3D打印輔助術(shù)前設(shè)計(jì)指導(dǎo)成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)與傳統(tǒng)術(shù)前設(shè)計(jì)近期療效分析比較

許燕飛 郭英 艾元亮 王濤 張俊 陳杰 李皎 袁長(zhǎng)飛 李玉恒 蔣江麗

（昆明市中醫(yī)醫(yī)院骨科 云南 昆明 650011）

成人髖臼發(fā)育不良（DDH）指由于胚胎時(shí)期髖臼軟骨發(fā)育障礙造成解剖形態(tài)及生物力學(xué)異常，導(dǎo)致局部關(guān)節(jié)軟骨變性、壞死，從而繼發(fā)髖骨性關(guān)節(jié)炎的先天性疾病[1]。人工全髖關(guān)節(jié)置換是目前公認(rèn)的有效的治療方式[2]。成人髖臼發(fā)育不良患者股骨-髖臼發(fā)育異常，傳統(tǒng)的手術(shù)多依賴術(shù)者既往經(jīng)驗(yàn)，術(shù)前設(shè)計(jì)局限過多，使得手術(shù)操作困難。由于RP技術(shù)可制作出與實(shí)物大小、結(jié)構(gòu)完全一致的模型，近年來開始在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)術(shù)前模擬和手術(shù)方案的設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值對(duì)術(shù)前方案設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵意義。通過3D打印設(shè)備對(duì)骨盆結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體再現(xiàn)，可以給術(shù)者提供髖臼及股骨近端畸形程度和覆蓋缺損的詳細(xì)信息，評(píng)價(jià)的發(fā)育異常程度。

本文通過比較3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)二維術(shù)前設(shè)計(jì)的近期療效，進(jìn)步探討其在成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)中的指導(dǎo)價(jià)值，從而提高成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)的準(zhǔn)確性。

1.資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年6月—2017年12月間在我院住院治療并行人工全髖關(guān)節(jié)置換的成人DDH患者60例，隨機(jī)分為兩組，每組30例，(Ⅰ組)傳統(tǒng)全髖關(guān)節(jié)置換組，（Ⅱ組）3D打印輔助術(shù)前設(shè)計(jì)置換組。兩組患者年齡、性別、Crowe分型、體重指數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 病例入選標(biāo)準(zhǔn)（同時(shí)滿足下列條件者可納入本研究）

（1）明確診斷為成人DDH并且Crowe 分型為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的患者；（2）嚴(yán)格按髖關(guān)節(jié)置換適應(yīng)證入選；（3）影像學(xué)表現(xiàn)：均可見髖臼淺平、髖臼邊緣增生硬化等病理表現(xiàn)；（4）患者對(duì)治療相關(guān)內(nèi)容均知情同意；（5）年齡在20歲以上，能夠耐受手術(shù)，且2014年6月至2017年12月于我院成功實(shí)施初次人工THA；（6）統(tǒng)一術(shù)者、術(shù)式。

1.3 病例排除標(biāo)準(zhǔn)：

（1）合并嚴(yán)重器質(zhì)性疾病，如腦梗死、腦出血后遺癥等；（2）合并影響局部骨質(zhì)疾病者，如骨纖維結(jié)構(gòu)不良、骨腫瘤等；（3）風(fēng)濕、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者；（4）創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、退行性骨關(guān)節(jié)炎；（5）合并嚴(yán)重感染患者等。

2.方法

2.1 術(shù)前3D模型制作

所有患者均行螺旋CT掃描，計(jì)算完整髖關(guān)節(jié)3D模型、不含股骨頭及股骨上段的髖關(guān)節(jié)3D模型，通過3D快速成形機(jī)對(duì)髖關(guān)節(jié)模型進(jìn)1∶1等大的打印。

2.2 打印模型的效度驗(yàn)證

邀請(qǐng)醫(yī)學(xué)專業(yè)人員、術(shù)者、5名關(guān)節(jié)外科專家(主任醫(yī)師)進(jìn)行問卷Ⅰ開放性調(diào)查，評(píng)估采用3D打印模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃的有用性、逼真度和假體吻合度。

2.2 術(shù)前設(shè)計(jì)方法

Ⅰ組：利用膠片模板法在患者正位骨盆X線片上進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)假體型號(hào)。

