3D打印技術(shù)輔助全髖關(guān)節(jié)翻修1例報道

丁育健 王凌 高劍銳 李雅欣 郭宇 馮德宏

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫人民醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，江蘇無錫 214023）

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療終末期髖關(guān)節(jié)疾病的有效治療方式，但是隨著全髖關(guān)節(jié)置換患者的逐漸增多，初次全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后出現(xiàn)由于無菌性松動、感染性松動、聚乙烯內(nèi)襯磨損、假體周圍骨折等需要髖關(guān)節(jié)翻修的患者也隨之增多。髖臼側(cè)骨缺損的處理是目前全髖關(guān)節(jié)翻修中面臨的重要難題之一，也是翻修手術(shù)成功的重要因素之一。本課題組借助3D打印技術(shù)，個性化設(shè)計髖臼假體，醫(yī)工交互，有效的解決了髖臼側(cè)骨缺損的難題，減少手術(shù)創(chuàng)傷的同時，也提高患者翻修的成功率。

1 臨床資料

1.1 病史

患者，男，87歲，因“左側(cè)髖部疼痛1年余，加重伴活動受限1個月”入院。患者分別于1988年、1989年先后兩次因“左側(cè)股骨頸骨折”行“左側(cè)股骨頸骨折切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)”。2006年患者于外院接受“左側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)”，術(shù)后恢復(fù)情況良好，左側(cè)髖關(guān)節(jié)活動無明顯異常，可正常行走。1年前患者無明顯誘因出現(xiàn)左側(cè)髖部疼痛，并逐漸加重，入院前1 個月已無法行走甚至站立。骨盆正位X線檢查提示（圖1）：左側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后，左側(cè)髖臼及股骨上段骨密度減低。門診以“左側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后功能障礙”收入院，并擬行“左側(cè)全髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)”。考慮到患者高齡，且手術(shù)創(chuàng)傷較大，因此全面準(zhǔn)確的術(shù)前評估及完善的術(shù)前準(zhǔn)備十分重要。

1.2 基礎(chǔ)情況評估

圖1 患者術(shù)前骨盆正位X線檢查

患者既往無糖尿病、高血壓及心、腦血管意外等病史，體重指數(shù)為21.1 kg/m2（身高165 cm，體重57.5 kg）?；颊咝g(shù)前實驗室檢查（血常規(guī)、肝腎功能、凝血功能、超敏C反應(yīng)蛋白、紅細(xì)胞沉降率等）均在正常范圍內(nèi)，胸部X線及心電圖檢查均未見明顯異常，雙下肢血管彩色多普勒超聲檢查亦未見異常。

1.3 ?？魄闆r評估

左側(cè)髖關(guān)節(jié)后外側(cè)可見長約16 cm陳舊性手術(shù)瘢痕，愈合良好。左側(cè)髖關(guān)節(jié)周圍廣泛壓痛，各方向活動均受限，屈曲40°、后伸0°、外展10°、內(nèi)收10°、外旋10°、內(nèi)旋10°。左側(cè)下肢長度較右側(cè)短縮2.5 cm。疼痛視覺模擬評分（visual analogue score,VAS）8分。Harris髖關(guān)節(jié)功能評分23分。根據(jù)術(shù)前影像學(xué)及實驗室檢查診斷為左側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體無菌性松動，髖臼側(cè)Paprosky分型ⅢA型，股骨側(cè)改良Paprosky分型Ⅰ型。

1.4 術(shù)前規(guī)劃

圖2 術(shù)前3D數(shù)字骨盆及帶翼加強髖臼杯

行0.625 mm 骨盆薄層CT 平掃，將Dicom 數(shù)據(jù)逆向重建3D 數(shù)字骨盆及髖關(guān)節(jié)，設(shè)計帶翼加強臼杯數(shù)字假體，采用健側(cè)對照Mose 圓法恢復(fù)患側(cè)正常髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心（圖2）。應(yīng)用聯(lián)泰樹脂打印機打印1∶1骨盆、帶翼臼杯樹脂試模并行假體安裝測試（體外模擬手術(shù)）。調(diào)試無誤后用瑞典ARCOM Q10打印機打印制造具有骨小梁多孔表面的鈦金屬帶翼加強髖臼清洗消毒備用（圖3）。髖臼側(cè)及股骨側(cè)鈦合金假體均由北京市春立正達(dá)醫(yī)療器械股份有限公司制造。

