引用本文： 劉德健, 李彥林, 蔡國鋒, 賈笛, 毛健宇, 蒙旭晗, 王國梁, 何川. 3D 打印截骨導板輔助人工全膝關節置換術早期療效分析. 中國修復重建外科雜志, 2018, 32(7): 899-905. doi: 10.7507/1002-1892.201802013 復制
人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是目前治療終末期膝骨關節炎最有效的手術方式。傳統 TKA 術中主要依靠術者經驗定位股骨及脛骨解剖標志并確定截骨量，具有手術時間較長、截骨準確度有限、失血量增加、存在發生感染及脂肪栓塞風險等問題[1-6]，增加了 TKA 失敗率及翻修率[7]。近年來，隨著計算機輔助技術的發展，很多學者認為定制股骨端及脛骨端截骨導航模板可以幫助術者實現精準截骨，最大限度減少術中假體植入誤差，減少手術時間，從而提高手術效率，同時也可為更好地選擇假體類型提供參考，使 TKA 取得更好療效[8-13]。為探討 3D 打印截骨導板輔助 TKA 的療效以及其在膝關節運動學方面的優勢，我們進行了臨床對比研究。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 根據骨關節炎診治指南（2007 年版）[14]確診為膝骨關節炎；② 依從性強，愿意配合本研究者；③ 全身基本情況良好。排除標準：① 年齡≥70 歲；② 過敏體質；③ 合并風濕性關節炎；④ 合并痛風性關節炎；⑤ 合并糖尿病；⑥ 合并有肝、腎、心腦血管系統等嚴重原發性疾病。2016 年 1 月—2017 年 6 月，共 60 例膝骨關節炎患者符合選擇標準納入研究。其中 30 例采用 3D 打印截骨導板輔助手術（3D 打印組），30 例采用傳統手術方式（傳統組）。
3D 打印組：男 12 例，女 18 例；年齡 58～72 歲，平均 66.4 歲。體質量指數（body mass index，BMI）為（24.3±1.0）kg/m2。左膝 11 例、右膝 19 例。病程 22～54 個月，平均 43.2 個月。傳統組：男 11 例，女 19 例；年齡 59～69 歲，平均 65.9 歲。BMI 為（24.6±0.9）kg/m2。左膝 14 例、右膝 16 例。病程 23～59 個月，平均 45.6 個月。參照 Kellgren-Lawrence 分級標準，兩組患者膝骨關節炎為Ⅳ級。兩組患者性別、年齡、BMI、手術側別、病程等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。
1.2 治療方法
1.2.1 3D 打印組
① 術前制備截骨導板：術前行雙下肢 CT 平掃，包括髖、膝、踝關節，層厚 1 mm、層間距 0.75 mm。將獲得的 CT 數據以 DICOM 格式導入 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時），重建骨骼三維模型（圖 1）。同時，觀察患肢骨骼解剖結構，模擬截骨范圍，構建截骨導板模型。將膝關節三維模型以及導板模型以 STL 格式導入 SRP400B 3D 打印機（華森三維打印研究院有限公司），使用聚酰胺材料進行打印，打印的模型以低溫等離子消毒備用。
圖1
雙下肢骨骼三維模型
從左至右分別為側面觀、正面觀、背面觀
Figure1. Three-dimensional model of lower extremity bonesFrom left to right for the side view, front view, and back view② 手術方法：采用蛛網膜下腔阻滯麻醉聯合持續硬膜外麻醉，在患側大腿近端上氣壓止血帶，壓力值為 45 kPa。采用膝正中切口，長約 15 cm，沿髕骨內側進入膝關節，將髕骨向外側翻轉，屈膝 90° 充分暴露膝關節。探查髕上囊及關節腔，取出游離體，切除骨贅、增生滑膜及脂肪組織、前交叉韌帶、內外側半月板，松解膝關節內外側軟組織。將術前打印的股骨模型及股骨截骨導板與患者股骨比對后，使用軟骨剝離器將截骨導板與股骨內外側股骨髁貼合處的軟骨刮除，使截骨導板與股骨髁緊密貼合后，沿截骨導板截骨；脛骨端同上法截骨后測量脛骨力線。使用匹配型號金屬截骨模具截骨。反復沖洗關節腔，安裝假體。見圖 2。再次檢查膝關節活動度及穩定性滿意后，安放 1 根引流管，縫合切口。
圖2
3D 打印截骨導板輔助右膝 TKA 手術步驟
a. 股骨模型及股骨截骨導板與患膝股骨比對；b. 將截骨導板與股骨緊密貼合；c. 股骨截骨面；d. 脛骨模型及脛骨截骨導板與患膝脛骨比對；e. 將截骨導板與脛骨緊密貼合；f. 完成脛骨截骨后測量脛骨力線滿意；g. 使用匹配型號金屬截骨模具截骨；h. 假體安置完成
