3D打印技術(shù)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人DDH的臨床應(yīng)用

楊清，楊毅，楊柳，張正學(xué)，龔躍昆，楊佳，溪應(yīng)龍，段于平，李彪

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，云南 昆明 650000)

3D打印技術(shù)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人DDH的臨床應(yīng)用

楊清，楊毅，楊柳，張正學(xué)，龔躍昆，楊佳，溪應(yīng)龍，段于平，李彪*

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，云南 昆明 650000)

目的 本研究擬探究3D打印技術(shù)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)的臨床應(yīng)用效果。方法 納入2013年1月至2016年6月昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科Crowe各型成人DDH患者共20例，Crowe Ⅰ型2例，Crowe Ⅱ型2例，Crowe Ⅲ型8例，Crowe Ⅳ型8例。所有患者制造出與實(shí)體1∶1的髖關(guān)節(jié)模型，并制定出合適的手術(shù)方案并按方案實(shí)施手術(shù)。記錄患者的一般情況、并發(fā)癥和患者患髖的功能指標(biāo)(活動(dòng)度、疼痛視覺模擬評(píng)分、髖關(guān)節(jié)功能評(píng)分)。結(jié)果 患者平均手術(shù)時(shí)間為(75.25±20.42)min，下床時(shí)間為術(shù)后(2.90±0.72)d，平均住院時(shí)間為(15.35±5.95)d?；颊叩捏y關(guān)節(jié)功能評(píng)分(harris hip score，HHS)術(shù)前平均(51.30±8.02)分，末次隨訪(86.50±5.85)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；視覺模擬評(píng)分(visual analogue scale，VAS)術(shù)前為(5.51±1.19)分，末次隨訪為(1.05±0.88)分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。所有患者均獲隨訪，隨訪期間未出現(xiàn)關(guān)節(jié)感染、假體松動(dòng)、假體脫位、坐骨神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。結(jié)論 3D打印技術(shù)治療髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的患者，特別是Crowe Ⅲ/Ⅳ型患者效果顯著。

3D打?。怀扇梭y關(guān)節(jié)發(fā)育不良；全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)

成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)因?yàn)椴∈份^長(zhǎng)、局部解剖異常、生物力學(xué)特點(diǎn)的變化以及繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎等原因使其治療一直是骨科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)[1-3]。隨著個(gè)體的成長(zhǎng)，其病理改變可能出現(xiàn)髖關(guān)節(jié)松弛，髖關(guān)節(jié)頭臼比配異常，髖關(guān)節(jié)僵硬性脫位，髖臼發(fā)育障礙到最終關(guān)節(jié)軟骨退變，骨關(guān)節(jié)炎形成等變化[4-5]。Wiberg在1939年就提出髖臼發(fā)育不良這一概念，并在其相應(yīng)的影像學(xué)及臨床研究中對(duì)髖臼發(fā)育不良、髖關(guān)節(jié)半脫位及脫位的區(qū)別進(jìn)行了進(jìn)一步明確[6]。全髖關(guān)節(jié)置換是治療成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良有效的治療方法[7]。但是由于DDH患者解剖結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，術(shù)前選擇合適的假體，重建髖臼中心變得尤為重要。

3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，采用粉末、塑料、細(xì)胞組織等可黏合的材料，通過分層制造、逐層疊加的技術(shù)來構(gòu)造相應(yīng)的模型，3D打印技術(shù)作為一種新興發(fā)展的技術(shù)，目前在工業(yè)制造、醫(yī)療設(shè)計(jì)等方面有較好的發(fā)展，并取得了相應(yīng)的成就[8]。3D打印技術(shù)在骨科臨床的應(yīng)用主要是以下幾種：a)實(shí)物模型的制作；b)骨科手術(shù)輔助材料的打??；c)骨科內(nèi)置物材料的打印[9]。本研究探究了3D打印技術(shù)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人DDH的臨床應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2013年1月至2016年6月，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科共收治Crowe各型成人DDH患者20例，其中男性8例，女性12例；Crowe Ⅰ型2例，Crowe Ⅱ型2例，Crowe Ⅲ型8例，Crowe Ⅳ型8例(見表1)。左側(cè)9例，右側(cè)11例。

