3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊和Jumbo臼杯重建髖臼骨缺損早期臨床療效的對比研究

馬立峰 吳杰 郭艾 王迪凡 楊波 喻飛 刁乃成 李強(qiáng) 許重陽

（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院骨科，北京 100050）

髖關(guān)節(jié)置換術(shù)可以治療終末期髖關(guān)節(jié)疾病，是提高患者生活質(zhì)量最為有效的手術(shù)治療方式[1,2]。隨著手術(shù)技術(shù)的日臻成熟及假體設(shè)計(jì)更加趨于合理，髖關(guān)節(jié)置換的數(shù)量呈現(xiàn)上升的趨勢[3,4]。與此同時，由于假體周圍骨溶解、假體周圍關(guān)節(jié)感染、假體不穩(wěn)定等原因?qū)е碌捏y關(guān)節(jié)翻修手術(shù)的數(shù)量也在增加[5]。復(fù)雜的初次全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)和髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)都會面臨嚴(yán)重的髖臼骨缺損，如何更好地重建髖臼骨缺損從而恢復(fù)正常的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心是關(guān)節(jié)外科醫(yī)師面臨的挑戰(zhàn)和棘手的難題[6,7]。

Jumbo 臼杯是在髖臼翻修術(shù)中使用的，比初次髖關(guān)節(jié)置換術(shù)使用的臼杯直徑大10 mm 的大生物臼杯[8]，或者對于男性患者使用直徑大于66 mm的臼杯、女性患者使用直徑大于62 mm 的臼杯[9]。Jumbo 臼杯能夠重建嚴(yán)重的髖臼骨缺損并且手術(shù)操作相對簡單[10]，但可能會突出髖臼前壁而刺激周圍軟組織導(dǎo)致髂腰肌肌腱炎等。近年來，3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)可以制造出個性化的金屬補(bǔ)塊填充頜面部的骨質(zhì)缺損，也有骨科醫(yī)師將此技術(shù)用于骨缺損的修補(bǔ)但例數(shù)有限[11]。本研究比較分析髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中使用3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊和Jumbo 臼杯進(jìn)行骨缺損重建的早期臨床療效和并發(fā)癥，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：①髖臼骨缺損按照Paprosky 分型標(biāo)準(zhǔn)[12]為PaproskyⅢ型的單側(cè)髖關(guān)節(jié)翻修患者；②術(shù)前通過3D打印骨盆模型制訂手術(shù)計(jì)劃，術(shù)中使用3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊，或使用Jumbo臼杯進(jìn)行髖臼骨缺損重建。排除標(biāo)準(zhǔn)：①髖臼骨缺損為PaproskyⅠ型和Ⅱ型的髖關(guān)節(jié)翻修患者；②6 個月內(nèi)急性發(fā)作嚴(yán)重的缺血性心臟病、急性腦血管疾病以及慢性心、肺、肝、腎功能不全等內(nèi)科疾病不能耐受手術(shù)的患者；③髖關(guān)節(jié)假體周圍存在活動性感染，或感染沒有得到有效控制的患者；④髖臼存在骨缺損并造成骨盆不連續(xù)，不能使用3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊或Jumbo 臼杯重建髖臼的患者；⑤使用3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊或Jumbo 臼杯之外的其他方法重建髖臼缺損的患者；⑥不愿意接受手術(shù)治療的患者；⑦失隨訪的患者。

根據(jù)上述納入與排除標(biāo)準(zhǔn)，回顧性分析2015年6月至2017 年10 月收治的40 例需要重建髖臼缺損的單側(cè)髖關(guān)節(jié)翻修患者，2015 年6 月至2016 年10 月使用Jumbo 臼杯重建髖臼缺損的作為Jumbo 臼杯組，患者22例，男10例，女12例，年齡58～74歲，平均（62.5±8.3）歲，2016 年11 月至2017 年10 月使用3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊重建髖臼缺損的作為3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊組，患者18 例，男8 例，女10 例，年齡54～73 歲，平均（61.7±7.9）歲。兩組患者的一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）。Jumbo 臼杯組采用美國強(qiáng)生公司提供的Pinnacle髖關(guān)節(jié)髖臼假體；3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊組采用中國愛康公司提供的ACT 髖關(guān)節(jié)髖臼假體和3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊。

