3D打印技術(shù)讓膝關(guān)節(jié)炎病人不再擔(dān)憂“人老腿先老”

來源：上海九院王金武團(tuán)隊(duì)

隨著老齡化社會(huì)的步入,老年人口數(shù)的不斷上升,骨關(guān)節(jié)炎(OA)也成為威脅中老年人群健康,致殘中老年人群的主要因素之一。全球約有1.9億OA患者,且人數(shù)不斷增加,發(fā)病率隨年齡遞增,小于40歲為5%,60歲～75歲高于50%,大于75歲高達(dá)80%。

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎是OA的最常見類型,是一種慢性、無菌性、進(jìn)行性侵犯關(guān)節(jié)的炎癥,最終致關(guān)節(jié)疼痛,畸形和功能障礙,影響病人的活動(dòng)能力和生活質(zhì)量。資料表明60歲以上人群,幾乎100% 有膝關(guān)節(jié)退變的組織學(xué)表現(xiàn),60%～80%可見OA的X線征象,其中20%有疼痛和活動(dòng)受限;國(guó)內(nèi)的發(fā)病率高達(dá)8.3%。

膝關(guān)節(jié)作為主要的承重和運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，在人類日常生活中扮演著重要的角色。膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生與發(fā)展嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量，因其影響時(shí)間長(zhǎng)、治療費(fèi)用高昂和高致殘率的特點(diǎn)，已經(jīng)成為一種嚴(yán)重的社會(huì)負(fù)擔(dān)。

膝骨關(guān)節(jié)炎的診斷
下肢力線的測(cè)量一般采用負(fù)重位下肢力線全長(zhǎng)X線片進(jìn)行測(cè)量。除此之外，脛股角也常被用作膝骨關(guān)節(jié)炎的診斷。脛股角是股骨長(zhǎng)軸和脛骨長(zhǎng)軸相交于膝關(guān)節(jié)中心而形成的向外側(cè)的夾角，平均為174°

針對(duì)膝骨關(guān)節(jié)炎的物理治療方式中最常用的是佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具。早中期膝骨關(guān)節(jié)炎患者通過佩戴合適的膝關(guān)節(jié)矯形支具可以延緩甚至抑制關(guān)節(jié)的退變或增生，延后手術(shù)治療的時(shí)間，甚至可以避免手術(shù)治療。膝骨關(guān)節(jié)炎的支具矯治是一個(gè)長(zhǎng)期過程，對(duì)于膝骨關(guān)節(jié)炎患者，短期佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具可以減輕關(guān)節(jié)疼痛，長(zhǎng)期佩戴可以達(dá)到矯正患肢力線、永久改變關(guān)節(jié)間室間隙的目的。因此，矯形支具治療是手術(shù)之前很長(zhǎng)一段時(shí)間最重要的治療手段。

膝關(guān)節(jié)矯形支具現(xiàn)狀

三（四）點(diǎn)力式矯形原理

優(yōu)點(diǎn)：矯正下肢力線，增大患側(cè)間室間隙，減小患側(cè)間室負(fù)荷
缺點(diǎn)：減小對(duì)側(cè)間室間隙，增大對(duì)側(cè)間室負(fù)荷，加劇對(duì)側(cè)磨損

除常見的三、四點(diǎn)力矯形器以外，我們還通過對(duì)膝關(guān)節(jié)兩側(cè)分別施加大小不等的軸向拉伸力，根據(jù)作用力與反作用力原理、杠桿平衡原理及力的分解原理，產(chǎn)生一個(gè)向力較小側(cè)方向的矯正力矩，通過矯正力線，減輕患者患側(cè)負(fù)荷的同時(shí)，對(duì)對(duì)側(cè)進(jìn)行局部減荷，從而避免加劇對(duì)側(cè)的磨損。

在此基礎(chǔ)上，王金武教授團(tuán)隊(duì)還將3D打印技術(shù)運(yùn)用在了膝關(guān)節(jié)矯形支具的設(shè)計(jì)制造中，研發(fā)了新型個(gè)性化3D打印單側(cè)減荷式膝關(guān)節(jié)支具，在個(gè)性化治療的同時(shí)還減輕了矯形支具的重量，大幅度提升了患者佩戴矯形支具時(shí)的舒適度。

患者未佩戴（左）和佩戴（右）

患者佩戴矯形器行走，并通過步態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)佩戴支具前后的步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算、分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果初步證明，受試者佩戴膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)減壓矯形器后，支撐相后期（膝關(guān)節(jié)承重的重要周期）膝關(guān)節(jié)外翻角增大，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)力線向外側(cè)轉(zhuǎn)移，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)壓力降低。對(duì)于早、中期的膝骨關(guān)節(jié)炎患者，佩戴合理設(shè)計(jì)的膝關(guān)節(jié)矯形支具能夠矯正下肢力線，從而減輕患髁受力，減輕疼痛、改善患處功能并增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。

專家介紹
醫(yī)學(xué)博士，主任醫(yī)師，教授，博導(dǎo)�，F(xiàn)任上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院骨科主任醫(yī)師，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，教育部數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化教育部工程中心副主任，民政部智能控制與康復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）創(chuàng)新醫(yī)療器械注冊(cè)研究與臨床轉(zhuǎn)化服務(wù)中心主任，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）-數(shù)字醫(yī)學(xué)與生物3D打印實(shí)驗(yàn)室主任，上海市衛(wèi)健委骨與關(guān)節(jié)康復(fù)醫(yī)學(xué)科重點(diǎn)學(xué)科帶頭人，上海交通大學(xué)康復(fù)輔具創(chuàng)新中心主任，十三五科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家，上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人，中華醫(yī)學(xué)會(huì)上海數(shù)字醫(yī)學(xué)�？品謺�(huì)候任主委。先后承擔(dān)了包括科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（生物3D打印）、科技部“863”（高精度3D打印裝備制造）與“973”（多級(jí)微納骨修復(fù)生物材料）子課題、國(guó)家自然基金在內(nèi)的國(guó)家級(jí)課題7項(xiàng)，省部級(jí)課題16項(xiàng)；同時(shí)領(lǐng)銜民政部3D打印康復(fù)輔具標(biāo)準(zhǔn)研究課題和上海市人民政府康復(fù)輔具產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略研究課題各一項(xiàng)，參編專著20部（主編1部，副主編5部），在上海交大設(shè)立數(shù)字醫(yī)學(xué)與3D打印前沿醫(yī)工交叉轉(zhuǎn)化研究生課程，第一作者發(fā)表包括SCI論文70余篇（其中Nature與Science旗下子刊共3篇）。

在戴尅戎院士的指導(dǎo)與支持下，率先申請(qǐng)到國(guó)內(nèi)第一個(gè)3D打印醫(yī)療器械注冊(cè)證，也是注冊(cè)人制度下科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)到的國(guó)內(nèi)首張醫(yī)療器械注冊(cè)證。

專長(zhǎng)：復(fù)雜的肩關(guān)節(jié)周圍骨折的微創(chuàng)治療；肩關(guān)節(jié)鏡下肩袖損傷與肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)的微創(chuàng)治療；肩肘關(guān)節(jié)置換；3D打印康復(fù)輔具與骨關(guān)節(jié)內(nèi)植物3D打印的臨床轉(zhuǎn)化，通過顯微外科和定制式人工關(guān)節(jié)技術(shù)進(jìn)行肩關(guān)節(jié)腫瘤的保肢治療。