表1 Crowe分型標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：Crowe各型成人DDH患者；疼痛影響日常生活和工作；對(duì)治療均知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：年齡小于18歲；疼痛不明顯；合并髖關(guān)節(jié)感染；合并嚴(yán)重器官功能合并癥，不能夠耐受手術(shù)。

術(shù)前所有患者患肢髖部疼痛癥狀明顯，髖關(guān)節(jié)活動(dòng)受限，嚴(yán)重影響患者正常生活，并伴有不同程度髖關(guān)節(jié)發(fā)育性不良影像表現(xiàn)，具備手術(shù)適應(yīng)證。

1.2 3D建模及制定手術(shù)方案 所有患者均行螺旋CT掃描，計(jì)算髖關(guān)節(jié)3D模型，以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出與實(shí)體1︰1等大的髖關(guān)節(jié)模型。

術(shù)前根據(jù)打印出相應(yīng)的髖關(guān)節(jié)模型，分析患者的髖關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)、缺損部位、骨贅增生情況，術(shù)前首先制定出合適的手術(shù)方案。應(yīng)用髖關(guān)節(jié)模型模擬手術(shù)過程，最終確定患者髖臼位置及對(duì)應(yīng)假體(見圖1～3)。

1.3 手術(shù)方法 所有患者取側(cè)臥位，常規(guī)消毒，鋪無菌巾，貼無菌手術(shù)貼膜。取后外側(cè)入路切口，約10 cm。逐層切開，顯露關(guān)節(jié)囊后部，取患肢屈曲、內(nèi)收、內(nèi)旋位，脫出并切斷股骨頸，取出股骨頭。徹底清除髖臼盂唇贅生物，根據(jù)術(shù)前制定手術(shù)方案尋找馬蹄窩及股骨頭韌帶殘端，顯露真臼；打磨髖臼真臼，磨去軟骨至露出松質(zhì)骨、點(diǎn)狀出血，人工臼體固定于真臼上，必要時(shí)可使用螺釘固定；植入相應(yīng)大小聚乙烯內(nèi)襯；截取股骨干中上部骨質(zhì)約2 cm，將上下股骨合并。保留股骨矩1.5 cm，股骨近端開槽，植入股骨柄并調(diào)整前傾角；植入股骨頭假體并復(fù)位；雙氧水、碘伏、生理鹽水沖洗傷口，關(guān)節(jié)腔內(nèi)放入硅膠引流管，縫合關(guān)節(jié)囊，逐層縫合。

圖1 患者1︰1骨盆模型

圖2 打磨髖臼后，假體與髖臼匹配良好(正面觀)

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后給予抗感染、鎮(zhèn)痛和安眠等對(duì)癥支持治療方案。術(shù)后同時(shí)使用低分子肝素藥物抗凝和充氣泵物理抗凝。術(shù)后3 d、5 d、1周和3周常規(guī)行下肢動(dòng)靜脈超聲預(yù)防血栓。術(shù)后24 h拔除引流管，復(fù)查患肢髖關(guān)節(jié)X線片。術(shù)后指導(dǎo)患者行屈髖外展鍛煉患肢功能，早期下床，在助行器輔助下行走。在術(shù)后康復(fù)鍛煉過程中，詳細(xì)記錄患者功能鍛煉情況。術(shù)后常規(guī)復(fù)查站立位雙下肢全長(zhǎng)正位X線片、骨盆正位X線片和股骨頸正斜位X線片。

1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo) 記錄患髖的活動(dòng)度、疼痛視覺模擬評(píng)分(visual analogue scale，VAS)、髖關(guān)節(jié)功能評(píng)分(harris hip score，HHS)和患者并發(fā)癥(關(guān)節(jié)感染、假體周圍骨折、下肢深靜脈血栓、肺栓塞、假體松動(dòng)及脫位、坐骨神經(jīng)損傷)。

