首頁資訊 3D打印、AI虛擬技術(shù)輔助下“私人訂制”的人工膝關(guān)節(jié)

3D打印、AI虛擬技術(shù)輔助下“私人訂制”的人工膝關(guān)節(jié)

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月01日 06:48

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKR）作為治療嚴重膝關(guān)節(jié)病患者直接、有效的手段，如今術(shù)式日益成熟。而且，隨著假體試模等各種工具的應(yīng)用，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的操作也越來越標準化，精準化。

然而，并非每一位患者都能符合全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的“標準流程”。當遇到無法“標準化”的、具有特殊情況的患者，該如何實施這一高難度的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)？這個問題既是對骨科主刀醫(yī)生的挑戰(zhàn)，也是對整個科室治療團隊的考驗。

近期，蘇州明基醫(yī)院骨科醫(yī)學(xué)中心主任楊同其教授就遇到了這樣一例特殊的患者。

蔡女士是生長發(fā)育障礙患者，從小體弱多病，是類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者，常年服用大量的藥物。

2014年，蔡女士突發(fā)雙髖疼痛，當時她找到骨科楊同其教授，被診斷為雙側(cè)股骨頭壞死，要想恢復(fù)正常，只能進行髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。由于生長發(fā)育障礙癥，蔡女士的骨骼發(fā)育不同于正常人，各髖關(guān)節(jié)假體生產(chǎn)廠家沒有常規(guī)型號可以匹配，后來楊同其教授團隊通過多次的術(shù)前討論和縝密的術(shù)前準備，最終以定制的先天性髖關(guān)節(jié)脫位的假體經(jīng)先后兩次手術(shù)分別完成了左右雙側(cè)髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，解決了關(guān)節(jié)不匹配的難題。

但類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎疾病并未停止進展。

2017年，蔡女士的左腿也開始出現(xiàn)不能伸直甚至不能彎曲行走的癥狀，疼痛難忍，她再次找到楊同其教授。

經(jīng)過CT檢查顯示，蔡女士左膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的作用加上長期服用激素藥物，左膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)變形，并伴有骨質(zhì)疏松，軟骨及半月板都受損，當下治療方式只能進行人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療。

膝關(guān)節(jié)置換術(shù)主流的術(shù)式是膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)，簡單來說是把磨損的關(guān)節(jié)面通過模具，按醫(yī)生的要求截骨后得到特定的形狀，把股骨假體、脛骨假體及髕骨假體以骨水泥進行固定，磨損的關(guān)節(jié)表面被人工關(guān)節(jié)替代，從而達到緩解疼痛、糾正畸形和改善功能的目的。

人工膝關(guān)節(jié)置換至今已有近50年的發(fā)展歷史，隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進步，人工關(guān)節(jié)的制作也逐漸成熟，這也促使膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)在各家醫(yī)院骨科廣泛開展，越來越多的成年人、老年人接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)。

但由于人群的特殊性，目前需要并接受人工膝關(guān)節(jié)置換的主要以身體發(fā)育正常的成年人或老年人為主，對像蔡女士這樣的患者進行膝關(guān)節(jié)手術(shù)是有一定的局限性及未知性。

人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的完成，需要用到與患者原膝關(guān)節(jié)大小、形狀匹配的假體，以及確保術(shù)中假體安放位置準確的試模，三個條件具備后，手術(shù)才能正常開展。

第一步，找到與患者膝關(guān)節(jié)大小形狀相匹配的假體

由于生長發(fā)育障礙癥，蔡女士身高不到130cm，相當于一般兒童7、8歲的身高。如果進行人工膝關(guān)節(jié)的置換也就相當于是在對兒童進行關(guān)節(jié)置換，而且成年人的關(guān)節(jié)是比兒童大的多，哪里有適合蔡女士的膝關(guān)節(jié)？如何得知人工關(guān)節(jié)與蔡女士是否匹配呢？

好在當時檢查技術(shù)已有了新的突破，楊同其教授讓她進行膝關(guān)節(jié)的CT檢查，根據(jù)檢查三維重建影像資料，3D打印出膝關(guān)節(jié)模型，嘗試依據(jù)3D打印出的膝關(guān)節(jié)模型去定制一個人工膝關(guān)節(jié)假體。

【圖為2017年3D打印的膝關(guān)節(jié)模型】

屢遭碰壁，定制膝關(guān)節(jié)假體成難題

2017年，定制人工關(guān)節(jié)假體在骨科領(lǐng)域開展的并不多，重新定制一個一模一樣的人工膝關(guān)節(jié)的過程并不是那么容易。定制一個人工膝關(guān)節(jié)是需要一套工藝程序，而定制的成本費用也不可預(yù)知。楊同其教授聯(lián)系國內(nèi)外多家醫(yī)療器械廠商希望能夠依據(jù)模型去定制一個人工膝關(guān)節(jié)。

但像蔡女士這種情況，生長發(fā)育障礙患者進行膝關(guān)節(jié)置換的病例不具備普遍性，也少有器械廠商愿意花費巨額的費用定制出一個適合生長發(fā)育障礙群體患者的人工膝關(guān)節(jié)假體模板。

楊教授曾想或許目前市場上最小型號的人工膝關(guān)節(jié)假體適合她。

但最終得到的回復(fù)是，目前市場上最小的尺寸都比它（模型）大得多。

在全國進行學(xué)術(shù)交流的峰會上，楊同其教授也屢次請教過骨科專家們，都紛紛表示機會渺茫，風(fēng)險太大，加之當時并沒有廠商能夠定制出適合蔡女士的人工膝關(guān)節(jié)，大家都建議楊教授拒絕家屬和患者。

