在醫學臨床中，從醫學成像到3D打印的一站式制造的實現，正迎合了近期醫學趨向“個性化”和精準醫療的需求。3D打印技術在臨床中的益處已在多個學科尤其是骨科、矯形外科等得到證實，在臨床中的應用，其益處已得到公認。在骨科臨床領域，關于3D打印技術輔助關節置換的相關報道日益增多，尤其在復雜性關節置換中更為推薦。傳統手術方法對于特殊患者的膝關節置換未能取得滿意的療效，而3D打印技術的發展，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節置換，3D打印技術也能輔助手術得到良好療效。對于較難處理而經常出現在膝關節翻修術中遇到的骨缺損問題，構建新型多孔金屬鉭墊塊來應對也是3D打印技術的運用實例。本文著重針對個體化器械操作（PSI）在全膝關節置換術（TKA）中現階段的應用優劣總結相關問題進行闡述。

PSI在全膝關節置換術中的應用優劣
    利于術前個性化手術方案的制定    由于種族、性別等造成的不同患者之間解剖結構的差異，對TKA術者提出了嚴峻的挑戰。接受膝關節置換的每個患者，因不同種族、性別，致使解剖結構必定存在差異，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，從長期療效來看，假體松動、不穩定的風險就會增加，從而造成關節磨損和骨質溶解，以致需要接受膝關節翻修手術。因此解剖結構的異常會對手術醫生的評估能力提出進一步考驗，故如何提高術前評估準確度及設計個性化手術方案就顯得尤為重要。對于特殊膝關節置換患者，進行術前建模能夠有效提高截骨準確性及假體安放穩定性從而提高手術效果。
     3D打印PSI能構造擬施術關節的三維模型，實現復雜解剖結構的可視化，并能對股骨外翻角（FMAA）、外側角（LFA）、髖膝踝角（HKA）、股脛角（FTA）等量化數據進行精確測量采集并處理，又可在模型上進行手術模擬，確定假體設計及定位，截骨的方向、程度及長度，若與預期情況有所偏差，可以及時進行手術策略調整，從而制定最佳個性化手術方案。充分及有針對的術前準備是手術成功的前提保障，PSI可使術前準備更充分，可實現假體最佳安放位置和假體大小的準確預測，還能最大程度減少試模次數。而假體位置不當及假體尺寸過大被認為是TKA術后膝關節僵硬的重要因素。Ettinger等的研究結果表明PSI在術前假體大小尺寸預測方面有非常高的準確性。Ollivier等依據CT掃描結果使用PSI輔助初次膝關節表面置換，PSI組患者術中使用假體均為術前計劃時所選的尺寸，可以認為，PSI對于假體的大小和位置的預測是可靠的。
      通過在模型上進行手術預演，不但能預測術中可能出現的問題，可以及早制定應對方案，還有利于臨床教學的開展，使手術過程更加直觀，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行得更為順利。

 利于提高術中操作準確性及手術效率    傳統TKA對于股骨假體的放置定位，使用股骨遠端髓內定位方法，根據股骨解剖軸來判斷與機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，會更依賴于術者經驗，手術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育異常或是骨折后畸形愈合，解剖變異較大時，對線的準確性將更加難以保證。PSI技術的應用，脛骨平臺截骨厚度、角度，股骨面的旋轉角度在術前已經精確計算后確定，對于膝關節術后力線的重建會更理想。Kievit等在尸體標本上的研究也得出了同樣結論。假體的穩定性將決定膝關節置換術后的遠期療效，假體的穩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，但截骨的準確度將直接影響假體的服貼程度。
      PSI進行的髓外定位截骨方式是根據機械軸垂直方向來進行截骨，與傳統方法相比，既可以一定程度上克服傳統手術方式因解剖軸與機械軸的差異所致的準確性有限的問題，也可以避免進行擴髓，減少出血。下肢機械軸力線和假體旋轉軸線是膝關節置換術成功極為關鍵的2個因素，良好的下肢力線對遠期療效及降低翻修率具有重要意義。傳統的膝關節置換術，其下肢機械軸偏離中立位≤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軸線是出現髕股關節炎等術后并發癥的首要因素，嚴重影響人工關節的使用壽命。經PSI精確設計的股骨假體內植，不但能夠獲得理想的股骨假體旋轉軸力線，還能縮短手術時間，提高手術效率。