2 結(jié) 果

2.1 患者一般情況 患者的平均年齡為(45.40±13.35)歲，身高平均(160.10±7.55)cm，體重平均(60.75±12.78)kg，BMI指數(shù)平均(23.68±3.33)kg/m2。5例患者合并高血壓，3例患者合并骨質(zhì)疏松，3例患者合并糖尿病，4例患者合并有慢性阻塞性肺疾病?；颊咂骄中g(shù)時(shí)間為(75.25±20.42)min；下床時(shí)間為術(shù)后(2.90±0.72)d，平均住院時(shí)間為(15.35±5.95)d。

2.2 患者功能比較 患者末次隨訪指標(biāo)較術(shù)前有明顯的提高?；颊叩腍HS評(píng)分術(shù)前平均(51.30±8.02)分，末次隨訪(86.50±5.85)分，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)?；颊咝g(shù)前的VAS疼痛評(píng)分(5.51±1.19)分，末次隨訪為(1.05±0.88)分，患者疼痛明顯減輕，術(shù)前與末次隨訪相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)?；颊叩男g(shù)前曲髖外展活動(dòng)度分別為(88.00±17.94)°、(21.50±12.68)°，術(shù)后末次隨訪曲髖、外展活動(dòng)度分別為(106.00±8.82)°、(37.50±6.59)°，手術(shù)前后曲髖、外展活動(dòng)度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。

2.3 并發(fā)癥 患者均獲得隨訪，平均隨訪時(shí)間(3.32±1.21)年。術(shù)中無假體周圍骨折發(fā)生；術(shù)后無下肢靜脈血栓、肺栓塞等并發(fā)癥發(fā)生；隨訪期間未出現(xiàn)關(guān)節(jié)感染、假體松動(dòng)、假體脫位、截骨不愈合、坐骨神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。

2.4 典型病例 42歲女性患者，術(shù)前診斷為雙側(cè)DDH繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎(Crowe Ⅵ型)，HHS評(píng)分39分，左髖屈曲65°，外展20°，右髖屈曲90°，外展40°。術(shù)前患者活動(dòng)受限，步行距離約200 m，活動(dòng)后VAS評(píng)分7分，疼痛劇烈，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。根據(jù)患者三維重建結(jié)果，3D打印1︰1等大患者髖關(guān)節(jié)模型，并模擬手術(shù)。術(shù)中采用后外側(cè)入路，由于患者下肢短縮明顯，采用轉(zhuǎn)子下截骨，并植入S-ROM假體。術(shù)后2年隨訪，患者未述特殊不適。末次隨訪中，患者左髖屈曲100°，外展35°，HHS評(píng)分91分，VAS評(píng)分1分，患者功能良好，滿意度高。未發(fā)生關(guān)節(jié)感染、假體松動(dòng)現(xiàn)象，假體脫位、截骨不愈合、坐骨神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。手術(shù)前后影像學(xué)資料見圖4～6。

3 討 論

髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良因?yàn)椴∈份^長(zhǎng)、局部解剖異常、生物力學(xué)特點(diǎn)的變化以及繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎等原因使其治療一直是骨科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)[1，10]。目前對(duì)于成人DDH主要采用手術(shù)治療。手術(shù)治療應(yīng)考慮患者的年齡，手術(shù)治療的最終目的是改變異常的髖臼方向使其變?yōu)檎５纳矸较?，并增加髖臼對(duì)股骨頭的包容性，使股骨頭與髖臼達(dá)到同心圓的復(fù)位，從而緩解髖關(guān)節(jié)的疼痛，恢復(fù)髖關(guān)節(jié)功能[6]。對(duì)于Crowe Ⅲ/Ⅳ型的患者，其由于股骨頭脫位嚴(yán)重，髖臼骨缺損嚴(yán)重，在臨床上的治療面臨巨大挑戰(zhàn)[11]。

圖4 術(shù)前骨盆正位X線片示雙側(cè)DDH繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎(Crowe Ⅵ型)

