾性设计，这可能导致一定的偏倚。然而，研究团队通过严格的纳入和排除标准，确保了两组患者在基线时的可比性。其次，本研究的评估标准仅关注α角小于55°的“良好”切除，而未考虑过度切除的可能性，这在未来的临床研究中需要进一步探讨。第三，由于采用的是顺序分配方法，可能存在时间偏倚，即随着技术的发展和医生经验的积累，手术效果可能有所改善。为了解决这一问题，研究团队选择了一位经验丰富且技术熟练的外科医生进行所有手术操作，以减少技术进步对结果的影响。最后，本研究仅评估了术后影像学结果，而未纳入患者主观感受或翻修率等临床指标，这些因素在未来的临床研究中也值得进一步探讨。

### 研究结论

综上所述，本研究证实了在FAIS的髋关节镜手术中，使用3D打印模型能够显著提高骨性异常的切除质量，尤其是在45°杜恩位和蛙腿侧位影像中。尽管传统影像学方法在某些视图中也能够提供良好的结果，但3D模型组的患者在术后影像学指标上表现更优。因此，3D打印模型作为一种辅助手术规划的工具，具有显著的临床应用价值。未来的研究可以进一步探讨3D模型对患者长期功能恢复和生活质量的影响，以及其在不同手术类型和患者群体中的适用性。