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本研究分为三个部分第一部分:计算机辅助设计与3D打印个性化截骨导板辅助人工全膝关节置换术的精准度研究目的:探讨计算机辅助设计与3D打印个性化截骨导板辅助的人工全膝关节置换手术的精准度。方法:对32例膝关节骨关节炎患者术前行患侧下肢全长CT扫描、局部膝关节MRI扫描,将所获Dicom数据导入mimics17.0软件中进行三维重建下肢全长,再进行计算机模拟截骨、假体安装、假体大小与位置测量,再基于CAD设计结果,采用3D打印制作个性化膝关节截骨导板。评估CAD设计的假体大小与术中实际假体大小的一致性。术后行患肢膝关节CT扫描并重建,比较术后实际所得的下肢冠状面髋-膝-踝(hip-knee-ankle,HKA)角、假体冠状面股骨组件(frontal femoral component,FFC)角、假体股骨假体旋转角(posterior condylar angle,PCA)、假体冠状面胫骨组件角(frontal tibial component,FTC)、假体矢状面胫骨组件(lateral tibial component,LTC)角与术前CAD设计值的差异,测量股骨远端、胫骨平台截骨厚度的术前CAD设计值与手术实际值的差异。结果:术前假体大小与术中使用完全一致31例,准确率96.9%;术前、术后HKA角偏差(4.6±0.54°,1.3±0.2°,t=5.75,P<0.01),差别有统计学意义。术前及术后所得HKA角、FFC角、PCA角、FTC角、LTC角与术前CAD设计值无显著性差异,术前及术后股骨远端厚度(9.1±0.6mm,9.0±0.5,t=1.4,P>0.05)、胫骨平台截骨厚度偏差(8.9±1.2mm,8.6±1.7mm,t=0.8,P>0.05)无显著性差异。结论:计算机辅助设计与3D打印个性化截骨导板辅助人工全膝关节置换手术具有较高精准度,该方法可提供精准的膝关节置换手术方案。第二部分:传统技术与3D打印截骨导板技术在全膝关节表面置换术中的对比研究目的:探讨个性化导航定位导板应用于全膝关节表面置换术中的准确性及有效性。方法:56例骨性关节炎行全膝关节表面置换((total knee arthroplasty,TKA)手术,其中28例行个性化计算机辅助设计与3D打印截骨导板辅助下TKA手术,28例行常规TKA手术比较。定位钉导板组术前行下肢全长CT扫描,膝关节MRI局部扫描,对所获Dicom格式数据使用Mimcs 17.0软件进行三维重建获取下肢全长的三维数据,进行个性化截骨导板的CAD设计,再使用3D打印技术制作导板。记录术后髋-膝-踝角、股骨组件角、胫骨组件角等力线偏移值、手术时间、术中出血量、术后引流量、术后并发症发生率,以及术后2天、1周、2周、1月、3月、6月、12月的VAS与KSS评分,并与常规手术组进行比较。结果:截骨导板组术前预测量的假体大小、股骨髁、胫骨平台截骨量与术中实际值无显著性差异(P>0.05)。术后截骨导板组的髋膝踝角偏差(1.2±1.1°,3.3±2.7°,P<0.05)、冠状面股骨组件角偏差(1.0±0.7°,2.3±1.2°,P<0.05)、矢状面股骨假体旋转角偏差(0.5±0.2°,1.4±0.7°,P<0.05)、冠状面胫骨组件角偏差(1.3± 1.0°,2.4±1.4°,P<0.05)、矢状面胫骨组件角偏差(3.2±1.2°,5.2±2.7°,P<0.05)均小于常规手术。截骨导板组术后无膝内外翻畸形、假体松动等并发症发生,术后2天、1周、2周、1月的VAS评分、KSS评分3D打印手术优于常规手术(P<0.05)结论:个性化3D打印截骨导板可以实现更精确的TKA假体安装,提升TKA手术的精度与疗效。第三部分:3D打印截骨槽导板与定位钉导板在全膝关节置换术中的对比研究目的:比较3D打印截骨槽导板与定位钉导板在人工全膝关节置换术中的临床效果。方法:选取2015年1月至2016年1月,于南京医科大学附属南京医院骨科行单侧TKA的患者42例采用电脑随机抽样法分为两组,每组21例,A组为截骨槽组,B组为定位钉组,分别对两组患者行下肢全长CT扫描,局部膝关节MRI扫描,所得数据均存为Dicom格式。将Dicom数据导入到Micms 17.0软件中,利用CT、MRI数据建立具有局部软骨厚度的膝关节三维模型。将模型导入到3-matic软件中,根据模型特征进行模拟截骨,截骨后A组设计为截骨槽导板、B组设计为定位钉导板,最后进行导板的3D打印并记录两组导板打印时间。记录并比较两组术中断裂率、手术时间、术后引流量、术后髋-膝-踝角(hip knee ankle,HKA)、冠状面股骨组件角(frontal femoral component,FFC)、冠状面胫骨组件角(frontal tibial component,FTC)、矢状面胫骨组件角(lateraltibial component,LTC)偏移值及术后1、3、6、12个月的膝关节协会膝关节评分(knee society score,KSS)。结果:截骨槽组和定位钉组导板打印时间分别为(152±25)min和(156±23)min(P>0.05)、断裂率分别为14.3%和4.8%(P<0.05)、手术时间分别为(38.1±7.3)min 和(31.2±6.5)min(P<0.05)、术后出血量分别为(197.3±46.4)ml 和(220.5±3 8.5)ml(P>0.05),两组术后的假体特征角度:HKA偏差[(1.7±1.3)° vs.(1.6±1.5)。](P>0.05)、FFC 偏差[(1.2±0.8)° vs.(1.3±1.2)°](P>0.05)、FTC 偏差[(1.2±1.4)°vs.(1.4±1.5)°](P>0.05)、LTC 偏差[(3.2±1.3)° vs.(3.5±1.6)°](P>0.05)。术后1、3、6、12个月的KSS评分差异无统计学意义(P>0.05)。结论:3D打印截骨槽导板与定位钉导板在全膝关节置换术中均可获得较好的临床效果,但定位钉导板稳定性更好。