1.5 手術(shù)治療

為了減少左側(cè)全髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)的術(shù)中出血，術(shù)前3 d 行左側(cè)髂內(nèi)動脈造影栓塞術(shù)（圖4），術(shù)中利用明膠海綿顆粒栓塞劑（杭州艾力康醫(yī)藥科技有限公司）栓塞左側(cè)髂內(nèi)動脈。手術(shù)當(dāng)天患者取左側(cè)髖關(guān)節(jié)后外側(cè)切口，術(shù)中發(fā)現(xiàn)髖臼側(cè)假體完全松動、移位，股骨側(cè)假體部分松動。取出假體后清理骨水泥、肉芽組織，碘伏沖洗后髖臼側(cè)同種異體顆粒骨（北京鑫康辰醫(yī)學(xué)科技發(fā)展有限公司）打壓植骨，隨后將3D打印帶翼加強髖臼假體打壓植入，經(jīng)定向孔道擰入固定螺釘4枚（髂骨2枚，恥骨1枚，坐骨1枚）以保證髖臼側(cè)假體的初始穩(wěn)定性。股骨側(cè)打壓植入13號加長柄（均勻粗糙面160 型股骨柄）并安裝標(biāo)準(zhǔn)股骨頭假體，復(fù)位左側(cè)髖關(guān)節(jié)。術(shù)中左側(cè)髖關(guān)節(jié)屈曲90°、內(nèi)收30°、內(nèi)旋30°無脫位征象，沖洗傷口后逐層縫合切口。術(shù)中共出血600 ml，未輸血。

1.6 術(shù)后處理及隨訪

患者術(shù)后48 h 應(yīng)用抗生素，并予以利伐沙班抗凝治療，多模式鎮(zhèn)痛處理。清醒后即開始指導(dǎo)并鼓勵患者主動、被動活動髖關(guān)節(jié)，股四頭肌、小腿三頭肌等長收縮練習(xí)以及踝泵運動。術(shù)后1 周扶拐離床活動，10 周后完全負(fù)重行走?；颊咦髠?cè)髖部切口甲級愈合，無血管神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。術(shù)后連續(xù)隨訪19 周，左側(cè)髖關(guān)節(jié)活動度明顯改善，屈曲90°、后伸10°、外展45°、內(nèi)收10°、外旋30°、內(nèi)旋30°。雙下肢基本等長（長短差異＜0.5 cm）。疼痛VAS 評分1 分。Harris評分84分。運用Kawamura影像學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)評估假體穩(wěn)定性，X 線檢查未見假體斷裂移位、關(guān)節(jié)脫位，髖臼假體周圍無進行性透亮線等松動或可疑松動表現(xiàn)，股骨側(cè)假體亦未松動（圖5）。

2 討論

2.1 3D技術(shù)在術(shù)前規(guī)劃中的應(yīng)用

圖3 樹脂模型及3D打印假體

圖4 左側(cè)髂內(nèi)動脈栓塞術(shù)前（A）、后（B）

圖5 術(shù)后19周X線檢查

以往對于全髖關(guān)節(jié)翻修時髖臼側(cè)的處理只能依據(jù)影像學(xué)進行粗略評估，對骨缺損范圍、結(jié)構(gòu)、力學(xué)改變等難以做出精準(zhǔn)的判斷，也難以在術(shù)前準(zhǔn)確的確定翻修假體型號。因此，需要在翻修前準(zhǔn)備盡可能全面的假體植入物及器械，術(shù)中也需要進行反復(fù)的修整骨性結(jié)構(gòu)及安裝試模，從而造成手術(shù)時間較長、出血量大、術(shù)后感染率高等一系列問題，術(shù)后患者滿意度也不高。

通過3D 技術(shù)，本課題組可以逆向重建數(shù)字骨盆及髖關(guān)節(jié)建模，然后打印出1∶1樹脂模型。通過建模及實體模型可以對每一位患者的髖關(guān)節(jié)情況有更直觀的認(rèn)識，對骨缺損的情況也能更精確的測量，從而制定更合理的個性化假體和手術(shù)方案。同時，利用樹脂模型可以進行預(yù)手術(shù)，以評估手術(shù)方案的可行性并對術(shù)中可能出現(xiàn)的問題做出預(yù)案。在本例病例中，運用3D技術(shù)進行了精準(zhǔn)的術(shù)前評估、假體設(shè)計及預(yù)手術(shù)，使樹脂髖臼假體與模型髖臼缺損完全吻合，所以手術(shù)中假體的打壓植入一次性成功，從而大大縮短了手術(shù)時間，減少了術(shù)中出血量，術(shù)后患者也沒有并發(fā)癥發(fā)生，整個治療過程獲得了患者的認(rèn)可。

2.2 全髖翻修中髖臼缺損的處理

全髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中髖臼側(cè)骨缺損的處理是手術(shù)成功的關(guān)節(jié)因素之一。Paprosky 分型是目前髖臼側(cè)骨缺損最常用的分型，其分型標(biāo)準(zhǔn)主要基于髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心位置、淚滴破壞程度、坐骨骨溶解程度以及科勒氏線完整程度等4個方面。在本例患者中，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心向外上側(cè)移位超過3 cm，髖臼內(nèi)壁和后柱大量骨缺損，但前柱仍有較好的完整性，因此Paprosky分型為ⅢA型。

