3D 打印臼杯-墊塊復合假體在髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中的應用六例報告

馮德宏 劉儀 王凌 丁育健 顧曉峰 高劍銳 李雅欣 郭宇

髖臼側(cè)骨缺損是髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)難題之一。當前 Paprosky IIIA 型及以下骨缺損重建髖臼的常用方法有同種異體骨植骨＋翻修杯、Jumbo 杯、Oblong 杯以及翻修杯＋墊塊等[1-14]，我院關(guān)節(jié)外科，自 2017 年 2 月開始，在髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中使用 3D 打印定制假體[15]，其中運用臼杯-墊塊復合假體重建髖臼 6 例，近期效果良好。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后無菌性或感染性松動，髖臼側(cè)骨缺損符合 Paprosky 分型 IIB 和 IIIA 型；( 2 ) 感染性松動行病灶清理＋骨水泥間置器曠置超過半年，每月 1 次血常規(guī)、C-反應蛋白和血沉結(jié)果正常連續(xù) 3 次。

2. 排除標準：( 1 ) 髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體松動，伴髖臼側(cè) Paprosky I，IIA 型及 IIIB 型骨缺損；( 2 ) 全身有活動性感染，白細胞計數(shù)、C-反應蛋白和血沉結(jié)果異常；( 3 ) 骨質(zhì)疏松癥患者 ( T 值 ≤ -2.5 )。

二、一般資料

本組 6 例，男 2 例，女 4 例。年齡平均 78.2 ( 64～83 ) 歲。術(shù)前 Harris 評分 ( 32.3±5.1 ) 分，髖臼側(cè)骨缺損 Paprosky 分型：IIB 型 2 例，IIIA 型 4 例；AAOS 分型：III 型 4 例，IVa 型 2 例；其中 Paprosky IIIA 型并 AAOS IVa 型 2 例。無菌性松動 4 例為初次全髖置換術(shù)后平均 21.2 ( 9.8～28.8 ) 年，采用北京京航骨水泥型假體 2 例、美國施樂輝生物型假體 1 例，國產(chǎn)骨水泥型假體 ( 廠家不詳 ) 1 例。感染性松動 2 例初次髖關(guān)節(jié)置換，1 例臺灣聯(lián)合生物型假體術(shù)后 4 年出現(xiàn)深部感染保守治療無效行病灶清理＋骨水泥間置器曠置，1 例北京愛康生物型半髖置換術(shù)后深部感染行病灶清理＋骨水泥間置器曠置，分別于初次置換術(shù)后 6.5 年和 2.2 年行翻修術(shù)。

三、術(shù)前準備

0.625 mm 層厚 CT 掃描骨盆，數(shù)據(jù)逆向重建 3D 數(shù)字骨盆及髖關(guān)節(jié)，設(shè)計臼杯-墊塊復合假體數(shù)字模型，用健側(cè)對照 Mose 圓法結(jié)合 Ranawat 三角法恢復正常的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，Paprosky IIIA 型中的 2 例作帶翼設(shè)計。應用樹脂打印機 ( Lite 450HD；上海聯(lián)泰 3D 技術(shù)有限公司 ) 打印骨盆和臼杯-墊塊復合假體樹脂試模行假體安裝測試 ( 體外模擬手術(shù) )，調(diào)試無誤后再用金屬打印機 ( Arcam Q10；Arcam AB，瑞典默恩達爾 ) 打印骨小梁表面金屬臼杯-墊塊復合假體，表面較樹脂試模加厚 1 mm。本組鈦合金產(chǎn)品 ( Ti-6Al-4V ) 均由北京春立正達醫(yī)療器械公司制造，同種異體顆粒骨由北京鑫康辰醫(yī)學科技發(fā)展有限公司提供。

四、手術(shù)方法

患者全麻，側(cè)臥，髖后外側(cè)切口顯露，取出原假體或骨水泥間置器，清除界面瘢痕及殘留骨水泥，以 0.9% 生理鹽水 500 ml 加入 16 萬單位慶大霉素，脈沖沖洗切口反復 3 次。參照模型打壓植入臼杯-墊塊復合假體，6 例假體多孔表面均與宿主骨貼合不低于 70%，經(jīng)定向孔道擰固螺釘并固定翼板增加假體初始穩(wěn)定，假體和宿主骨殘留間隙用異體顆粒骨填塞植骨。股骨側(cè)視骨缺損情況植入生物或骨水泥型加長柄及股骨頭，復位髖關(guān)節(jié)，髖屈曲 90°、內(nèi)收 30°、內(nèi)旋 30° 時無脫位，留置負壓引流 1 根，逐層縫合切口，3.0 g 氨甲環(huán)酸稀釋于 50 ml 生理鹽水經(jīng)引流管注入。