“手術(shù)，

一定要手術(shù)。”

“手術(shù)，一定要手術(shù)。我跟楊主任講，我們老兩口年紀越來越大了，以后沒有肯定辦法照顧她的，我就請楊主任想想辦法?！辈膛拷衲?0多歲的母親一提到女兒的病情就紅了眼眶，從2017年開始，她每年都找楊同其教授詢問有沒有可以手術(shù)的消息。

這幾年里，楊同其教授也一直沒有放棄幫她找合適的假體。

【圖為楊同其教授】

機會來了，不負所托！

今年（2020年），國外一家器械公司找到楊教授，他們有特別定制一款型號相對較小的人工膝關(guān)節(jié)，不知道適不適合蔡女士使用。四年了，終于有了希望了，楊教授立即讓對方將資料發(fā)了過來，經(jīng)對比，確實與四年前蔡女士經(jīng)過3D打印出來的模型相差不大，是個機會。

但受疫情影響，加之國外的廠商定制，費用較大，最終一家國內(nèi)的人工關(guān)節(jié)定制廠商愿意嘗試幫助蔡女士定制合適的人工膝關(guān)節(jié)。

膝關(guān)節(jié)變形加劇，定制難度加大！

用來參考定制膝關(guān)節(jié)的模型是4年前根據(jù)蔡女士的情況3D打印出來了，四年過去了，患者膝關(guān)節(jié)受類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的影響產(chǎn)生大變化，又出現(xiàn)了新的難題。

【圖為患者膝關(guān)節(jié)進行CT平掃后的三維重建影像】

【圖為依據(jù)三維重建影像畫出來的膝關(guān)節(jié)構(gòu)造圖】

根據(jù)CT顯示，蔡女士的左膝關(guān)節(jié)髕骨已出現(xiàn)嚴重的移動變形，并伴有骨質(zhì)疏松，加之四年來蔡女士自膝蓋不能活動后就沒有再行動過，骨骼未經(jīng)過使用出現(xiàn)萎縮癥狀，與四年前相比，腿不能活動，也不能伸直，定制的人工膝關(guān)節(jié)必須要以現(xiàn)在的患者骨骼狀況來定制。

3D打印模型、AI技術(shù)輔助定制人工膝關(guān)節(jié)

得到消息后，楊同其教授立即通知蔡女士來到蘇州明基醫(yī)院，住院進行檢查。很快，根據(jù)CT三維重建影像資料3D打印出的模型出來了，接下來就是根據(jù)模型盡可能地去定制一款最適用的人工膝關(guān)節(jié)。

人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)常規(guī)操作一般是術(shù)者根據(jù)提前準備好的確保術(shù)中假體安放位置準確的試模來進行操作，確保膝關(guān)節(jié)成功植入患者肢體。而蔡女士這種情況的人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)在骨科領(lǐng)域從未開展過，更別提有型號相匹配的試模這一說。在沒有試模校準的情況下，這個手術(shù)可以說極為考驗醫(yī)生的操作經(jīng)驗和手術(shù)技巧，稍有差池，患者術(shù)后肢體功能就難以恢復(fù)，也就意味著手術(shù)的失敗。

那如何確保定制的這個膝關(guān)節(jié)假體能夠成功置入？

楊同其教授建議通過AI技術(shù)模擬將定制的人工膝關(guān)節(jié)植入患者左膝的情景，通過多次模擬不斷對人工膝關(guān)節(jié)進行打磨，拋光及表面噴涂，確保每一個細節(jié)都能夠嚴絲合縫地與患者肢體相適應(yīng)。

一個月的時間，經(jīng)過反復(fù)AI模擬，最終打磨定制出適用于患者的人工膝關(guān)節(jié)假體。

沒有模具導(dǎo)航的截骨相當于“純手工打造”，這種技術(shù)少有先例可循。

手術(shù)的方式對術(shù)者的要求也極高。

但機會來了就要把握住，經(jīng)過慎重考慮，楊同其教授決定選擇一種不太常用也少有人掌握的術(shù)式，即：旋轉(zhuǎn)鉸鏈式膝關(guān)節(jié)假體置換術(shù)。

楊同其教授在骨科已有近40年臨床工作經(jīng)驗，期間開展了包括旋轉(zhuǎn)鉸鏈式膝關(guān)節(jié)假體置換術(shù)在內(nèi)的大量關(guān)節(jié)置換術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗。

2020年11月中旬，手術(shù)如期開展。

雖然楊同其教授已有40余年的手術(shù)經(jīng)驗，但給患有類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的生長發(fā)育障礙患者進行人工膝關(guān)節(jié)手術(shù)確是少數(shù)，手術(shù)過程中仍有大量不確定風(fēng)險的存在。在楊同其教授的帶領(lǐng)下，骨科團隊齊心協(xié)力，在麻醉科、手術(shù)室的全程配合下，5個小時后，成功將定制的假體植入患者左膝。

術(shù)后第三天，蔡女士已經(jīng)可以抬起自己左膝。

術(shù)后一周，她已經(jīng)能夠嘗試下地站立。

術(shù)后兩周，蔡女士借助助行器已經(jīng)可以實現(xiàn)自己行走，與術(shù)前不同的是，術(shù)后膝蓋彎曲也不會出現(xiàn)不適感。

12月18日，蔡女士再次來到楊同其教授門診復(fù)查，與一個月前相比，她已經(jīng)能夠脫離助行器自己慢慢行走了。

一個月前，對能否手術(shù)的焦慮，對手術(shù)后能否恢復(fù)預(yù)期的效果的擔憂，一個月后都化作了能夠重新站立行走，重新迎接新生活的自信笑容。