Figure2. The surgical procedure of 3D printing osteotomy navigation template assisted TKA of right knee jointa. Compared with femur model and osteotomy navigation template of femur with patientxs femur; b. Osteotomy navigation template was contacted with the femur closely; c. The surface of femur after curettage; d. Compared with tibia model and osteotomy navigation template of femur with patientxs tibia; e. Osteotomy navigation template was contacted with the tibia closely; f. After osteotomy of the tibia, the line of force was satisfied; g. The femour and tibia were cut by using matched metal osteotomy instrument; h. The prosthesis was placed
1.2.2 傳統組
除術中采用股骨髓內及脛骨髓外定位截骨，并根據實際情況選擇合適的假體外，其余操作步驟與 3D 打印組一致。
1.3 療效評價指標
① 一般情況：記錄兩組手術時間，術前及術后 1、3 d 患者血紅蛋白值，術后切口引流量。② 膝關節功能：術前及術后 3 個月采用美國特種外科醫院（HSS）評分、膝關節學會評分系統（KSS）臨床及功能評分，評價患者膝關節功能情況。③ 膝關節運動學分析：采用 Opti-Knee 膝關節三維運動分析系統（上海逸動醫學科技有限公司），記錄術前及術后 3 個月膝關節 6 個自由度（內外翻角、內外旋角、屈伸角、前后位移、上下位移、內外位移）活動范圍（最大值與最小值的差值）。同時收集 30 例正常成人膝關節運動學數據與上述兩組對比分析，其中男 13 例，女 17 例；年齡 50～58 歲，平均 54.6 歲；BMI 為（23.3±1.0）kg/m2。
1.4 統計學方法
采用 SPSS20.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本 t 檢驗；多組間比較采用方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
與傳統組比價，3D 打印組手術時間明顯縮短，術后 1、3 d 血紅蛋白值較高，術后切口引流量較少，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表 1。術后均未出現感染、下肢深靜脈血栓形成、脂肪栓塞等并發癥。兩組患者均獲隨訪，隨訪時間 6～9 個月，平均 7.3 個月。兩組手術前后 HSS 評分以及 KSS 臨床評分比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；兩組術前 KSS 功能評分比較差異無統計學意義（P>0.05），但術后 3 個月 3D 打印組 KSS 功能評分明顯優于傳統組（P<0.05）。見表 2。X 線片復查示兩組假體位置良好，均未出現關節假體松動、假體周圍感染、假體周圍骨溶解、聚乙烯襯墊脫位等情況。見圖 3。
表1
兩組手術一般情況比較（n=30，
）
Table1.
Comparison of general situation between 2 groups (n=30,
)
表2
兩組膝關節功能評分比較（n=30，
）
Table2.
Comparison of knee joint scores between 2 groups (n=30,
)
圖3
3D 打印組患者，女，58 歲，右膝骨關節炎
a～c. 術前膝關節正側位 X 線片及雙下肢全長 X 線片；d～f. 術后 3 個月膝關節正側位 X 線片及雙下肢全長 X 線片
Figure3. A 58-year-old female patient with right knee osteoarthritis in 3D printing groupa-c. Anteroposterior, lateral, and full length X-ray films before operationm; d-f. Anteroposterior, lateral, and full length X-ray films at 3 months after operation
正常成人膝關節內外翻角、內外旋角、屈伸角、前后位移、上下位移及內外位移活動范圍分別為（6.36±1.54）°、（5.92±2.72）°、（52.49±9.15）°、（0.84±0.50）cm、（0.76±0.28）cm、（0.90±0.43）cm。術前 3D 打印組與傳統組膝關節內外翻角、內外旋角、前后位移、上下位移活動范圍均大于正常成人（P<0.05），屈伸角及內外位移活動范圍與正常成人相似（P>0.05）。術前 3D 打印組與傳統組的膝關節 6 個自由度比較差異均無統計學意義（P>0.05）。
術后 3 個月，與正常成人相比，傳統組內外翻角活動范圍增加、屈伸角活動范圍減小（P<0.05），而 3D 打印組差異無統計學意義（P>0.05）；兩組上下位移、內外位移活動范圍均較正常成人明顯減小（P<0.05）；兩組內外旋角、前后位移活動范圍與正常成人比較，差異無統計學意義（P>0.05）。與傳統組相比，3D 打印組內外翻角活動范圍減小、屈伸角增大，差異有統計學意義（P<0.05）；兩組其余自由度活動范圍比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表 3。
表3
3D 打印組與傳統組膝關節運動學測量結果（n=30，
）
Table3.