五、術(shù)后處理

記錄手術(shù)時間、術(shù)中出血以及術(shù)中術(shù)后輸血量。負壓引流 48 h。患肢中立位，清醒后即開始＜45° 的髖膝關(guān)節(jié)主被動屈曲活動，并行小腿三頭肌靜力收縮練習和踝關(guān)節(jié)主動活動。術(shù)后 1～2 周扶拐離床活動，術(shù)后 1 個月部分負重，術(shù)后 1.5～2 個月完全負重行走。

六、療效評價與統(tǒng)計學方法

臨床評估包括術(shù)后第 3 個月及末次隨訪的髖關(guān)節(jié)功能 Harris 評分。對患者進行術(shù)后連續(xù)影像學檢查，運用 Kawamura 影像學評價標準[16]動態(tài)評估假體穩(wěn)定性。

結(jié) 果

手術(shù)時間 ( 303.8±58.2 ) min，術(shù)中出血 ( 883.3± 554.8 ) ml。術(shù)中和術(shù)后輸血量 ( 1075.0±382.7 ) ml。6 例切口均一期愈合，無血管神經(jīng)損傷、切口裂開和延遲愈合、感染等并發(fā)癥發(fā)生。術(shù)后 X 線片髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心均位于 Ranawat 三角內(nèi)，比對術(shù)前電腦設(shè)計旋轉(zhuǎn)中心高度和水平距離誤差均＜0.5 cm。術(shù)后末次隨訪時間，平均 17.8 ( 13.0～25.5 ) 個月，X 線片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)假體亦無松動。Harris 評分：術(shù)后 3 個月 ( 75.8±7.4 ) 分，末次隨訪 ( 82.7±7.1 ) 分，均較術(shù)前改善且逐漸增高。末次隨訪髖關(guān)節(jié)功能優(yōu) 1 例，良 4 例，可 1 例 ( 伴有同側(cè)膝關(guān)節(jié) Kellgren-Lawrence IV 級骨關(guān)節(jié)炎 ) ( 圖 1、2 )。

圖 1 例 1，83 歲，女，“雙側(cè) DDH 伴骨關(guān)節(jié)炎”行左側(cè)全髖置換 23.8 年 a：數(shù)字骨盆顯示髖臼骨缺損符合 Paprosky IIIA 型合并 AAOS III 型，設(shè)計臼杯 - 墊塊復合假體；b：打印骨盆和假體樹脂試模行安裝測試；c：打印鈦金屬臼杯 - 墊塊復合假體行模擬手術(shù)；d：鈦金屬臼杯 - 墊塊復合假體；e：按照術(shù)前規(guī)劃手術(shù)，打壓植入臼杯 - 墊塊復合假體；f：臀中肌張力及下肢長度調(diào)整；g：術(shù)前 X 線片；h：術(shù)后 3 個月 X 線片；i：術(shù)后 25.5 個月末次隨訪 X 線片顯示臼頂植骨與宿主骨愈合良好、假體周圍無透亮線，Harris 評分 81 分 ( 中度跛行并使用手杖、以及行走距離受限與對側(cè)髖部疾患有關(guān) ) Fig.1 Case 1 A 83-year-old female with bilateral DDH underwent left total hip arthroplasty 23.8 years ago a: Paprosky IIIA and AAOS III acetabular bone defect. The cup-augment composite was designed; b: Resin models of the pelvis and prosthesis were printed for installation test; c: Titanium cup-augment composite was printed for simulation; d: The titanium cup-augment; e: According to the preoperative plan, the prosthesis with porous surface was tightly pressed into the acetabular fossa; f: Adjusting the tension of the gluteal muscle and the length of the lower limb; g: Preoperative pelvic AP X-ray image; h: Pelvic AP X-ray image 3 months postoperatively; i: The latest follow-up ( 25.5 months postoperation ) X-ray image showed good healing host bone and graft in the acetabular dome. There was no radiolucent zone around the prosthesis, and the Harris score was 81 ( Moderate limp, single cane for long walks, walking restriction due to the right hip disorders )