Ⅱ組：將患者數(shù)據(jù)導(dǎo)入M3D數(shù)字化軟件進(jìn)行三維特征數(shù)字化分析。

（1）對(duì)骨盆及股骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建；（2）準(zhǔn)確定位真臼，參照Ranawat標(biāo)準(zhǔn)安放髖臼假體；（3）在數(shù)據(jù)庫中選擇臼杯假體模型，通過調(diào)節(jié)臼杯的位置和型號(hào)，擬定臼杯型號(hào)，保證髖臼完整及對(duì)臼杯的骨性包容度；（4）在臼杯模型確定髖臼旋轉(zhuǎn)中心。（5）模擬臼杯假體植入，擬定最佳的髖臼杯前傾角等角度；（6）利用Silber法確定臼杯的覆蓋率，必要時(shí)植骨。

2.3 手術(shù)方法

取90°健側(cè)臥位，髖關(guān)節(jié)后外側(cè)切口，徹底松解患髖周圍軟組織，顯露出髖臼，截骨，取出股骨頭。顯露髖臼骨性結(jié)構(gòu)并明確髖臼發(fā)育不良類型和骨缺損程度，與術(shù)前三維重建圖像進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)術(shù)前計(jì)劃確定真臼位置、安放假體，評(píng)估髖臼對(duì)臼杯包容度及穩(wěn)定性，最后置放真臼杯、股骨柄假體，檢查髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度及穩(wěn)定性。

2.4 療效評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1 手術(shù)及康復(fù)情況評(píng)估 比較兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、平均住院天數(shù)、平均下地時(shí)間，統(tǒng)計(jì)分析兩者比較差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.4.2 功能評(píng)估 術(shù)后采用Harris評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)]對(duì)髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評(píng)定，總分為100分：＞90分為優(yōu)，80～90分為良，70～79分為中，＜70分為差。

2.4.3 術(shù)后影像學(xué)評(píng)估 術(shù)后拍攝骨盆標(biāo)準(zhǔn)前后位X線片，分別測(cè)量髖臼旋轉(zhuǎn)中心至淚滴連線的水平距離、垂直距離，通過上述指標(biāo)評(píng)估旋轉(zhuǎn)中心恢復(fù)情況。

2.4.4 三維CT評(píng)估 術(shù)后利用M3D軟件測(cè)量臼杯影像學(xué)前傾角、外傾角及聯(lián)合前傾角角度，前傾角安全范圍為（15±10）°，外傾角為（40±10）°，聯(lián)合前傾角安全范圍為（40±5）°。評(píng)估兩組患者術(shù)前擬定和實(shí)際放置臼杯假體型號(hào)吻合率，根據(jù)術(shù)后臼杯前傾角、外傾角及聯(lián)合前傾角與標(biāo)準(zhǔn)范圍的誤差情況評(píng)價(jià)臼杯安放的合格率。

2.4.5 術(shù)后早期并發(fā)癥情況 比較兩組患者術(shù)后關(guān)節(jié)感染、髖關(guān)節(jié)脫位、下肢深靜脈血栓、肺栓塞、雙下肢不等長(zhǎng)情況，統(tǒng)計(jì)分析兩者比較差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

2.5 隨訪標(biāo)準(zhǔn)

要求患者術(shù)后第1月、3月、6月及第1年、以后每年返院復(fù)查，隨訪形式為來院復(fù)診及電話隨訪，隨訪記錄時(shí)間為術(shù)后第1個(gè)月開始。

2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS14.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料均采用均數(shù)±s標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用小χ2檢驗(yàn)，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.結(jié)果

3.1 Harris評(píng)分

Ⅰ組術(shù)前Harris評(píng)分為（46.2±5.33）分，隨訪時(shí)評(píng)分為（89.32±4.27）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），Ⅱ組術(shù)前Harris評(píng)分（43.22±4.23）分，隨訪時(shí)評(píng)分為（90.63±4.33）分(P＜0.05)，說明全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)明顯改善了髖關(guān)節(jié)的總體功能，但兩組間比較無明顯差異(P＞0.05)。

3.2 兩組患者手術(shù)及康復(fù)情況

比較兩組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量、術(shù)后輸血量、平均住院天數(shù)、平均下地時(shí)間，統(tǒng)計(jì)分析兩者無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

3.3 兩組術(shù)后早期并發(fā)癥情況

比較兩組患者術(shù)后關(guān)節(jié)感染、髖關(guān)節(jié)脫位、下肢深靜脈血栓、肺栓塞、雙下肢不等長(zhǎng)情況，統(tǒng)計(jì)分析兩者比較無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