Results of knee joint kinematics in 3D printing group and conventional TKA group (n=30,
)
3 討論
3.1 3D 打印截骨導板輔助 TKA 的優勢及不足
有學者提出，3D 打印技術用于 TKA 有利于提升效率[4, 12-13]，截骨導板的使用節省了傳統置換術中判斷截骨量、髓內及髓外定位、調試假體型號等流程所需時間，明顯縮短了手術時間。本研究中 3D 打印組手術時間較傳統組明顯縮短。截骨導板的使用還避免了傳統術中股骨髓內定位，進而減少了術中及術后失血量、感染及脂肪栓塞的風險。本研究中，3D 打印組術后 1、3 d 血紅蛋白值均高于傳統組，術后引流量小于傳統組，進一步驗證 3D 打印技術輔助 TKA 可減少術后患者失血。此外，根據患者術前影像學資料進行設計、規劃手術，術中運用個性化 3D 打印截骨導板，為術后快速康復提供了良好條件。同時，因手術糾正患側肢體力線完全符合患者原解剖特點，也可以延長假體使用壽命，減少術后翻修[15-16]。
3D 打印截骨導板輔助 TKA 的不足：① 術前導板制作需要一定時間。② 術前采用 CT 數據進行逆向三維重建，不能充分考慮軟骨對術中截骨的影響。我們建議將導板與股骨貼合面設計在無軟骨區域，以減少 CT 無法精確識別軟骨所帶來的影響。③ 術前 CT 掃描時患者取平臥位，無法真實反映患者負重時下肢力線情況，可能導致術前設計截骨導板時產生偏倚。建議行 CT 掃描時患者采取站立位，以更精準地確認患肢力線，減少設計過程中存在的誤差。
3.2 TKA 術后膝關節運動學分析
對于終末期膝骨關節炎，雖然 TKA 治療在臨床上已獲得成功，但是術后患肢步態的改變以及股四頭肌和膝關節周圍組織損傷導致的膝關節靜態力學失衡會持續很長時間[17]，均可以導致術后疼痛、患肢功能恢復不佳，患者滿意度降低。步行為人們日常生活中最基本、最重要的活動方式，目前臨床常用的 X 線、CT、MRI 等靜態影像學檢查方法，尚無法評判膝關節運動時變化。近年來，已有很多學者開始進行膝關節運動學的相關研究，如步頻、步速，不同運動時膝關節活動范圍變化等，以便更全面評估膝關節運動情況[18-20]。
本研究通過膝關節運動學分析，觀察膝關節活動時屈伸角、內外翻角、內外旋角、前后位移、上下位移、內外位移共 6 個自由度活動范圍變化情況，全方位動態評估患者膝關節情況，有助于病因確認、治療方式選擇及療效評估等 [21]。術后 3 個月測量結果顯示，3D 打印組內外翻角活動范圍與正常成人無明顯差異，而傳統組大于正常成人，提示通過術前設計 3D 打印截骨導板以及術中導板輔助下精準截骨，可更好地恢復下肢力線。3D 打印組屈伸角活動范圍也與正常成人無明顯差異，而傳統組小于正常成人，屈伸角度的恢復主要取決于膝關節周圍軟組織的恢復[22]，該結果提示 3D 打印組患者術后膝關節周圍軟組織恢復更快。兩組膝關節內外旋角、前后位移活動范圍與正常成人無明顯差異，而上下位移及內外位移活動范圍均小于正常成人，分析可能與術后患者膝關節周圍軟組織尚未完全恢復有關[20]。
近年來，臨床相關膝關節運動學分析研究取得了一定成果，但也有很多不足：① 缺少健康人群和膝骨關節炎人群膝關節生物力學大樣本數據[23]；② 尚不能同時研究膝關節周圍肌肉群對膝關節功能及穩定性的影響；③ 下肢運動時縛帶位置變化可造成所采集的數據存在偏倚；④ 應用 Opti-Knee 膝關節三維運動分析系統進行數據采集時，患者需以 3 km/h 速度在運動平臺上勻速行走，但部分患者因行走時疼痛尚不能適應該速度，導致采集數據不準確，無法進行后續分析。以上均是膝關節運動學分析研究亟待解決的問題及發展方向。
人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是目前治療終末期膝骨關節炎最有效的手術方式。傳統 TKA 術中主要依靠術者經驗定位股骨及脛骨解剖標志并確定截骨量，具有手術時間較長、截骨準確度有限、失血量增加、存在發生感染及脂肪栓塞風險等問題[1-6]，增加了 TKA 失敗率及翻修率[7]。近年來，隨著計算機輔助技術的發展，很多學者認為定制股骨端及脛骨端截骨導航模板可以幫助術者實現精準截骨，最大限度減少術中假體植入誤差，減少手術時間，從而提高手術效率，同時也可為更好地選擇假體類型提供參考，使 TKA 取得更好療效[8-13]。為探討 3D 打印截骨導板輔助 TKA 的療效以及其在膝關節運動學方面的優勢，我們進行了臨床對比研究。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 根據骨關節炎診治指南（2007 年版）[14]確診為膝骨關節炎；② 依從性強，愿意配合本研究者；③ 全身基本情況良好。排除標準：① 年齡≥70 歲；② 過敏體質；③ 合并風濕性關節炎；④ 合并痛風性關節炎；⑤ 合并糖尿病；⑥ 合并有肝、腎、心腦血管系統等嚴重原發性疾病。2016 年 1 月—2017 年 6 月，共 60 例膝骨關節炎患者符合選擇標準納入研究。其中 30 例采用 3D 打印截骨導板輔助手術（3D 打印組），30 例采用傳統手術方式（傳統組）。