圖5 術(shù)后骨盆正位X線片示假體位置良好，無假體松動(dòng)、假體脫位、截骨不愈合

圖6 術(shù)后股骨頸正位及軸位X線片示假體位置良好，截骨處愈合良好，無假體松動(dòng)及脫位

3D打印技術(shù)是一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)。在骨科領(lǐng)域，3D打印出手術(shù)部位實(shí)物模型及導(dǎo)航模板指導(dǎo)個(gè)性化手術(shù)已逐步應(yīng)用于臨床，主要用于進(jìn)行術(shù)前方案設(shè)計(jì)、虛擬手術(shù)及術(shù)中輔助手術(shù)操作[12]。在膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)等骨科領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也為患者帶來了良好的效果[13-22]。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用3D打印技術(shù)治療DDH也有研究報(bào)道了不錯(cuò)的治療效果。官建中等在8例DDH患者中使用3D打印技術(shù)進(jìn)行治療，得出3D打印技術(shù)降低了成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良行全髖關(guān)節(jié)置換的手術(shù)難度，具有廣泛的臨床意義[8]。楊龍等對(duì)收治的10例DDH患者的髖關(guān)節(jié)進(jìn)行3D打印，得出了3D打印模型能夠很好地顯示髖關(guān)節(jié)的解剖形態(tài)，并可以有效幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃[23]。趙坤等應(yīng)用3D打印機(jī)打印模型，得出3D打印技術(shù)能夠指導(dǎo)制定手術(shù)計(jì)劃，模擬手術(shù)操作，增加了手術(shù)的精確性，提高了安全性[24]。

因此，在我們的臨床工作中我們將全髖關(guān)節(jié)置換和3D打印技術(shù)結(jié)合起來，解決掉DDH患者全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的兩個(gè)核心困難點(diǎn)：a)髖臼的處理。DDH CroweⅢ/Ⅳ型患者，常常由于多年的髖關(guān)節(jié)脫位，導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)真臼被骨贅和軟組織封閉，形成假臼。術(shù)中由于出血導(dǎo)致手術(shù)視野模糊以及股骨頸高位脫位遮擋的緣故，真臼的確定往往比較困難。其次，由于髖關(guān)節(jié)長(zhǎng)期脫位，DDH患者的髖臼往往較為淺平，這就為髖臼的良好覆蓋帶來了困難；b)股骨的處理。DDH患者由于其異常的解剖結(jié)構(gòu)，其股骨近端結(jié)構(gòu)通常也有股骨干屈曲、股骨頸干角異常等特點(diǎn)，在術(shù)中進(jìn)行股骨處理時(shí)，常常出現(xiàn)股骨骨折等嚴(yán)重并發(fā)癥。因此，針對(duì)DDH CroweⅢ/Ⅳ型患者的這些特點(diǎn)，3D打印技術(shù)是一個(gè)既實(shí)用又有效的選擇。在我們的臨床實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)術(shù)前應(yīng)用3D打印的1︰1髖關(guān)節(jié)模型，可以提前確定患者真臼位置、髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，提前確定是否需要髖臼植骨或金屬墊塊，確定臼杯和股骨假體的型號(hào)、股骨假體的前傾角及外展角和股骨截骨的位置。通過術(shù)前確定手術(shù)方案以及手術(shù)過程中嚴(yán)格執(zhí)行，這20例患者的平均手術(shù)時(shí)間僅需75 min，同時(shí)由于術(shù)前手術(shù)方案的確定，減少了髖臼探查和股骨準(zhǔn)備的時(shí)間，減少了術(shù)中對(duì)患者軟組織的損傷，術(shù)后患者的下地時(shí)間平均2.9 d，患者術(shù)后早期功能得到快速康復(fù)。

除了患者的功能恢復(fù)之外，患者術(shù)中、術(shù)后的并發(fā)癥同樣是我們關(guān)注的重點(diǎn)。在手術(shù)期間，全部20例患者，無假體周圍骨折發(fā)生，遠(yuǎn)低于既往文獻(xiàn)報(bào)道DDH患者全髖關(guān)節(jié)置換假體周圍骨折的發(fā)生率(20%～40%)[25]，其原因很大程度在于術(shù)前對(duì)股骨側(cè)3D打印假體的充分測(cè)量，并選擇最合適的股骨假體型號(hào)、最合適的股骨截骨位置，制定相應(yīng)的手術(shù)方案并嚴(yán)格執(zhí)行。由于相應(yīng)手術(shù)方案的制定并嚴(yán)格執(zhí)行，手術(shù)難度相對(duì)降低，手術(shù)時(shí)間僅為75 min，在一定程度上降低了患者術(shù)后假體周圍感染的發(fā)生率。同時(shí)，減少了軟組織破壞和術(shù)中出血，術(shù)后僅1例貧血和輸血。本組無深靜脈血栓、肺栓塞等嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生，一定程度也得益于嚴(yán)格執(zhí)行手術(shù)方案?；颊咝g(shù)后下地時(shí)間僅為2.9 d，提前活動(dòng)，早期功能鍛煉，促進(jìn)了患者下肢血液循環(huán)，減少了患者下肢靜脈血栓和肺栓塞的發(fā)生。術(shù)后及隨訪過程中無假體脫位、坐骨神經(jīng)損傷等并發(fā)癥發(fā)生。

