3D打印鈦合金骨小梁杯聯(lián)合抗骨質(zhì)疏松治療的早期臨床療效*

唐魁韓孔令超劉益宏孫立*

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）是治療終末期髖關(guān)節(jié)疾病最有效的方法之一，而骨質(zhì)疏松（osteoporosis，OP）作為髖關(guān)節(jié)置換患者的常見合并癥，是術(shù)后假體無菌性松動的主要原因之一[1]。尤其是手術(shù)創(chuàng)傷導(dǎo)致人體成骨、破骨平衡機(jī)制被打破，使術(shù)后骨量丟失更為明顯，研究發(fā)現(xiàn)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后全身骨量顯著下降，且最初3～6個(gè)月假體周圍骨量丟失可達(dá)14%[2]。近年來，骨小梁金屬因其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，具有骨長入及骨誘導(dǎo)作用，已廣泛應(yīng)用于骨科各個(gè)領(lǐng)域，由其制成的骨小梁臼杯在髖臼側(cè)假體早期穩(wěn)定有著重要的意義，但既往國內(nèi)外研究主要傾向于鉭金屬骨小梁杯（Tantalum trabecular metal cup），近年國產(chǎn)的3D打印鈦合金骨小梁杯（3D printed titanium trabecular metal cup）的臨床療效報(bào)道較少，同時(shí)，對于依從性較差或?qū)膊≌J(rèn)識不足而拒絕抗骨質(zhì)疏松治療的患者來說，使用3D打印鈦合金骨小梁杯能否同樣獲得良好的早期假體穩(wěn)定，國內(nèi)外尚無這方面的研究。本研究針對行初次全髖關(guān)節(jié)置換的原發(fā)性骨質(zhì)疏松患者進(jìn)行治療，觀察術(shù)中使用3D打印鈦合金骨小梁杯聯(lián)合抗骨質(zhì)疏松的早期臨床療效，分別納入3D打印鈦合金骨小梁杯拒絕抗骨質(zhì)疏松治療、鉭金屬骨小梁杯聯(lián)合抗骨質(zhì)疏松治療的兩組患者與之進(jìn)行療效對比，將結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年11月至2019年6月在本院骨科行初次全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者，共納入122例（129髖）患者，男38例，女84例，年齡45～86歲，平均年齡（68.4±10.4）歲。根據(jù)不同治療方案分為鈦杯組A 49例（52髖），鈦杯組B 42例（44髖），鉭杯組31例（33髖），鈦杯組A與鈦杯組B術(shù)中使用3D打印鈦合金骨小梁杯，鉭杯組術(shù)中使用鉭金屬骨小梁杯。鈦杯組A、鉭杯組隨訪期間均規(guī)范服用碳酸鈣D3片、阿侖膦酸鈉片，鈦杯組B拒絕抗骨質(zhì)疏松治療。各組患者在年齡、性別、BMI、術(shù)前髖部骨密度T值等方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，見表1），具有可比性。

表1 三組患者的一般資料比較

1.2 材料

鈦杯組3D打印鈦合金骨小梁金屬臼杯（愛康醫(yī)療器械有限公司，中國，見圖1）;鉭杯組為鉭金屬骨小梁臼杯（捷邁醫(yī)療器械有限公司，美國）。

圖1 3D打印鈦合金骨小梁金屬臼杯

1.3 手術(shù)方法

患者取側(cè)臥位，全身麻醉后術(shù)區(qū)常規(guī)消毒鋪巾，采用改良Gibson入路，逐層切開皮膚、皮下、筋膜層，分開臀大肌，可見大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子，于轉(zhuǎn)子間窩切斷閉孔內(nèi)肌建、上、下孖肌和股方肌上1/3部分，顯露髖關(guān)節(jié)，切開關(guān)節(jié)囊，切除髖臼周圍骨贅，顯露髖臼外緣，外展內(nèi)收股骨，脫出股骨頭，保留股骨距約1 cm，修整股骨頸，取出股骨頭，清理髖臼底及臼緣軟組織，打磨髖臼至軟骨下骨。沖洗髖臼，于前傾15°～20°、外展38°～45°打壓安裝骨小梁臼杯，測試穩(wěn)定后安裝聚乙烯內(nèi)襯，股骨側(cè)置入生物型股骨柄，安裝陶瓷股骨頭復(fù)位髖關(guān)節(jié)，見關(guān)節(jié)張力適中。屈髖90°時(shí)內(nèi)旋內(nèi)收40°無脫位。嚴(yán)密止血，生理鹽水沖洗術(shù)區(qū)。清點(diǎn)器械敷料無誤后，“雞尾酒”封閉鎮(zhèn)痛，抗菌薇喬線縫合關(guān)節(jié)囊、深筋膜及皮下，免打結(jié)縫線連續(xù)皮內(nèi)縫合，無菌敷料包扎，術(shù)畢。術(shù)后予常規(guī)止血、止痛、抗凝、抗感染等治療。