成功的髖臼翻修需要做到以下幾點：①髖臼假體與宿主骨之間緊密接觸，穩(wěn)定固定；②重建髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，恢復(fù)髖關(guān)節(jié)周圍生物力學(xué)環(huán)境；③重建髖臼位置，即合適的前傾角、外展角，避免術(shù)后脫位[1,2]。通常認(rèn)為對于ⅢA型骨缺損，可以在植骨或用合適墊塊后置入標(biāo)準(zhǔn)臼杯，也可以采用Oblong 杯或者髖臼加強環(huán)。考慮到墊塊與臼杯之間需要螺釘固定，且相互間骨水泥粘合劑的使用會造成整體穩(wěn)定性下降。Oblong杯多為標(biāo)準(zhǔn)化模塊產(chǎn)品，術(shù)中多需要進行大范圍切骨或植骨[3,4]，易導(dǎo)致發(fā)生松動而再次翻修[4-6]。而3D打印定制髖臼假體按患者骨盆數(shù)據(jù)逆向設(shè)計，不僅外形上與髖臼骨缺損高度吻合，一體化結(jié)構(gòu)也方便術(shù)中安裝，避免了過多的植骨和不必要的截骨以及植入物間的螺釘及骨水泥固定，從而保證了手術(shù)安全性及假體的初始穩(wěn)定性。

在本病例患者中，本課題組將假體設(shè)計為加強臼杯結(jié)構(gòu)，即增加兩個翼，一個與髂骨髖臼后緣接觸，另一個與閉孔位置骨質(zhì)接觸，最主要的目的是保護髖臼頂部及后柱的植骨區(qū)域。假體主要為半球形臼杯，外直徑56 mm，厚4 mm，假體和宿主骨接觸部分采用骨小梁網(wǎng)格，利于骨長入，厚1.5 mm。

Hollander 等[7]報道3D 打印鈦合金骨組織工程多孔支架在體外與人類成骨細(xì)胞共同培養(yǎng)2周后，其表面和孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)有大量成骨細(xì)胞黏附和增殖。金屬假體骨小梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計初衷是最大限度的增加假體與宿主骨之間接觸面積，實現(xiàn)假體表面的骨長入，從而達(dá)到遠(yuǎn)期生物學(xué)固定的目的[8]。據(jù)報道，髖臼臼杯的骨小梁結(jié)構(gòu)可使假體與宿主骨的接觸面積增加30%～40%[9-11]。

2.3 栓塞在骨科中的應(yīng)用

栓塞術(shù)是利用動靜脈導(dǎo)管，將適量的栓塞劑注入到病變器官的供應(yīng)血管內(nèi)，阻斷其血供，從而達(dá)到控制出血，治療血管性疾病、腫瘤等目的。栓塞術(shù)的適應(yīng)證主要為：動靜脈瘺、動脈瘤、動/靜脈性止血、內(nèi)科性器官切除、治療富血管性腫瘤等。其并發(fā)癥主要有：栓塞后綜合征（如疼痛、發(fā)熱）、異位栓塞、感染、肺栓塞等。栓塞劑的種類很多，本課題組選用明膠海綿（710～1000 μm）作為髂內(nèi)動脈的栓塞劑，原因主要為明膠海綿是一種中效栓塞劑，1～3周即可在血管內(nèi)被吸收，使血管發(fā)生再通，避免栓塞引發(fā)的遠(yuǎn)期并發(fā)癥。目前明膠海綿栓塞髂內(nèi)動脈已在骨盆、髖臼骨折患者的急救控制出血治療中被證實有效[12-15]。

綜上所述，對于伴有大量骨缺損的全髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)，3D 打印技術(shù)和栓塞術(shù)均起到了非常重要的作用。3D打印技術(shù)有助于精準(zhǔn)的術(shù)前評估及假體設(shè)計，不僅能夠減少手術(shù)時間，降低手術(shù)風(fēng)險，同時也使個性化假體與骨缺損精準(zhǔn)匹配，獲得良好的初始穩(wěn)定性，其表面的骨小梁多孔結(jié)構(gòu)對遠(yuǎn)期生物學(xué)固定也有良好的預(yù)期。栓塞術(shù)能夠在一定程度控制手術(shù)中出血量。本課題組已將這兩項技術(shù)常規(guī)應(yīng)用于髖關(guān)節(jié)翻修，但其與常規(guī)髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)存在的差異，仍需要更多的手術(shù)病例并進行長期隨訪。