3D 打印組：男 12 例，女 18 例；年齡 58～72 歲，平均 66.4 歲。體質量指數（body mass index，BMI）為（24.3±1.0）kg/m2。左膝 11 例、右膝 19 例。病程 22～54 個月，平均 43.2 個月。傳統組：男 11 例，女 19 例；年齡 59～69 歲，平均 65.9 歲。BMI 為（24.6±0.9）kg/m2。左膝 14 例、右膝 16 例。病程 23～59 個月，平均 45.6 個月。參照 Kellgren-Lawrence 分級標準，兩組患者膝骨關節炎為Ⅳ級。兩組患者性別、年齡、BMI、手術側別、病程等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。
1.2 治療方法
1.2.1 3D 打印組
① 術前制備截骨導板：術前行雙下肢 CT 平掃，包括髖、膝、踝關節，層厚 1 mm、層間距 0.75 mm。將獲得的 CT 數據以 DICOM 格式導入 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時），重建骨骼三維模型（圖 1）。同時，觀察患肢骨骼解剖結構，模擬截骨范圍，構建截骨導板模型。將膝關節三維模型以及導板模型以 STL 格式導入 SRP400B 3D 打印機（華森三維打印研究院有限公司），使用聚酰胺材料進行打印，打印的模型以低溫等離子消毒備用。
圖1
雙下肢骨骼三維模型
從左至右分別為側面觀、正面觀、背面觀
Figure1. Three-dimensional model of lower extremity bonesFrom left to right for the side view, front view, and back view② 手術方法：采用蛛網膜下腔阻滯麻醉聯合持續硬膜外麻醉，在患側大腿近端上氣壓止血帶，壓力值為 45 kPa。采用膝正中切口，長約 15 cm，沿髕骨內側進入膝關節，將髕骨向外側翻轉，屈膝 90° 充分暴露膝關節。探查髕上囊及關節腔，取出游離體，切除骨贅、增生滑膜及脂肪組織、前交叉韌帶、內外側半月板，松解膝關節內外側軟組織。將術前打印的股骨模型及股骨截骨導板與患者股骨比對后，使用軟骨剝離器將截骨導板與股骨內外側股骨髁貼合處的軟骨刮除，使截骨導板與股骨髁緊密貼合后，沿截骨導板截骨；脛骨端同上法截骨后測量脛骨力線。使用匹配型號金屬截骨模具截骨。反復沖洗關節腔，安裝假體。見圖 2。再次檢查膝關節活動度及穩定性滿意后，安放 1 根引流管，縫合切口。
圖2
3D 打印截骨導板輔助右膝 TKA 手術步驟
a. 股骨模型及股骨截骨導板與患膝股骨比對；b. 將截骨導板與股骨緊密貼合；c. 股骨截骨面；d. 脛骨模型及脛骨截骨導板與患膝脛骨比對；e. 將截骨導板與脛骨緊密貼合；f. 完成脛骨截骨后測量脛骨力線滿意；g. 使用匹配型號金屬截骨模具截骨；h. 假體安置完成
Figure2. The surgical procedure of 3D printing osteotomy navigation template assisted TKA of right knee jointa. Compared with femur model and osteotomy navigation template of femur with patientxs femur; b. Osteotomy navigation template was contacted with the femur closely; c. The surface of femur after curettage; d. Compared with tibia model and osteotomy navigation template of femur with patientxs tibia; e. Osteotomy navigation template was contacted with the tibia closely; f. After osteotomy of the tibia, the line of force was satisfied; g. The femour and tibia were cut by using matched metal osteotomy instrument; h. The prosthesis was placed