討 論

一、定制髖臼-墊塊復合假體的適應證

對于髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中髖臼骨缺損較嚴重且呈縱軸橢圓形的病例，Oblong 杯和翻修臼杯＋墊塊因為代替了大部分植骨以及避免了使用 Jumbo 杯造成髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心抬高和宿主骨損失而在近年被較多使用[1,3-12]，但對于 Paprosky IIIB 型骨缺損是不是這兩種術(shù)式的適應證尚有不同觀點。一些學者認為 Oblong 杯或翻修臼杯＋墊塊可以用于修復 Paprosky IIIB 型髖臼骨缺損[3-5]，但較多學者主張 Oblong 杯或墊塊更適合于前后柱和髖臼內(nèi)側(cè)壁基本完整的 Paprosky IIIA 型甚至更輕類型骨缺損的髖關(guān)節(jié)翻 修[6-15]，還有人認為當宿主骨對假體支持面積＜50% 甚至 30% 時，應使用髖臼加強環(huán)[3,6,8,11,15]。本組 6 例 3D 打印定制臼杯-墊塊復合假體，實際上是一種定制的 Oblong 杯，也可看作是翻修臼杯＋墊塊一體化。筆者目前只將其用以修復 Paprosky IIIA 型以及 IIB 型中髖關(guān)節(jié)中心上移相對明顯的骨缺損。筆者認為在伴有內(nèi)側(cè)壁缺損、前后柱骨溶解和髖臼緣完整性喪失的 Paprosky IIIB 型髖臼骨缺損中，體量巨大的臼杯-墊塊復合假體難以被宿主骨有效包裹支撐而不宜使用。觀察本組 6 例體外模型，發(fā)現(xiàn)髖臼臼頂和前后柱完整、對樹脂假體支撐面積均＞50%。

圖 2 例 2，82 歲，男，左側(cè)全髖置換術(shù)后 28.8 年 a：數(shù)字骨盆顯示 Paprosky IIIA 型和 AAOS III 型髖臼骨缺損，行帶翼臼杯 - 墊塊復合假體設(shè)計，預留多枚固定螺釘孔并調(diào)整其方向和長度；b：打印樹脂骨盆和假體作調(diào)試；c：打印鈦金屬假體；d：臼頂不規(guī)則缺損處行顆粒植骨；e：打壓植入復合假體、固定翼板；f：術(shù)前 X 線片；g：術(shù)后 3 個月 X 線片顯示假體穩(wěn)定性好；h：術(shù)后 13 個月末次隨訪 X 線片顯示臼頂顆粒植骨與宿主骨愈合良好、假體周圍無透亮線，Harris 評分 92 分Fig.2 Case 2 A 82-year-old male underwent left total hip arthroplasty 28.8 years ago a: Paprosky IIIA and AAOS III acetabular defect. The cupaugment composite with flanges was designed, and multiple fixing screw holes with different orientations and lengths were reserved; b: Resin models of the pelvis and prosthesis were printed for installation test; c: Titanium cup-augment composite was printed; d: Granular bones were grafted in the irregular defect of the acetublar dome; e: The prosthesis was pressed in tightly and the flanges were fixed; f: Preoperative X-ray image; g: X-ray image 3 months postoperatively showed the prosthesis in good stability; h: The latest follow-up ( 13 months postoperation ) X-ray image showed good healing between host bone and graft in the acetabular dome. There was no radiolucent zone around the prosthesis, and the Harris score was 92

二、定制髖臼-墊塊復合假體的設(shè)計及其臨床意義

1. 基本結(jié)構(gòu)及其優(yōu)勢：Oblong 杯多為標準模塊化產(chǎn)品，其外形與患者個體骨缺損不可能完全楔合需要充填植骨，有的因安裝困難需要切骨[1,3,9]，甚至因發(fā)生移位和松動而再次翻修[5,9-11]；墊塊和翻修臼杯各自都需螺釘固定、相互間骨水泥黏合造成整體穩(wěn)定性降低。而定制臼杯-墊塊復合假體按照患者骨盆數(shù)據(jù)逆向設(shè)計，其外形與髖臼骨缺損實現(xiàn)了高度吻合，整體性強便于安裝，又避免了過多的充填植骨和不必要的切骨以及較多的螺釘固定，從產(chǎn)品設(shè)計這一環(huán)節(jié)就為假體的初期穩(wěn)定和手術(shù)安全提供了更多保證。本組金屬假體表面均較樹脂假體加厚 1 mm，術(shù)中與髖臼活骨壓配面積均＞70%。假體多孔粗糙表面與活骨盡可能多的貼伏使其初始穩(wěn)定性增強。