3.4 旋轉(zhuǎn)中心恢復(fù)

Ⅰ組30例患者中術(shù)后通過拍攝骨盆標(biāo)準(zhǔn)前后位X線片進(jìn)行測(cè)量，其中2例患者髖臼旋轉(zhuǎn)中心水平距離為18.4mm，超出髖臼內(nèi)壁＞25%，另2例患者髖臼旋轉(zhuǎn)中心垂直距離22.5亦超出安全范圍，所有病例合格率為79.7%；Ⅱ組30例患者中術(shù)后通過拍攝骨盆標(biāo)準(zhǔn)前后位X線片進(jìn)行測(cè)量，其中1例患者髖臼旋轉(zhuǎn)中心水平距離為16.5mm，其余各例髖臼旋轉(zhuǎn)中心均在安全范圍內(nèi)，病例合格率為96.3%，兩組在髖臼假體安放角度方面有明顯差異（P＜0.05）。

3.5 臼杯外展角、前傾角和聯(lián)合前傾角

Ⅰ組患者術(shù)前預(yù)測(cè)髖臼外展角平均為（41.10±4.58）、前傾角度為（14.23±4.38），聯(lián)合前傾角為（39.21±2.21），與術(shù)后實(shí)際測(cè)量平均值比較有明顯差異（P＜0.05)，說明二維影像學(xué)術(shù)前計(jì)劃準(zhǔn)確率較低；Ⅱ組患者術(shù)前預(yù)測(cè)髖臼外展角平均為（39.10±3.18）、前傾角度為（12.13±3.78），聯(lián)合前傾角為（39.21±2.21），與術(shù)后實(shí)際測(cè)量平均值比較無明顯差異（P＜0.05)，說明三維影像術(shù)前計(jì)劃準(zhǔn)確率較高。

3.6 臼杯覆蓋率

Ⅰ組術(shù)前預(yù)測(cè)臼杯覆蓋率平均為（65.23%±2.25%），術(shù)中實(shí)際測(cè)量值為（75.78%±3.28%），吻合率為（78.25%±2.36%），Ⅱ組術(shù)前預(yù)測(cè)臼杯覆蓋率平均為（69.45±2.23），術(shù)中實(shí)際測(cè)量值為（71.96%±1.65%），吻合率為（88.36%±3.36%），兩組吻合率比較有明顯差異（P＜0.05),說明術(shù)前三維影像學(xué)測(cè)量臼杯覆蓋率明顯高于傳統(tǒng)二維影像學(xué)測(cè)量。

4.討論

由于成人DDH髖臼-股骨發(fā)育異常，進(jìn)行髖臼重建時(shí)恢復(fù)旋轉(zhuǎn)中心，安放臼杯假體，結(jié)構(gòu)植骨等操作時(shí)較為困難。傳統(tǒng)的術(shù)前設(shè)計(jì)是將假體模板膠片覆蓋于X射線片上進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確率較低[3]。對(duì)于復(fù)雜畸形的DDH患者，X線不適合精確量化和明確髖臼發(fā)育異常的位置、程度。因此，根據(jù)患者特異的髖臼骨性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定精確、個(gè)體的術(shù)前計(jì)劃顯得尤為重要。

我們使用3D打印輔助術(shù)前計(jì)劃分析如下：（1）精確提取髖臼特征參數(shù)，為準(zhǔn)確重建髖臼提供參考標(biāo)準(zhǔn)。（2）使用軟件剖面觀察不同軸面上髖臼形態(tài)，選擇最匹配的臼杯假體，模擬植入過程。（3）分別從不同軸面觀察假體與股骨髓腔的壓配情況，使股骨假體與骨組織實(shí)現(xiàn)精確匹配。本研究中所有病例術(shù)后通過骨盆標(biāo)準(zhǔn)前后位X線片測(cè)量，1例患者髖臼水平距離，1例髖臼垂直距離超出安全范圍，1例影像前傾角超出安全范圍，合格率85.7%。

5.結(jié)論

利用3D打印輔助術(shù)前設(shè)計(jì)對(duì)成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，可提高手術(shù)操作的準(zhǔn)確性，對(duì)臨床具有較高的指導(dǎo)價(jià)值，按擬定的方案進(jìn)行全髖置換術(shù)可恢復(fù)理想的旋轉(zhuǎn)中心、獲得最佳的臼杯安放角度、同時(shí)可獲得最匹配的假體型號(hào)，提高假體的生存率，縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

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