1.2.2 傳統組
除術中采用股骨髓內及脛骨髓外定位截骨，并根據實際情況選擇合適的假體外，其余操作步驟與 3D 打印組一致。
1.3 療效評價指標
① 一般情況：記錄兩組手術時間，術前及術后 1、3 d 患者血紅蛋白值，術后切口引流量。② 膝關節功能：術前及術后 3 個月采用美國特種外科醫院（HSS）評分、膝關節學會評分系統（KSS）臨床及功能評分，評價患者膝關節功能情況。③ 膝關節運動學分析：采用 Opti-Knee 膝關節三維運動分析系統（上海逸動醫學科技有限公司），記錄術前及術后 3 個月膝關節 6 個自由度（內外翻角、內外旋角、屈伸角、前后位移、上下位移、內外位移）活動范圍（最大值與最小值的差值）。同時收集 30 例正常成人膝關節運動學數據與上述兩組對比分析，其中男 13 例，女 17 例；年齡 50～58 歲，平均 54.6 歲；BMI 為（23.3±1.0）kg/m2。
1.4 統計學方法
采用 SPSS20.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本 t 檢驗；多組間比較采用方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗。檢驗水準 α=0.05。
2 結果
與傳統組比價，3D 打印組手術時間明顯縮短，術后 1、3 d 血紅蛋白值較高，術后切口引流量較少，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表 1。術后均未出現感染、下肢深靜脈血栓形成、脂肪栓塞等并發癥。兩組患者均獲隨訪，隨訪時間 6～9 個月，平均 7.3 個月。兩組手術前后 HSS 評分以及 KSS 臨床評分比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；兩組術前 KSS 功能評分比較差異無統計學意義（P>0.05），但術后 3 個月 3D 打印組 KSS 功能評分明顯優于傳統組（P<0.05）。見表 2。X 線片復查示兩組假體位置良好，均未出現關節假體松動、假體周圍感染、假體周圍骨溶解、聚乙烯襯墊脫位等情況。見圖 3。
表1
兩組手術一般情況比較（n=30，
）
Table1.
Comparison of general situation between 2 groups (n=30,
)
表2
兩組膝關節功能評分比較（n=30，
）
Table2.
Comparison of knee joint scores between 2 groups (n=30,
)
圖3
3D 打印組患者，女，58 歲，右膝骨關節炎
a～c. 術前膝關節正側位 X 線片及雙下肢全長 X 線片；d～f. 術后 3 個月膝關節正側位 X 線片及雙下肢全長 X 線片
Figure3. A 58-year-old female patient with right knee osteoarthritis in 3D printing groupa-c. Anteroposterior, lateral, and full length X-ray films before operationm; d-f. Anteroposterior, lateral, and full length X-ray films at 3 months after operation
正常成人膝關節內外翻角、內外旋角、屈伸角、前后位移、上下位移及內外位移活動范圍分別為（6.36±1.54）°、（5.92±2.72）°、（52.49±9.15）°、（0.84±0.50）cm、（0.76±0.28）cm、（0.90±0.43）cm。術前 3D 打印組與傳統組膝關節內外翻角、內外旋角、前后位移、上下位移活動范圍均大于正常成人（P<0.05），屈伸角及內外位移活動范圍與正常成人相似（P>0.05）。術前 3D 打印組與傳統組的膝關節 6 個自由度比較差異均無統計學意義（P>0.05）。
術后 3 個月，與正常成人相比，傳統組內外翻角活動范圍增加、屈伸角活動范圍減小（P<0.05），而 3D 打印組差異無統計學意義（P>0.05）；兩組上下位移、內外位移活動范圍均較正常成人明顯減小（P<0.05）；兩組內外旋角、前后位移活動范圍與正常成人比較，差異無統計學意義（P>0.05）。與傳統組相比，3D 打印組內外翻角活動范圍減小、屈伸角增大，差異有統計學意義（P<0.05）；兩組其余自由度活動范圍比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表 3。
表3
3D 打印組與傳統組膝關節運動學測量結果（n=30，
）
Table3.
