3D 打印技術(shù)在人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的臨床應(yīng)用效果分析

胡正軍，張赟，韋昊，沈正

（江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)人民醫(yī)院骨科，江蘇鎮(zhèn)江 212028）

人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是以人工假體替代病損的股骨頭和髖臼，可以很好地重建髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，改善和恢復(fù)髖關(guān)節(jié)功能，在股骨頭壞死、股骨頸骨折、骨關(guān)節(jié)炎等髖關(guān)節(jié)疾病的臨床治療中被廣泛應(yīng)用[1]。但是，人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的操作難度較大，特別是對于髖關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)變異復(fù)雜的病例， 手術(shù)仍面臨巨大挑戰(zhàn)，采取有效方式提高關(guān)節(jié)置換精準(zhǔn)度對提高手術(shù)療效、更好促進髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)具有重要意義。3D 打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，能夠?qū)⑵矫婺Ｐ妥兂扇S實物。該項技術(shù)于2012 年進入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，此后在骨科臨床得到快速發(fā)展，在促進手術(shù)精準(zhǔn)化、提高手術(shù)安全性方面發(fā)揮了重要作用[2]。基于此，該研究選取我院2019 年 4 月—2020 年 7 月收治的 40 例人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)患者為對象，探討3D 打印技術(shù)的臨床應(yīng)用效果。 現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

以我院收治的40 例人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)患者為研究對象，依據(jù)治療方法不同分為兩組。治療組（20例）： 男性 12 例， 女性 8 例； 年齡 58～90 歲， 平均（68.42±7.91）歲；體質(zhì)指數(shù) 18.90～27.40 kg/m2，平均（23.53±1.42）kg/m2；股骨頭無菌性壞死 7 例，髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎5 例，股骨頸骨折5 例，人工關(guān)節(jié)翻修3 例。對照組（20 例）：男性 11 例，女性 9 例；年齡 56～91歲，平均（69.15±8.22）歲；體質(zhì)指數(shù) 18.80～27.90 kg/m2，平均（23.68±1.35）kg/m2；股骨頭無菌性壞死 6 例，髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎6 例，股骨頸骨折6 例，人工關(guān)節(jié)翻修2 例。 兩組一般資料比較， 差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （P＞0.05），具有可比性。 本研究獲我院醫(yī)學(xué)倫理委員會審批通過，患者均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）單側(cè)髖關(guān)節(jié)病變，疾病類型不限，具有人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)指征；（2）一般狀況良好，對于麻醉及手術(shù)耐受；（3）無嚴重內(nèi)科疾病，認知功能正常，可配合完成手術(shù)及研究。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）BMI≥30 kg/m2的肥胖者；（2）既往髖關(guān)節(jié)功能障礙史者；（3）合并類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強直性脊柱炎等影響術(shù)后康復(fù)及療效評價的疾病者；（4）髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良者；（5）中重度骨質(zhì)疏松者；（6）臨床資料不全者。

1.3 方法

對照組采用單純常規(guī)后外側(cè)入路人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療?；颊叱Ｒ?guī)術(shù)前準(zhǔn)備，術(shù)中全身麻醉，取健側(cè)臥位，手術(shù)采用后外側(cè)入路，以大轉(zhuǎn)子為中心弧形切開皮膚，沿肌纖維走行劈開臀大肌，放置牽開器，顯露短外旋肌群，使用電刀沿股骨距切斷短外旋肌群，T型切開關(guān)節(jié)囊，暴露股骨頭和髖臼外緣，手法操作使股骨頭脫位，常規(guī)截骨，清理并磨挫髖臼，用鉆逐級擴大股骨髓腔。根據(jù)髓腔挫型號選取合適生物型股骨假體及髖臼假體安裝，復(fù)位關(guān)節(jié)，術(shù)中活動髖關(guān)節(jié)，確認關(guān)節(jié)穩(wěn)定后，置管引流，逐層縫合關(guān)節(jié)囊、外旋肌群、闊筋膜張肌、皮下組織，關(guān)閉切口。

治療組在常規(guī)后外側(cè)入路人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療中應(yīng)用3D 打印技術(shù)。 患者術(shù)前準(zhǔn)備同對照組，同時行薄層CT 掃描， 采用Mimics 軟件獲取患者3D數(shù)據(jù)，行術(shù)前數(shù)字規(guī)劃，初步確定假體規(guī)格型號，3D打印機1:1 打印患側(cè)髖關(guān)節(jié)模型，行桌面推演模擬操作，再常規(guī)行后外側(cè)入路手術(shù)，方法同對照組。