表1 兩組的一般資料比較

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 常規(guī)檢查及術(shù)前評估：所有患者術(shù)前完善血常規(guī)、尿常規(guī)、血生化、出凝血時間、心電圖、胸部低劑量CT 平掃、腹部B 超、雙下肢靜脈血管B 超等常規(guī)檢查并進(jìn)行評估。完善雙髖正側(cè)位X線片檢查、骨盆CT平掃（平掃層厚為5 mm）和三維重建，CT 掃描影像要去除原有假體偽影且以DICOM格式進(jìn)行圖像儲存。

1.2.2 術(shù)前準(zhǔn)備：糾正患者的貧血并且準(zhǔn)備異體紅細(xì)胞和血漿，血紅蛋白低于120 g/L 的患者術(shù)前1 周開始使用人重組促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin,EPO）10000 IU，每日皮下注射一次[13]。圍手術(shù)期使用氨甲環(huán)酸以減少出血，手術(shù)切開皮膚前10 min 和術(shù)中關(guān)閉切口時分別將10 mg/kg 氨甲環(huán)酸加入250 ml 0.9%氯化鈉溶液中靜脈滴注，縫合關(guān)節(jié)囊后局部注射1.0 g氨甲環(huán)酸原液[14,15]。

1.2.3 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用：術(shù)前制備個性化的骨盆三維模型和3D 鈦打印金屬加強(qiáng)塊。術(shù)前用CT 掃描數(shù)據(jù)完成3D 打印骨盆模型的制備，根據(jù)模型中髖臼缺損的情況使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建出術(shù)中需要使用加強(qiáng)塊的模型和所使用螺釘?shù)拈L度并確定置入方向。使用3D打印技術(shù)根據(jù)模型制備出術(shù)中實(shí)際使用的鈦金屬加強(qiáng)塊和固定螺釘，將加強(qiáng)塊擺放至骨盆模型上測試，充分做好術(shù)前計(jì)劃。

1.2.4 手術(shù)操作：采用連續(xù)硬膜外麻醉，不能使用者采用全身麻醉。術(shù)中采取側(cè)臥位，使用后外側(cè)切口便于顯露髖臼。取出髖臼內(nèi)襯后使用薄骨鑿將初次置換的髖臼小心取出，最大程度地保留髖臼骨量。觀察髖臼骨缺損情況并和術(shù)前影像學(xué)進(jìn)行對比。

Jumbo 臼杯組：取出髖臼假體后按常規(guī)從小到大的順序重新磨銼髖臼，以坐骨支、恥骨支及髖臼頂部作為三點(diǎn)支撐，試模嘗試如果獲得三點(diǎn)同時支撐并保持穩(wěn)定時停止擴(kuò)大磨銼并進(jìn)行試模，缺損處可以植入同種異體骨，最后打入Jumbo 臼杯的Pinnacle 髖關(guān)節(jié)髖臼假體和內(nèi)襯[10]。

3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊組：根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)的髖臼假體大小使用髖臼磨銼打磨髖臼，將術(shù)前打印的3D鈦金屬加強(qiáng)塊擺放至髖臼骨缺損的位置，按照術(shù)前設(shè)計(jì)使用螺釘固定，涂抹少量骨水泥在髖臼假體表面和加強(qiáng)塊相互接觸的部位，最后打入ACT 髖關(guān)節(jié)髖臼假體和內(nèi)襯。

1.2.5 術(shù)后處理：術(shù)后常規(guī)放置引流管并夾閉引流管4 h，然后在不使用負(fù)壓引流的情況下開放引流管進(jìn)行引流，術(shù)后24 h 拔除引流管。術(shù)后8 h 皮下注射低分子肝素預(yù)防下肢深靜脈血栓，術(shù)后48 h 內(nèi)靜脈使用抗生素預(yù)防感染[15]。麻醉清醒后指導(dǎo)患者進(jìn)行股四頭肌和踝關(guān)節(jié)屈伸的功能鍛煉。術(shù)后第2 日復(fù)查雙髖正側(cè)位X線片。患肢外展中立位，根據(jù)術(shù)中穩(wěn)定程度和髖臼骨缺損重建方式?jīng)Q定下地時間，一般術(shù)后2 d可以借助習(xí)步架行走，術(shù)后5～6周患肢不負(fù)重，6周后部分負(fù)重，術(shù)后3個月可以完全負(fù)重。

1.3 隨訪計(jì)劃和觀察指標(biāo)