Results of knee joint kinematics in 3D printing group and conventional TKA group (n=30,
)
3 討論
3.1 3D 打印截骨導板輔助 TKA 的優勢及不足
有學者提出，3D 打印技術用于 TKA 有利于提升效率[4, 12-13]，截骨導板的使用節省了傳統置換術中判斷截骨量、髓內及髓外定位、調試假體型號等流程所需時間，明顯縮短了手術時間。本研究中 3D 打印組手術時間較傳統組明顯縮短。截骨導板的使用還避免了傳統術中股骨髓內定位，進而減少了術中及術后失血量、感染及脂肪栓塞的風險。本研究中，3D 打印組術后 1、3 d 血紅蛋白值均高于傳統組，術后引流量小于傳統組，進一步驗證 3D 打印技術輔助 TKA 可減少術后患者失血。此外，根據患者術前影像學資料進行設計、規劃手術，術中運用個性化 3D 打印截骨導板，為術后快速康復提供了良好條件。同時，因手術糾正患側肢體力線完全符合患者原解剖特點，也可以延長假體使用壽命，減少術后翻修[15-16]。
3D 打印截骨導板輔助 TKA 的不足：① 術前導板制作需要一定時間。② 術前采用 CT 數據進行逆向三維重建，不能充分考慮軟骨對術中截骨的影響。我們建議將導板與股骨貼合面設計在無軟骨區域，以減少 CT 無法精確識別軟骨所帶來的影響。③ 術前 CT 掃描時患者取平臥位，無法真實反映患者負重時下肢力線情況，可能導致術前設計截骨導板時產生偏倚。建議行 CT 掃描時患者采取站立位，以更精準地確認患肢力線，減少設計過程中存在的誤差。
3.2 TKA 術后膝關節運動學分析
對于終末期膝骨關節炎，雖然 TKA 治療在臨床上已獲得成功，但是術后患肢步態的改變以及股四頭肌和膝關節周圍組織損傷導致的膝關節靜態力學失衡會持續很長時間[17]，均可以導致術后疼痛、患肢功能恢復不佳，患者滿意度降低。步行為人們日常生活中最基本、最重要的活動方式，目前臨床常用的 X 線、CT、MRI 等靜態影像學檢查方法，尚無法評判膝關節運動時變化。近年來，已有很多學者開始進行膝關節運動學的相關研究，如步頻、步速，不同運動時膝關節活動范圍變化等，以便更全面評估膝關節運動情況[18-20]。
本研究通過膝關節運動學分析，觀察膝關節活動時屈伸角、內外翻角、內外旋角、前后位移、上下位移、內外位移共 6 個自由度活動范圍變化情況，全方位動態評估患者膝關節情況，有助于病因確認、治療方式選擇及療效評估等 [21]。術后 3 個月測量結果顯示，3D 打印組內外翻角活動范圍與正常成人無明顯差異，而傳統組大于正常成人，提示通過術前設計 3D 打印截骨導板以及術中導板輔助下精準截骨，可更好地恢復下肢力線。3D 打印組屈伸角活動范圍也與正常成人無明顯差異，而傳統組小于正常成人，屈伸角度的恢復主要取決于膝關節周圍軟組織的恢復[22]，該結果提示 3D 打印組患者術后膝關節周圍軟組織恢復更快。兩組膝關節內外旋角、前后位移活動范圍與正常成人無明顯差異，而上下位移及內外位移活動范圍均小于正常成人，分析可能與術后患者膝關節周圍軟組織尚未完全恢復有關[20]。
近年來，臨床相關膝關節運動學分析研究取得了一定成果，但也有很多不足：① 缺少健康人群和膝骨關節炎人群膝關節生物力學大樣本數據[23]；② 尚不能同時研究膝關節周圍肌肉群對膝關節功能及穩定性的影響；③ 下肢運動時縛帶位置變化可造成所采集的數據存在偏倚；④ 應用 Opti-Knee 膝關節三維運動分析系統進行數據采集時，患者需以 3 km/h 速度在運動平臺上勻速行走，但部分患者因行走時疼痛尚不能適應該速度，導致采集數據不準確，無法進行后續分析。以上均是膝關節運動學分析研究亟待解決的問題及發展方向。