1.4 觀察指標(biāo)及判定標(biāo)準(zhǔn)

（1）測量治療組患者術(shù)前3D 打印模型還原的髖臼假體大小與髖臼中心點下移值，并與術(shù)后實際測量值對比。

（2）記錄兩組基本手術(shù)指標(biāo)，包括手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量與住院時間。

（3）術(shù)后予以兩組影像學(xué)復(fù)查，觀察髖臼假體位置， 測定股骨柄傾斜角度與髖臼外展角度， 基于Delee-Charnley 分區(qū)法評估髖臼杯的穩(wěn)定性。 假體不穩(wěn)： 髖臼杯移位或3 個分區(qū)同時出現(xiàn)≥1 mm 的透亮線； 假體松動： 髖臼垂直和/或水平方向出現(xiàn)≥6 mm的移位。

（4）治療前及治療后3 個月時，使用疼痛數(shù)字評分法(NRS)評估兩組靜息時的髖關(guān)節(jié)疼痛情況；使用Harris 髖關(guān)節(jié)功能評分量表（HHS）評估兩組的髖關(guān)節(jié)功能。NRS 依據(jù)有無疼痛及嚴重程度分為0（無痛）～10（劇痛）級，分值 0～10 分，得分越高表示痛感越強。HHS 量表從疼痛、功能、畸形、活動度4 個方面對髖關(guān)節(jié)功能進行評價，滿分100 分，得分越高，表示髖關(guān)節(jié)功能越好。

1.5 統(tǒng)計方法

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料以（）表示，采用t 檢驗；計數(shù)資料以頻數(shù)和百分比（%）表示，采用 χ2檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 治療組基于術(shù)前3D 打印模型測量與術(shù)后實際測量髖臼指標(biāo)比較

治療組基于術(shù)前3D 打印模型測量的髖臼假體大小和髖臼中心點下移值與術(shù)后實際測量值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。 見表 1。

表1 治療組基于術(shù)前3D 打印模型測量與術(shù)后實際測量髖臼指標(biāo)比較[（）,mm]

表1 治療組基于術(shù)前3D 打印模型測量與術(shù)后實際測量髖臼指標(biāo)比較[（）,mm]

時間 髖臼假體大小 髖臼中心點下移值術(shù)前3D 打印模型測量術(shù)后實際測量t 值P 值49.46±2.32 49.75±2.18 0.407 0.686 6.77±1.93 6.42±2.01 0.562 0.578

2.2 兩組基本手術(shù)指標(biāo)比較

治療組手術(shù)時間短于對照組，術(shù)中出血量與術(shù)后引流量均少于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；兩組術(shù)后住院時間比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組患者基本手術(shù)指標(biāo)比較（）

表2 兩組患者基本手術(shù)指標(biāo)比較（）

組別 手術(shù)時間（min）術(shù)中出血量（mL）術(shù)后引流量（mL）術(shù)后住院時間（d）治療組（n=20）對照組（n=20）t 值P 值58.82±9.34 69.10±7.66 3.806 0.001 160.82±37.31 224.93±35.86 5.540＜0.001 256.37±82.14 330.92±75.61 2.986 0.005 12.81±2.57 13.65±2.44 1.060 0.296

2.3 兩組影像學(xué)復(fù)查結(jié)果比較

術(shù)后，兩組股骨柄傾斜角度與髖臼外展角度比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。 見表 3。 治療組術(shù)后髖臼杯與骨面接觸緊密，未見假體松動和不穩(wěn)，髖臼杯穩(wěn)定性良好；對照組術(shù)后1 周有2 例影像學(xué)下可見透亮線，術(shù)后6 個月時透亮線消失，未見假體松動和不穩(wěn)。

表3 兩組患者影像學(xué)復(fù)查結(jié)果比較[（），°]

表3 兩組患者影像學(xué)復(fù)查結(jié)果比較[（），°]

組別 股骨柄傾斜角度 髖臼外展角度治療組（n=20）對照組（n=20）t 值P 值0.48±0.17 0.50±0.14 0.406 0.687 43.82±3.93 44.36±3.70 0.447 0.657

2.4 兩組髖關(guān)節(jié)疼痛與功能比較

兩組治療前NRS 與HHS 評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；治療組治療后NRS 評分低于對照組，HHS 評分高于對照組， 差異有統(tǒng)計學(xué)意義 （P＜0.05）。 見表 4。