1.4 評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)Harris評分評估髖關(guān)節(jié)功能，根據(jù)SF-12量表評估患者健康改善情況。采用Delee-Charnley假體分區(qū)法、Anderson骨科研究所的骨長入評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[3]觀察髖臼假體周圍透亮線、移位、外展角及骨質(zhì)變化（Delee-Charnley假體分區(qū)法:通過髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心作水平、垂直線將髖臼側(cè)分為外上側(cè)為I區(qū)、內(nèi)上側(cè)為Ⅱ區(qū)、內(nèi)下側(cè)為Ⅲ區(qū)。松動標(biāo)準(zhǔn):3個(gè)區(qū)域均出現(xiàn)透亮線且>1 mm;某一區(qū)域移位>2 mm;髖臼杯旋轉(zhuǎn)>5°;髖臼側(cè)螺釘斷裂。當(dāng)滿足以上隨機(jī)一項(xiàng)時(shí)，視為髖臼杯松動，見圖2。Anderson骨科研究所的骨長入評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):沒有放射性透亮線;外上側(cè)出現(xiàn)骨質(zhì)增強(qiáng);內(nèi)上側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力遮擋;出現(xiàn)放射狀骨小梁;內(nèi)下側(cè)出現(xiàn)骨質(zhì)增強(qiáng)。當(dāng)滿足以上最少3項(xiàng)時(shí)，骨長入效果為陽性）。通過雙能X線測定末次隨訪時(shí)髖臼Ⅱ區(qū)骨密度BMD值[4]。統(tǒng)計(jì)術(shù)后并發(fā)癥:疼痛、松動、感染、骨溶解、脫位假體周圍骨折等。所有數(shù)據(jù)采集及評估均由2名檢查者完成。

圖2 Delee-Charnley髖臼分區(qū)法（鉭杯組1例）

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組間比較采用方差分析;計(jì)數(shù)資料采用2檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間6～48個(gè)月，平均隨訪23.7個(gè)月。

2.1 Harris評分與SF-12評分

3組患者術(shù)后Harris評分、SF-12健康評分較術(shù)前改善，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。術(shù)前、術(shù)后首次（1個(gè)月）及末次Harris評分、SF-12健康評分:鈦杯組A高于鈦杯組B，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05，見表2），鈦杯組A與鉭杯組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，見表3）。

表2 鈦杯組A與鈦杯組B的Harris評分與SF-12評分統(tǒng)計(jì)（，分）

表2 鈦杯組A與鈦杯組B的Harris評分與SF-12評分統(tǒng)計(jì)（，分）

組別 Harris評分 SF-12健康評分術(shù)前 術(shù)后首次 術(shù)后末次 術(shù)前 術(shù)后首次 術(shù)后末次鈦杯組A 46.43±5.11 76.43±4.56 91.65±2.72 32.47±4.06 43.20±3.61 50.47±2.21鈦杯組B 45.36±4.22 74.50±3.81 90.26±2.62 32.19±4.44 41.00±3.91 49.48±2.05 t值 1.08 2.17 2.47 0.31 2.79 2.21 P值 0.28 0.03 0.01 0.75 0.01 0.03

表3 鈦杯組A與鉭杯組的Harris評分與SF-12評分統(tǒng)計(jì)(，分)

表3 鈦杯組A與鉭杯組的Harris評分與SF-12評分統(tǒng)計(jì)(，分)

組別 Harris評分 SF-12健康評分術(shù)前 術(shù)后首次 術(shù)后末次 術(shù)前 術(shù)后首次 術(shù)后末次鈦杯組A 46.43±5.11 76.43±4.56 91.65±2.72 32.47±4.06 43.20±3.61 50.47±2.21鉭杯組 47.23±4.98 76.48±4.07 92.29±2.82 32.45±3.85 43.71±3.57 51.16±2.13 t值 -0.69 -0.05 -1.01 0.02 -0.61 -1.38 P值 0.49 0.95 0.32 0.98 0.54 0.17