術(shù)后3、6、12 個月及之后每年進(jìn)行門診隨訪，進(jìn)行髖關(guān)節(jié)功能評分、X 線片檢查，并觀察術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況；術(shù)后6個月之后每3個月進(jìn)行電話隨訪。

1.3.1 手術(shù)情況：記錄手術(shù)時間、術(shù)中出血量和住院天數(shù)。

1.3.2 髖關(guān)節(jié)功能評估：術(shù)前和術(shù)后隨訪分別使用Harris 髖關(guān)節(jié)評分量表進(jìn)行患側(cè)髖關(guān)節(jié)功能評分，記錄Harris總評分、Harris功能評分和Harris疼痛評分。

1.3.3 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況：門診隨訪記錄髖關(guān)節(jié)假體脫位、假體周圍感染、髖臼假體松動等術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。年齡、BMI、手術(shù)時間、術(shù)中出血量、住院天數(shù)、術(shù)前和術(shù)后髖關(guān)節(jié)Harris 評分、患肢短縮長度等計(jì)量資料，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對t檢驗(yàn)；性別、Paprosky 分型、術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況等為計(jì)數(shù)資料，以率表示，采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

40 例患者全部獲得隨訪，隨訪時間24～37 個月，平均（30.3±5.8）個月。典型病例見圖1、2。

2.1 手術(shù)情況

Jumbo 臼杯組：手術(shù)時間為3.7～4.9 h，平均（4.3±0.8）h；術(shù)中出血量為800～1250 ml，平均（1073±216）ml；住院天數(shù)為10～16 d，平均（12.7±3.8）d。

3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊組：手術(shù)時間為3.9～4.7 h，平均（4.6±1.2）h；術(shù)中出血量為800～1350 ml，平均（1136±209）ml；住院天數(shù)為11～15 d，平均（12.2±3.5）d。兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量和住院天數(shù)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表2）。

2.2 髖關(guān)節(jié)功能評價

圖1 患者，女，68歲，右髖PaproskyⅢA型髖臼骨缺損，行髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)，采用3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊重建髖臼骨缺損。術(shù)后隨訪24個月，未發(fā)生術(shù)后并發(fā)癥，髖關(guān)節(jié)Harris評分由術(shù)前41分提高至術(shù)后83分，髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)滿意

圖2 患者，男，67歲，左髖PaproskyⅢA型髖臼骨缺損，髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)后6年假體周圍關(guān)節(jié)感染，一期取出假體并置入含有抗生素骨水泥占位器，感染得到控制后進(jìn)行二期翻修手術(shù)，采用直徑68 mm的Jumbo臼杯重建髖臼骨缺損。術(shù)后隨訪3年，未發(fā)生術(shù)后并發(fā)癥，髖關(guān)節(jié)Harris評分由術(shù)前的49分提高至術(shù)后的81分，髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)滿意

術(shù)前髖關(guān)節(jié)Harris 評分，Jumbo 臼杯組為40～54分，平均（46.7±7.2）分，3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊組為42～52 分，平均（45.2±7.6）分，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表3）。末次隨訪髖關(guān)節(jié)Harris 評分，Jumbo 臼杯組為79～89分，平均（85.1±6.8）分，3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊組為77～90分，平均（86.8±7.3）分，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表3）。兩組術(shù)后Harris評分均較術(shù)前明顯改善（P＜0.05，表3）。

2.3 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況

Jumbo 臼杯組2 例發(fā)生髖關(guān)節(jié)脫位，經(jīng)麻醉下手法復(fù)位，臥床、下肢外展中立位皮牽引4 周治療后恢復(fù)正常。其余兩組患者髖臼假體穩(wěn)定。無一例出現(xiàn)假體周圍關(guān)節(jié)感染、假體周圍骨折等并發(fā)癥。兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=68.053,P=0.005）。

3 討論

髖臼假體翻修的主要目標(biāo)是獲得接近正常的旋轉(zhuǎn)中心、最大程度恢復(fù)髖關(guān)節(jié)正常功能[16]。修補(bǔ)髖臼缺損的常用方法有生物型Jumbo臼杯、異體結(jié)構(gòu)性植骨、打壓植骨聯(lián)合鈦網(wǎng)、3D 打壓金屬塊進(jìn)行修補(bǔ)等。異體結(jié)構(gòu)性植骨雖然可以在最大程度上恢復(fù)髖臼骨缺損處的骨量，但是異體骨和宿主骨很難愈合在一起，中長期會發(fā)生松動和骨溶解，進(jìn)而影響髖臼假體的中長期生存率[17]。打壓植骨聯(lián)合鈦網(wǎng)的方法重建髖臼骨缺損也面臨著術(shù)中操作時間長，術(shù)后中長期發(fā)生骨溶解、機(jī)械性失效等問題[18,19]。