  利于減少術后并發癥及功能重建    TKA術后并發癥中膝關節術后感染是最常見也是最嚴重的并發癥之一，不僅會對關節功能恢復造成影響，如果感染得不到有效控制，還要進行二次手術取出假體，給患者帶來生理上及心理上的痛苦，而且對患者的經濟承受能力也是一種挑戰，感染嚴重者甚至還面臨著截肢的風險。TKA術后并發癥之一的脂肪栓塞綜合征越來越受到重視，其發生機制可能是因為術中操作使脂肪組織、血管遭到破壞，或者髓內假體的置放和生物粘合劑的使用，進一步增加了髓內壓，脂滴混合血腫進入血循環。與傳統TKA采用脛骨近端截骨髓內定位相比，應用PSI導板截骨方式沒有開髓過程，則能夠大大減少術后脂肪栓塞及潛在感染發生的風險。

  關節術后引流對于外科手術的意義在預防關節血腫，減少切口延遲愈合，如果術后出血過多，引流時間增加，會增加術后感染的機會。PSI的應用能減少術中創傷的同時，亦能減少術后的出血。Vertullo等的研究結果顯示，與常規TKA相比PSI用于TKA術后引流量明顯降低。

TKA術后膝關節功能重建與患者自身狀態、手術技術、術后康復鍛煉等多種因素有關。美國特種外科醫院（HSS）膝評分可反映患者膝關節局部及機體整體功能狀態，術前HSS評分較低者表明其骨關節炎病變更為嚴重，術后HSS評分低者表明其關節功能沒有得到良好恢復。PSI的TKA術后HSS評分總分得分較高，而術后患者疼痛評分（VAS）顯著降低。最終來說，PSI能夠降低TKA手術失敗率，有統計稱其5年隨訪翻修率為1．2％。
     PSI應用存在的爭議    在積極進行3D打印技術推廣的大背景下，也有諸多研究者提出異議。Victor等認為PSI并不能提高TKA手術的準確性；即使由經驗豐富的醫生主刀，使用的技術定位系統再精細，其對線誤差超過3°的發生率也至少為10％。Abane等的研究對比了59例PSI輔助TKA和61例傳統膝關節手術，結果表明兩者在手術時間、術中出血量和術后力線恢復方面并無明顯差異。Huijbregts等的研究表明，兩者術后并發癥的差異無統計學意義。Schotanus等認為其與傳統方式TKA術后中期效果無明顯區別。要進一步驗證PSI在TKA中應用的優劣，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中的應用
     肥胖患者   體重指數（BMI）對于膝關節炎病患人群來說，是關節炎發生發展的重要因素，高BMI或者肥胖人群罹患膝關節骨性關節炎的風險明顯升高，并且關節炎后期接受TKA術后感染和血栓并發癥發生風險也越高。Ward等認為BMI＞40kg／m2的患者TKA術后有更高的翻修率和感染風險。Culliford等分析英國綜合醫療研究數據庫中1988－2011年記錄的54276例TKA患者發現，嚴重肥胖患者（BMI≥40kg／m2）TKA術后5年行翻修術風險比體重正常患者增加43．9％。肥胖和術后體重增加對關節置換術后的負面影響已被證實。所以高BMI和肥胖患者進行術前減重，不但能夠降低術后早期感染、深靜脈血栓等并發癥，還能降低后期進行膝關節置換術后翻修的概率。尋求一種方法使BMI和肥胖患者TKA術后并發癥最小化的研究也極具意義。Anwar等研究認為BIM＞30kg／m2的患者推薦使用PSI行TKA，以降低術后多種并發癥發生的風險。