表4 兩組患者治療前后 NRS 與 HHS 評分比較[（），分]

表4 兩組患者治療前后 NRS 與 HHS 評分比較[（），分]

組別NRS 評分治療前 治療后3 個月HHS 評分治療前 治療后3 個月治療組（n=20）對照組（n=20）t 值P 值6.33±1.54 6.28±1.60 0.101 0.920 0.75±0.36 1.12±0.44 2.911 0.006 56.31±9.62 58.52±9.17 0.744 0.462 87.92±5.33 81.60±7.52 3.066 0.004

3 討 論

人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是骨科臨床治療髖關(guān)節(jié)疾病的常用手術(shù)，手術(shù)技術(shù)難度較高，存在準(zhǔn)確重建髖臼結(jié)構(gòu)、恢復(fù)肢體有效長度、平衡髖關(guān)節(jié)軟組織等諸多技術(shù)難點[3]，準(zhǔn)確尋找并恢復(fù)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，精準(zhǔn)安放髖臼假體，是有效重建髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、接近髖關(guān)節(jié)生理狀態(tài)、增加髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性、確保手術(shù)療效的關(guān)鍵[4]。

傳統(tǒng)后外側(cè)入路人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，解剖結(jié)構(gòu)定位與測量主要基于X 線的二維模板， 或是采用健側(cè)鏡像投射法，均缺乏立體性，定位與測量的精準(zhǔn)度不高，導(dǎo)致實際手術(shù)中較難在三維空間中準(zhǔn)確定位，因此手術(shù)難度較大，操作風(fēng)險也相對較高[5]。3D 打印技術(shù)是第三次工業(yè)革命的代表技術(shù)，其以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用可黏合材料，可以通過逐層打印的疊加方式對物體進行構(gòu)造，最終讓平面上的模型成為三維實物。 其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常與CT 掃描技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，其可以根據(jù)CT 掃描獲取的數(shù)據(jù)，對人體器官、骨骼等進行三維打印，獲取與患者解剖結(jié)構(gòu)高度契合的模型[6]。此法無需制作模具，可以直接打印，快速建造，能夠讓醫(yī)生在真正手術(shù)前預(yù)先進行模擬手術(shù)演練，進而提高手術(shù)的精準(zhǔn)度與安全性。 目前，已有臨床研究證實， 以3D 打印技術(shù)輔助人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，尤其是應(yīng)用于人工全髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)中，可以更準(zhǔn)確地評估髖臼側(cè)骨缺損程度，并于術(shù)前設(shè)計修復(fù)缺損的方案，有效提高手術(shù)效果，減少手術(shù)損傷，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率[7]。 本研究結(jié)果顯示，治療組基于術(shù)前3D打印模型測量的髖臼假體大小和中心點下移值與術(shù)后實際測量值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），提示基于術(shù)前3D 打印技術(shù)模擬患者髖關(guān)節(jié)的精準(zhǔn)度高，能夠?qū)崿F(xiàn)有效模擬，可為正式手術(shù)的順利開展提供很有價值的幫助，與楊佳等[8]的研究結(jié)果相符。治療組手術(shù)時間短于對照組，術(shù)中出血量與術(shù)后引流量均少于對照組（P＜0.05），考慮原因為基于術(shù)前3D 打印模型可以供施術(shù)者在術(shù)前規(guī)劃假體型號并桌面推演模擬操作，手術(shù)準(zhǔn)備工作更為充分，有利于醫(yī)生更快、更好地完成手術(shù)，從而縮短手術(shù)時間，避免和減少術(shù)中不必要的損傷，與CAI 等[9]的研究結(jié)論相符。 治療組治療后NRS 評分低于對照組，HHS 評分高于對照組（P＜0.05），提示基于術(shù)前3D 打印技術(shù)輔助應(yīng)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療中， 實現(xiàn)了術(shù)前精細規(guī)劃，提高了患者術(shù)中假體安放的精準(zhǔn)度，從而更好地重建患者髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，增加其穩(wěn)定性，減輕患者疼痛，促進患者術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，與陳銀華等[10]的研究結(jié)論一致。

綜上所述，臨床將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，假體安放精準(zhǔn)度高，可以縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量，緩解術(shù)后疼痛，促進髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，臨床療效確切，值得推廣應(yīng)用。