3D打印技术让膝关节炎病人不再担忧“人老腿先老”

来源：上海九院王金武团队

随着老龄化社会的步入,老年人口数的不断上升,骨关节炎(OA)也成为威胁中老年人群健康,致残中老年人群的主要因素之一。全球约有1.9亿OA患者,且人数不断增加,发病率随年龄递增,小于40岁为5%,60岁～75岁高于50%,大于75岁高达80%。

膝关节骨性关节炎是OA的最常见类型,是一种慢性、无菌性、进行性侵犯关节的炎症,最终致关节疼痛,畸形和功能障碍,影响病人的活动能力和生活质量。资料表明60岁以上人群,几乎100% 有膝关节退变的组织学表现,60%～80%可见OA的X线征象,其中20%有疼痛和活动受限;国内的发病率高达8.3%。

膝关节作为主要的承重和运动关节，在人类日常生活中扮演着重要的角色。膝骨关节炎的发生与发展严重影响了患者的生活质量，因其影响时间长、治疗费用高昂和高致残率的特点，已经成为一种严重的社会负担。

膝骨关节炎的诊断
下肢力线的测量一般采用负重位下肢力线全长X线片进行测量。除此之外，胫股角也常被用作膝骨关节炎的诊断。胫股角是股骨长轴和胫骨长轴相交于膝关节中心而形成的向外侧的夹角，平均为174°

针对膝骨关节炎的物理治疗方式中最常用的是佩戴膝关节矫形支具。早中期膝骨关节炎患者通过佩戴合适的膝关节矫形支具可以延缓甚至抑制关节的退变或增生，延后手术治疗的时间，甚至可以避免手术治疗。膝骨关节炎的支具矫治是一个长期过程，对于膝骨关节炎患者，短期佩戴膝关节矫形支具可以减轻关节疼痛，长期佩戴可以达到矫正患肢力线、永久改变关节间室间隙的目的。因此，矫形支具治疗是手术之前很长一段时间最重要的治疗手段。

膝关节矫形支具现状

三（四）点力式矫形原理

优点：矫正下肢力线，增大患侧间室间隙，减小患侧间室负荷
缺点：减小对侧间室间隙，增大对侧间室负荷，加剧对侧磨损

除常见的三、四点力矫形器以外，我们还通过对膝关节两侧分别施加大小不等的轴向拉伸力，根据作用力与反作用力原理、杠杆平衡原理及力的分解原理，产生一个向力较小侧方向的矫正力矩，通过矫正力线，减轻患者患侧负荷的同时，对对侧进行局部减荷，从而避免加剧对侧的磨损。

在此基础上，王金武教授团队还将3D打印技术运用在了膝关节矫形支具的设计制造中，研发了新型个性化3D打印单侧减荷式膝关节支具，在个性化治疗的同时还减轻了矫形支具的重量，大幅度提升了患者佩戴矫形支具时的舒适度。

患者未佩戴（左）和佩戴（右）

患者佩戴矫形器行走，并通过步态实验对佩戴支具前后的步态数据进行测算、分析。实验数据结果初步证明，受试者佩戴膝关节内侧减压矫形器后，支撑相后期（膝关节承重的重要周期）膝关节外翻角增大，膝关节内侧力线向外侧转移，膝关节内侧压力降低。对于早、中期的膝骨关节炎患者，佩戴合理设计的膝关节矫形支具能够矫正下肢力线，从而减轻患髁受力，减轻疼痛、改善患处功能并增加膝关节稳定性。

专家介绍
医学博士，主任医师，教授，博导。现任上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师，上海交通大学生物医学工程学院教授，教育部数字医学临床转化教育部工程中心副主任，民政部智能控制与康复技术重点实验室副主任，转化医学国家重大科技基础设施（上海）创新医疗器械注册研究与临床转化服务中心主任，转化医学国家重大科技基础设施（上海）-数字医学与生物3D打印实验室主任，上海市卫健委骨与关节康复医学科重点学科带头人，上海交通大学康复辅具创新中心主任，十三五科技部国家重点研发计划首席科学家，上海市优秀技术带头人，中华医学会上海数字医学专科分会候任主委。先后承担了包括科技部重点研发计划（生物3D打印）、科技部“863”（高精度3D打印装备制造）与“973”（多级微纳骨修复生物材料）子课题、国家自然基金在内的国家级课题7项，省部级课题16项；同时领衔民政部3D打印康复辅具标准研究课题和上海市人民政府康复辅具产业发展策略研究课题各一项，参编专著20部（主编1部，副主编5部），在上海交大设立数字医学与3D打印前沿医工交叉转化研究生课程，第一作者发表包括SCI论文70余篇（其中Nature与Science旗下子刊共3篇）。

在戴尅戎院士的指导与支持下，率先申请到国内第一个3D打印医疗器械注册证，也是注册人制度下科研机构申请到的国内首张医疗器械注册证。

专长：复杂的肩关节周围骨折的微创治疗；肩关节镜下肩袖损伤与肩关节不稳的微创治疗；肩肘关节置换；3D打印康复辅具与骨关节内植物3D打印的临床转化，通过显微外科和定制式人工关节技术进行肩关节肿瘤的保肢治疗。