2.2 影像學(xué)評估

采用Delee-Charnley假體分區(qū)法及Anderson骨科研究所骨長入評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評估患者X線片，鈦杯組B 2例患者術(shù)后首次隨訪時(shí)髖臼Ⅱ區(qū)可見透亮線,分別在術(shù)后6個(gè)月、12個(gè)月隨訪時(shí)透亮線消失，之后隨訪未出現(xiàn)新的透亮線（見圖3），至末次隨訪時(shí)3組患者髖臼杯均固定穩(wěn)定，未出現(xiàn)外展角變化，X線片示髖臼側(cè)假體周圍有良好的骨長入。采用雙能X線測定3組患者髖臼Ⅱ區(qū)骨密度BMD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，見表1）。

典型病例:（鈦杯組B1例）患者，女，75歲。術(shù)前診斷:雙側(cè)發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（右CroweⅡ型，左CroweⅠ型） 繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎（TonnisⅢ期），見圖1。

圖3 A.術(shù)前診斷:雙側(cè)發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（右CroweⅡ型，左CroweⅠ型）繼發(fā)骨關(guān)節(jié)炎（TonnisⅢ期）;B.右側(cè)使用3D打印鈦合金骨小梁杯行初次全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，術(shù)后1個(gè)月隨訪時(shí)發(fā)現(xiàn)髖臼Ⅱ區(qū)透亮線，最寬處約1 mm;C.術(shù)后6個(gè)月隨訪時(shí)透亮線仍存在，無進(jìn)行性加重，患者無特殊不適;D.術(shù)后12個(gè)月隨訪時(shí)髖臼Ⅱ區(qū)透亮線消失，可見放射狀骨小梁形成;E.右髖術(shù)后22個(gè)月使用3D打印鈦合金骨小梁杯行左側(cè)全髖置換術(shù)，末次隨訪時(shí)雙側(cè)臼杯均穩(wěn)定

2.3 術(shù)后并發(fā)癥

鈦杯組B 3例患者分別于術(shù)后6、18、22個(gè)月時(shí)出現(xiàn)髖部輕度疼痛，影像學(xué)及實(shí)驗(yàn)室檢查未見明顯異常，予對癥治療后其中2例患者末次隨訪時(shí)仍訴髖部偶有輕度疼痛。至末次隨訪時(shí)，所有患者均無假體松動、感染、脫位、假體周圍骨折等并發(fā)癥。

3 討論

3.1 骨小梁金屬臼杯

20世紀(jì)80年代，多孔骨小梁金屬假體開始應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域，其目的是促使假體與宿主骨結(jié)合，以減輕機(jī)械應(yīng)力，加強(qiáng)假體的遠(yuǎn)期穩(wěn)定。骨小梁金屬模擬了人體骨小梁的孔隙結(jié)構(gòu)，與骨界面的結(jié)合能力增加，對成骨細(xì)胞的黏附和生長比較有益[5]，能夠誘導(dǎo)骨組織的全層附著及快速長入。同時(shí)其表面微刺結(jié)構(gòu)增大了摩擦系數(shù)，能在早期獲得更高的生物穩(wěn)定性[6]，多孔結(jié)構(gòu)的彈性模量接近于人類松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，可以減少髖臼骨質(zhì)的應(yīng)力屏蔽損失，骨組織長入臼杯內(nèi)部，與臼杯形成牢固絞鎖結(jié)合成一體，增強(qiáng)了假體的長期穩(wěn)定性[7-8]。具有生物相容性的多孔金屬有助于體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，能夠促進(jìn)骨代謝并加速術(shù)后恢復(fù)[9]。