然而我們的研究仍有不足。納入的患者一共為20例，其中男性8例，女性12例，遠(yuǎn)高于既往文獻(xiàn)報(bào)道1︰6左右的男女比例[26-27]，很大程度上是由于經(jīng)濟(jì)條件等各方面原因，部分女性患者最終放棄手術(shù)。由于性別的比例及樣本量較小的原因，相關(guān)并發(fā)癥和功能的探究可以進(jìn)一步擴(kuò)大研究樣本量，在此基礎(chǔ)上相應(yīng)的并發(fā)癥可能有所發(fā)現(xiàn)。其次，我們的研究是沒有傳統(tǒng)治療組的對(duì)照，如果有傳統(tǒng)治療組的對(duì)照，實(shí)驗(yàn)的說服力可以進(jìn)一步提高。

3D打印技術(shù)降低髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的難度，促進(jìn)患者快速康復(fù)，特別是Crowe Ⅲ/Ⅳ型患者效果顯著。在未來，進(jìn)一步高質(zhì)量的隨機(jī)雙盲對(duì)照的臨床研究需要進(jìn)一步開展，從而探究最佳的臨床質(zhì)量方案。

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Clinical Application of 3D Printing Technique in the Treatment of Developmental Dysplasia of the Hip in Total Hip Arthroplasty

Yang Qing，Yang Yi，Yang Liu，et al

(Department of Orthopedics，the First Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650000，China)

Objective To explore the clinical effect of 3D printing in the treatment of adult developmental dysplasia of the hip(DDH) with total hip arthroplasty(THA).Methods From January，2013 to June，2016，20 patients were diagnosed as DDH in the First Affiliated Hospital of Kunming Medical University.There were 2 cases of Crowe Ⅰ ，2 cases of Crowe Ⅱ，8 cases of Crowe Ⅲ，8 cases of Crowe Ⅳ .All patients underwent spiral CT scanning，and the hip 3D model were calculated to produce a large hip joint model with entity 1︰1.According to print out the corresponding hip model，we developed a suitable surgical program.The general condition，complications and the patient’s hip function (activity，pain VAS score，Harris Hip Score(HHS)) were recorded.Results 20 patients were diagnosed as DDH.The mean operative time was (75.25±20.42) min and the patient could stand and walk (2.90±0.72) d after operation.The average length of stay was (15.35±5.95)d.The mean HHS was (51.30±8.02) before the surgery and (86.50±5.85) at the last follow-up(P<0.001).The VAS score was (5.51±1.19) before the surgery and (1.05±0.88) at last follow-up (P<0.001).All patients were followed up with no complications such as joint infection，prosthetic loosening，fracture，prosthetic dislocation，sciatic nerve injury and other complications recorded.Conclusion 3D print technology was efficient in the treatment of hip dysplasia in patients，especially Crowe Ⅲ / Ⅳ patients.

three-dimensional printing；developmental dysplasia of the hip in adult；total hip arthroplasty

1008-5572(2017)08-0693-05

2016年云南省醫(yī)療衛(wèi)生單位內(nèi)設(shè)研究機(jī)構(gòu)科研項(xiàng)目(2016 NS 023)；*本文通訊作者：李彪

R682.4

B

2017-03-09

楊清(1989- )，男，研究生在讀，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，650000。

楊清，楊毅，楊柳，等.3D打印技術(shù)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人DDH的臨床應(yīng)用[J].實(shí)用骨科雜志，2017，23(8)：693-697.