3.1 Jumbo臼杯重建骨缺損的優(yōu)缺點(diǎn)

Jumbo臼杯重建PaproskyⅢ型髖臼骨缺損是一種良好的選擇，大直徑的髖臼假體和宿主骨獲得更好的接觸。Jo 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中Jumbo 臼杯邊緣與髖臼骨床有良好接觸固定相比沒有良好接觸固定的假體生存期更長。吳浩波等[10]對使用Jumbo臼杯修補(bǔ)髖臼缺損的48 例49 髖全髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)患者進(jìn)行平均6.8 年的隨訪，結(jié)果顯示Jumbo 臼杯的早中期療效良好，2 髖術(shù)后出現(xiàn)脫位經(jīng)保守治療未翻修，術(shù)后失敗原因是假體松動和假體周圍感染，失敗率為10.2%。本研究同樣發(fā)現(xiàn)Jumbo 臼杯可以很好地重建PaproskyⅢ型髖臼骨缺損且早期療效滿意，但Jombo 臼杯上移了髖臼旋轉(zhuǎn)中心，有文獻(xiàn)報道髖臼旋轉(zhuǎn)中心上移超過2 mm 會使外展肌的肌力下降約28%[10]，Lachiewicz等[21]指出旋轉(zhuǎn)中心上移是造成髖關(guān)節(jié)脫位高達(dá)10%的主要原因。同時，吳浩波等[10]認(rèn)為PaproskyⅢB 型骨缺損患者比PaproskyⅢA 型使用Jumbo臼杯更容易發(fā)生術(shù)后假體松動而失敗。

表2 兩組髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)情況比較（）

表2 兩組髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)情況比較（）

表3 兩組髖關(guān)節(jié)功能評價比較（，分）

表3 兩組髖關(guān)節(jié)功能評價比較（，分）

3.2 3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊重建骨缺損的優(yōu)缺點(diǎn)

近年來，3D 打印技術(shù)越來越多地用于解剖模型、手術(shù)導(dǎo)板、新型植入物的制作[22]。3D 打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速，口腔頜面外科的一些骨缺損可以利用該技術(shù)制作出和患者組織相容性好、骨缺損形狀完全一致的個性化補(bǔ)塊進(jìn)行修補(bǔ)并且獲得了良好的近期臨床療效[23]。同時，也為該技術(shù)在關(guān)節(jié)外科中的應(yīng)用提供了借鑒，為髖臼骨缺損重建提供了新思路和新方法。本研究使用3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊進(jìn)行髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中髖臼骨缺損的修補(bǔ)，和采用Jumbo 臼杯相比不需要進(jìn)一步磨銼髖臼的骨量，且術(shù)后隨訪同樣獲得了良好的髖關(guān)節(jié)評分，術(shù)后早期臨床療效滿意。本研究所納入部分患者的對側(cè)髖關(guān)節(jié)也接受了髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，故無法進(jìn)行正常旋轉(zhuǎn)中心的測量，但是3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊組無一例發(fā)生脫位，說明該組方法很大程度上避免了采用Jumbo臼杯所導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)中心上移情況的發(fā)生。

4 小結(jié)

髖臼翻修骨缺損處理的關(guān)鍵是對骨缺損情況的正確評估，術(shù)中使新的髖臼假體獲得良好的初始穩(wěn)定性。術(shù)前使用3D打印技術(shù)建立骨盆模型可以對術(shù)中情況有詳細(xì)、充分的計(jì)劃，使用3D打印鈦金屬加強(qiáng)塊有利于髖臼獲得良好的初始穩(wěn)定性，從而獲得滿意的早期臨床療效。但本研究的病例數(shù)較少，需要多中心、大樣本、中長期隨訪數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上，應(yīng)用3D 打印鈦金屬加強(qiáng)塊可以修補(bǔ)髖臼翻修術(shù)中髖臼骨缺損并獲得良好的早期臨床療效，值得臨床推廣和應(yīng)用。