2. 定向固定螺釘和帶翼設(shè)計：術(shù)中判斷最佳置釘區(qū)域和準確地擰入螺釘十分重要，但實際操作往往比較困難。本組結(jié)合數(shù)字和樹脂模型，6 例假體置釘通道的部位、方向和長度均在術(shù)前完成設(shè)計并在樹脂骨盆上預手術(shù)予以確定，保證了術(shù)中螺釘在較高密度骨組織內(nèi)的一次性擰固，避免了反復探測調(diào)試釘?shù)涝斐深~外時耗以及對重要組織的可能誤傷。本組髖臼骨缺損 Paprosky IIIA 型中的 2 例假體后上方帶翼，目的是保護骨結(jié)構(gòu)相對薄弱的后柱和避免其植骨區(qū)過早負重，又在假體上方附加翼板以強化臼頂植骨區(qū)的保護。定向螺釘以及翼板輔助固定都進一步增強了假體初始穩(wěn)定，確保假體、植骨與活骨一體化，以利于后期假體表面骨長入。有文獻報道，用類似的帶翼假體修復 Paprosky IIIB 和 AAOS IV 型髖臼骨缺損[14,17-20]，但這些假體大多加了至少三個翼以修復髖臼與骨盆的連續(xù)性，實際上已屬于三翼杯甚或半骨盆置換的范疇。

3. 假體表面基于遠期生物學整合的 3D 打印多孔結(jié)構(gòu)：一些學者發(fā)現(xiàn) 3D 打印金屬或 TCP 多孔支架放入人類成骨細胞，在體外培養(yǎng)一段時間，其孔隙內(nèi)可見成骨細胞增殖[21-22]。目前，已有在人體內(nèi)應用 3D 打印金屬骨小梁假體獲得骨整合、達到生物學固定的成功報道[23-25]。另外，由于伴有骨缺損的髖臼體積通常大于正常髖臼，所以定制的臼杯-墊塊復合假體也較常規(guī)臼杯表面積大，髖臼活骨與假體單位接觸面積上的機械應力也會相應減少而有利于防止松動。本組 6 例臼杯-墊塊復合假體術(shù)中初始穩(wěn)定性良好，術(shù)后持續(xù)隨訪無一例假體周圍出現(xiàn)進行性透亮線，顯示假體無明顯松動。

三、髖臼小體積腔隙性骨缺損以及假體與活骨間隙的植骨

定制的臼杯-墊塊復合假體不可能做到對髖臼周圍所有小體積骨缺損的完全充填。本組術(shù)中對 6 例髖臼周圍骨溶解區(qū)域都進行了植骨修補，尤其注意對前后柱和臼頂?shù)那幌缎怨侨睋p重點植骨以增加局部骨密度，使骨結(jié)構(gòu)對假體及螺釘?shù)陌椭蔚玫阶畲蟪潭鹊脑鰪?。翻修術(shù)中去除骨質(zhì)增生及殘留骨水泥后，所見髖臼及其周圍骨缺損實際情況往往比數(shù)字及樹脂骨盆略重，假體與活骨負重區(qū)之間的某些區(qū)域會有不同程度間隙。本組 6 例術(shù)中均用打壓植骨填充假體和宿主骨間隙以進一步增強假體骨床的可靠性。術(shù)后連續(xù)影像學檢查顯示有 1 例臼頂植骨有小范圍吸收，但假體穩(wěn)定性良好；5 例植骨與活骨愈合良好，假體與周圍骨組織間未見進行性透亮線。

綜上所述，本組將臼杯-墊塊復合假體用于伴有 IIIA 型及 IIB 型中髖關(guān)節(jié)中心上移相對明顯骨缺損的人工髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)，完整的術(shù)前規(guī)劃實現(xiàn)了假體一次性壓配植入，假體與活骨接觸面積最大化且固定可靠，隨訪至今假體無松動表現(xiàn)，提示 3D 打印技術(shù)帶來的手術(shù)便利及 3D 打印的多孔表面假體的良好近期療效。但在術(shù)中術(shù)后并發(fā)癥以及遠期效果方面與其它術(shù)式的差異，尚待更多工作開展和長期療效隨訪。