膝關節畸形患者    膝骨性關節炎、創傷性關節炎、類風濕性關節炎等晚期癥狀通常伴隨一定程度的膝關節內翻畸形。治療方法一般是接受膝關節置換以緩解疼痛，改善關節活動度及下肢力線。有統計稱TKA患者膝外翻畸形約占10％，且同時存在骨性結構及周圍軟織異常，此時手術難度會較大。同樣，骨折后的畸形愈合、下肢發育畸形等原因導致的關節外畸形也會增加TKA手術的難度。少數重度畸形并非能靠截骨和軟組織復合松解達到滿意效果，需要采用限制性假體或鉸鏈型膝關節假體進行關節置換。而對于有特殊病理解剖的膝關節置換患者，使用依靠解剖標志定位截骨的傳統膝關節置換術，其下肢力線獲取無疑乏力，術后下肢力線誤差也會相對較大，術后易發生髕骨軌跡不良、早期假體松動、聚乙烯墊片磨損等并發癥。因此，對于伴有嚴重關節外畸形患者，TKA手術中使用傳統截骨器械會受到巨大的限制。而PSI的個體化為同期治療關節炎和關節畸形提供了保障，其優越性尤為明顯。Rahm等研究表明嚴重內外翻畸形患者PSI是更優選擇。
    膝關節腫瘤患者    對于膝關節腫瘤患者，骨腫瘤生長在脛骨近端或股骨遠端，常常合并大范圍的骨質侵蝕，骨質缺損嚴重，可利用支撐的骨質明顯不足，而且可能存在軟組織問題，在常規腫瘤膝關節置換術后，術后易發生假體松動和假體周圍骨折等術后并發癥，通常具有很高的翻修率，且手術難度較高，患者5年生存率為57％～93％。因此，對術后效果具有較高要求，也就意味著要有精準的術前規劃，而PSI的術前高預測性能為手術的成功加碼。腫瘤型膝關節置換術后股骨側假體周圍骨折，常常是由于腫瘤復發、感染、無菌性松動、假體周圍骨折、假體柄折斷和鉸鏈結構失敗等導致，盡管不及髖關節置換術后假體周圍骨折常見，但其治療難度更具挑戰性。對于該種病例，國外有報道應用PSI進行全股骨假體定制后置換，以保證患者患側股骨能夠有足夠強度的支撐的病例。可見PSI于腫瘤型膝關節置換中具有很高的應用價值。

膝關節置換術后翻修術    膝關節骨性關節炎的高發，TKA手術量的增加，也就意味著更多的膝關節置換術后翻修術（RTKA），無疑會耗費更大的社會及醫療資源，所以對RTKA的研究也是臨床研究的熱點。PSI最初是用于初次全膝或者單髁置換，近年來已有人將其應用至RTKA。RTKA主要難點在于更好地恢復股骨假體的旋轉力線。因為術后股骨后髁解剖定位不明確，關節屈伸軸線難以確定，此技術難題會影響對假體判斷的準確性。RTKA術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，精密的術前計劃是必不可少的。基于3D打印技術的PSI能為特定的膝關節解剖量身定制手術計劃，在手術前可以精確地了解解剖異常和預測假體大小，并且可以根據特定的要求制定特定型號的假體。Schotanus等的研究表明PSI應用于膝關節翻修術，其假體預測準確度及旋轉力線恢復較為理想。因此PSI或許可以作為關節翻修術的一種有效可靠的新方法，相關研究也值得進一步深入。
小結與展望
  科學技術的日新月異，使得PSI在TKA中的應用取得了很大進步。基于社會老齡化一步步加重的現實，人工膝關節置換將會愈來愈常見，提高膝骨性關節炎患者的生活質量對整個社會意義非凡。基于3D打印技術的發展，許多膝骨性關節炎晚期患者已受益于PSI技術，從術前假體的制定、術中截骨的確定，到術后膝關節功能恢復，與傳統膝關節置換術相比PSI都體現出了一定的優勢。即使在當前應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、關節畸形患者或存在膝關節骨缺損等復雜膝關節手術時傳統的手術方式往往不能取得的滿意療效，PSI的優越有效性已得到初步驗證和認可。PSI技術的相關研究逐漸加深日趨成熟，其應用范圍亦能得到進一步完善擴大。交叉學科概念的興起，也為PSI的更進一步研究提供了參考，比如在PSI中運用生物型材料、損傷修復因子等。充分運用其他領域的新興技術，將其與PSI靈活地結合在一起，對提高TKA的近期、遠期療效療效有相當可觀的前景。