以往骨小梁臼杯主要以鉭金屬骨小梁杯為主，主要因?yàn)槎嗫足g具有優(yōu)異的生物相容性及化學(xué)穩(wěn)定性，抗腐蝕能力較強(qiáng)，涂層耐受大多生理應(yīng)力，耐磨損性能較強(qiáng)[10]。既往研究也表明骨小梁鉭杯取得了滿意的臨床療效，Macheras使用鉭金屬骨小梁杯對128例進(jìn)行初次全髖關(guān)節(jié)置換患者完成了18年隨訪，假體生存率為92.8%，無1例發(fā)生無菌性松動[11]。Jenkins等[12]將鉭金屬骨小梁杯用于84名PaproskyⅢ型髖臼缺損關(guān)節(jié)翻修術(shù)，5年隨訪假體生存率為97%。但目前制備多孔鉭的氣相沉積技術(shù)過程復(fù)雜，且具有國外專利壁壘，增加了眾多患者的醫(yī)療成本。近年來，國產(chǎn)3D打印鈦合金骨小梁杯應(yīng)用于臨床，其使用電子束熔融快速成型技術(shù)（electron beam melting rapid prototyping，EBM RP）[13]增材制造而成，臼杯實(shí)體層與多孔層同時(shí)成型融為一體，不存在涂層剝脫，同時(shí)EBM技術(shù)的應(yīng)用可以調(diào)控臼杯表層的孔徑及彈性模量[14]，使之更近似于宿主骨結(jié)構(gòu)。程文俊等[15]將3D打印鈦合金骨小梁杯與經(jīng)典Pinnacle臼杯進(jìn)行早中期療效對比，發(fā)現(xiàn)2種臼杯穩(wěn)定性均強(qiáng)，骨長入效果均明顯。夏志勇等[16]對15例髖臼側(cè)翻修患者使用了個(gè)性化3D打印鈦合金骨小梁杯、墊塊，術(shù)后影像學(xué)檢查顯示假體與機(jī)體骨交界處有連續(xù)性骨小梁通過，且隨訪期間無假體脫位、松動及髖關(guān)節(jié)異常疼痛。多孔鈦同樣作為親生物類金屬，與多孔鉭有類似的生物性能，但有研究發(fā)現(xiàn)隨著骨密度降低，多孔鈦應(yīng)力增加高于多孔鉭，對于骨質(zhì)疏松患者來說，多孔鉭金屬假體可以誘導(dǎo)與成骨相關(guān)基因的激活，相對于多孔鈦具有更好的成骨效應(yīng)[17-19]。既往研究[20]也發(fā)現(xiàn)多孔鉭表面的細(xì)胞增殖能力與抗菌能力均強(qiáng)于多孔鈦。

所以本研究在探討3D打印鈦合金骨小梁杯聯(lián)合抗骨質(zhì)疏松治療早期臨床療效的同時(shí)，以鉭金屬骨小梁杯作為對照，通過對比兩組Harris評分、SF-12健康評分及影像學(xué)等資料發(fā)現(xiàn)兩種骨小梁臼杯均能獲得不錯(cuò)的早期療效，且相比之下無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，患者滿意度高。不僅鼓舞了國產(chǎn)醫(yī)療器械水平的發(fā)展，為臨床醫(yī)生提供更多臼杯類型的選擇，同時(shí)國產(chǎn)臼杯應(yīng)用于臨床也可為部分患者降低醫(yī)療成本。

3.2 抗骨質(zhì)疏松治療

隨著社會老齡化的加劇，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率逐年升高。既往研究表明，人工關(guān)節(jié)的失敗主要原因之一是假體松動，其中髖臼側(cè)松動最為常見，而骨質(zhì)疏松則是引起假體松動的主要原因之一，全髖置換術(shù)后全身成骨破骨機(jī)制失衡，使得骨質(zhì)疏松更為加重。但在臨床中，許多醫(yī)生只針對患者主要疾病的治療而忽略了骨質(zhì)疏松的診療及預(yù)防，而即便明確患有骨質(zhì)疏松的患者由于對自身疾病認(rèn)知不足，也并未重視抗骨質(zhì)疏松治療，Silverman等[21]調(diào)查發(fā)現(xiàn)遵醫(yī)囑抗骨質(zhì)疏松治療3年的骨質(zhì)疏松患者僅占35.7%，超過一半患者服用抗骨質(zhì)疏松藥物甚至不足1年。本次研究中的患者即便術(shù)后均進(jìn)行健康教育，但隨訪期間因各種原因拒絕抗骨質(zhì)疏松治療的患者也占據(jù)了46.2%，其主要原因有不重視疾病的危害、反感長期服藥及經(jīng)濟(jì)不支持等。

骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜，分為原發(fā)性與繼發(fā)性骨質(zhì)疏松，原發(fā)性骨質(zhì)疏松多由于年齡增大、器官生理功能退變和性激素分泌減少引起的骨質(zhì)疏松?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)對骨質(zhì)疏松癥的治療主要通過藥物抑制骨吸收或促進(jìn)骨形成達(dá)到治療目的[22]。本次研究中根據(jù)診療指南使用的阿侖膦酸鈉能夠增加原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥患者腰椎和髖部骨密度，同時(shí)囑患者適量運(yùn)動并補(bǔ)充飲食中的蛋白質(zhì)、鈣鹽及維生素D等，促進(jìn)成骨細(xì)胞活動。同時(shí)根據(jù)快速康復(fù)ERAS理念，本次研究中所有患者均在術(shù)后第1天下地活動，不僅能促進(jìn)患者快速康復(fù)，同時(shí)也避免患者傷后長期臥床導(dǎo)致廢用性骨質(zhì)疏松。隨訪期間筆者發(fā)現(xiàn)，部分患者拒絕行抗骨質(zhì)疏松治療的患者是因?yàn)榉锤虚L期服藥，他們認(rèn)為單純以生活飲食及鈣片補(bǔ)充即能達(dá)到預(yù)防骨質(zhì)疏松加重的目的，但單一補(bǔ)鈣并不能夠代替抗骨質(zhì)疏松藥物的治療。近期研究指出，單純補(bǔ)充鈣和維生素D并不能降低老年人脆性骨折的發(fā)生率[23]，即便在隨訪期間反復(fù)進(jìn)行健康教育，這部分患者仍然拒絕抗骨質(zhì)疏松藥物治療。

本次研究中，使用3D打印鈦合金骨小梁杯的骨質(zhì)疏松患者術(shù)后不論是否進(jìn)行抗骨質(zhì)疏松治療，早期都能獲得良好的臼杯穩(wěn)定性，Anderson骨科研究Moore等發(fā)現(xiàn)，全髖置換術(shù)后髖臼側(cè)骨質(zhì)硬化消退，骨小梁隨臼杯與骨界面的應(yīng)力方向生長，主要表現(xiàn)在髖臼側(cè)Ⅰ、Ⅱ區(qū)出現(xiàn)放射狀骨小梁，根據(jù)這一特點(diǎn)，我們在使用X線片評估骨長入情況的同時(shí)，通過雙能X線骨密度儀測定各組髖臼側(cè)Ⅱ區(qū)骨密度BMD值的差異，發(fā)現(xiàn)各組差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各組患者末次隨訪時(shí)髖臼側(cè)骨長入效果均好，這可能與骨小梁臼杯本身的骨長入及骨誘導(dǎo)效果有關(guān)，但隨訪中我們發(fā)現(xiàn)術(shù)后鈦杯組A患者規(guī)范抗骨質(zhì)疏松治療達(dá)療程后，其恢復(fù)情況相對于鈦杯組B較佳，同時(shí)既往研究表明膦酸鹽類能夠明顯促進(jìn)多孔金屬的孔內(nèi)骨長入[24-25]。筆者推斷，隨著時(shí)間增加，患者年齡增長而骨量逐漸減少，術(shù)后拒絕抗骨質(zhì)疏松治療的患者臼杯松動率及術(shù)后疼痛等并發(fā)癥很可能逐漸增高。對于全髖置換術(shù)后的骨質(zhì)疏松患者來說，規(guī)范抗骨質(zhì)疏松治療是必要的，臨床骨科醫(yī)生在加強(qiáng)健康宣教的同時(shí)，針對依從性較差的患者可以使用唑來膦酸等周期較長的抗骨質(zhì)疏松藥物進(jìn)行治療[26]。

3.3 本研究的局限性

本研究病例數(shù)量較少、隨訪時(shí)間較短，術(shù)后療效等還需大樣本和中遠(yuǎn)期隨訪進(jìn)一步驗(yàn)證。本研究只篩選初次全髖關(guān)節(jié)置換的患者，在髖關(guān)節(jié)翻修伴有骨缺損的患者中，使用3D打印個(gè)性化定制鈦合金骨小梁杯與鉭金屬骨小梁髖臼組件的療效差異需要進(jìn)一步探討。本研究只篩選原發(fā)性骨質(zhì)疏松患者，對于不同類型及不同程度骨質(zhì)疏松的患者使用3D打印鈦合金骨小梁杯，其最優(yōu)孔隙率調(diào)定及術(shù)后不同時(shí)期髖臼側(cè)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)骨量變化也是我們正在進(jìn)一步研究的方向。

綜上所述，3D打印鈦合金骨小梁杯具有滿意的早期臨床療效，與已獲得廣泛認(rèn)可的鉭金屬骨小梁杯相比，雖然在金屬特性、制作工藝及醫(yī)療成本等方面存在差異，但同樣能獲得良好的初始穩(wěn)定性及骨長入效果，有利于髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，增加患者滿意度，兩者相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不過中遠(yuǎn)期效果仍需進(jìn)一步研究。使用3D打印鈦合金骨小梁杯行初次全髖置換的原發(fā)性骨質(zhì)疏松患者術(shù)后不論是否抗骨質(zhì)疏松治療，早期都能獲得良好的假體穩(wěn)定性及骨長入效果，這可能與骨小梁臼杯自身的骨長入及骨誘導(dǎo)效果有關(guān)，但術(shù)后規(guī)范抗骨質(zhì)疏松治療，能促進(jìn)患者早期功能恢復(fù)及整體健康水平提高，預(yù)防術(shù)后并發(fā)癥。