3D打印技術(shù)輔助成人先天性髖臼發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用

劉蜀君，黃金山，吳治宏，王建鍇，楊銳，袁恭貴

重慶市三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校附屬中醫(yī)院骨科，重慶404100

成人發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（DDH）會使患者發(fā)生髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，從而使患者的髖關(guān)節(jié)出現(xiàn)異常反應(yīng)[1]。目前全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（THA）是DDH繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎患者的首選治療方法[2]。相關(guān)研究表明，DDH患者通過3D打印技術(shù)結(jié)合髖關(guān)節(jié)置換術(shù)展開治療，可以得到良好的治療效果[3]。3D打印技術(shù)是通過采集計算機(jī)信息，建立模型，然后使用合適材料打印實體模型，從而增加臨床療效[4]。近些年，該院骨科復(fù)雜手術(shù)中，大多引用3D打印技術(shù)(模擬技術(shù))確認(rèn)患者的病情，通過計算機(jī)整理相關(guān)數(shù)據(jù)，打印出模型，從而制訂具有針對性的、科學(xué)性的治療計劃[5]。該次研究選擇該院2019年1月—2021年6月收治的40例髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者作為該次研究對象，分析3D打印技術(shù)輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的治療效果，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇該院收治的40例髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者作為該次研究對象，依據(jù)治療方法不同分成對照組和觀察組，各20例。通過常規(guī)置換手術(shù)治療的患者為對照組，通過3D打印技術(shù)輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療的患者為觀察組，患者及家屬于知情同意書上簽字，研究得到院內(nèi)倫理委員會的批準(zhǔn)。兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組患者一般資料比較Table 1 Comparison of general information between the two groups of patients

納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床癥狀和髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良癥狀相符；②沒有明顯外傷、類風(fēng)濕疾病史；③在知情同意書上簽字。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①手術(shù)無法耐受患者；②手術(shù)前長期使用抗凝藥物治療患者；③惡性腫瘤患者。

1.2 方法

通過常規(guī)的置換手術(shù)治療的患者為對照組，通過3D打印技術(shù)輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療的患者為觀察組。

3D打印技術(shù)。數(shù)據(jù)的采集和圖像處理技術(shù)：患者在術(shù)前通過CT掃描骨盆以及股骨，設(shè)置參數(shù)：層厚為5.00 mm，重建厚度為1 mm，數(shù)據(jù)輸入到MIMICS20.0，通過閾值分割及區(qū)域增長功能，將三維模型進(jìn)行重建，然后通過STL文件輸出。見圖1~3。

圖1 3D打印1：1模型Figure 1 3D printing 1:1 model

3D模型的打印。將STL文件導(dǎo)入到計算機(jī)輔助設(shè)計中，并對其解剖參數(shù)進(jìn)行測量，然后將其導(dǎo)入到MakerBot Desktop，添加支撐平臺，使用三維打印機(jī)，利用熔融沉積制造技術(shù)進(jìn)行加工，獲取髖關(guān)節(jié)及去除股骨的髖關(guān)節(jié)模型。

術(shù)前測量及手術(shù)規(guī)劃。按照三維CAD軟件對髖臼前后徑、深徑、髖臼后壁的厚度、股骨偏心距進(jìn)行測量，對髖臼旋轉(zhuǎn)中心點的位置進(jìn)行確認(rèn)，在按照3D快速原型打磨髖臼，植入型號，測試假體的型號，模擬各種直徑、大小、形態(tài)，從而評估股骨假體柄的型號及偏心距。

常規(guī)髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。術(shù)前進(jìn)行全麻或硬膜外麻醉，患者術(shù)中采取側(cè)臥位，以髓關(guān)節(jié)后外側(cè)作為入路方式，將皮膚、筋膜依次切開，然后鈍性分離，將臀大肌切開后，將外旋肌止點顯露出來，切除拉長增厚的關(guān)節(jié)囊，然后對關(guān)節(jié)囊進(jìn)行松解，脫出股骨頭，按照手術(shù)前指定的截骨線進(jìn)行截骨，將髖臼充分顯露出來，尋找真臼，然后將髓臼中的軟組織及骨贅進(jìn)行切除，磨銼、加深中央髖臼，如果患者的髓臼窩較淺，可以通過加蓋植骨的方式將髓臼進(jìn)行加深，按照手術(shù)情況進(jìn)行造臼，測試試模后，在真臼中安放髓臼假體，然后利用髓腔銼擴(kuò)大股骨近端的骨髓腔，向其中放入合適尺寸的股骨近端及股骨頭假體，作試模、復(fù)位，對髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性及活動范圍進(jìn)行檢查，完成安置假體后，復(fù)位，復(fù)位滿意，留置引流管，縫合。

圖2 假體位置Figure 2 Prosthesis position

1.3 觀察指標(biāo)

比較兩組患者的治療總有效率、手術(shù)時間、術(shù)中出血量、下床活動時間、Harris評分。

1.4 統(tǒng)計方法

2 結(jié)果

2.1 兩組患者治療總有效率比較

觀察組患者的治療總有效率為95.0%(19/20)，對照組患者的治療總有效率為90.0%（18/20），差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

圖3 3D重建Figure 3 3D reconstruction

表2 兩組患者治療總有效率比較Table 2 Comparison of the total effective rate of treatment between the two groups of patients

2.2 兩組患者手術(shù)指標(biāo)比較

觀察組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量分別為（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，對照組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量分別為（115.46±12.32）min、（624.79±35.82）mL，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=5.741、8.053，P＜0.05）。

2.3 兩組患者預(yù)后效果比較

觀察組患者的下床活動時間、Harris評分分別為（2.04±0.15）d、（94.51±2.46）分，對照組患者的下床活動時間、Harris評分分別為（2.09±0.18）d、（94.46±2.34）分，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.954、0.066，P＞0.05）。

2.4 兩組患者VAS評分比較

術(shù)前，兩組患者VAS評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；術(shù)后，觀察組患者的VAS評分為（1.62±0.43）分，對照組患者的VAS評分為（2.79±0.56）分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組患者VAS評分比較[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

表3 兩組患者VAS評分比較[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

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3 討論

據(jù)相關(guān)研究表明，先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的發(fā)生概率相對較高，成年DDH人群的髖關(guān)節(jié)會長時間保持脫位，從而發(fā)生畸形，特別是Crowell和Ⅳ型重度髖臼發(fā)育不良患者的股骨頭發(fā)生脫位，從而產(chǎn)生病理性假臼[6-9]。真臼和假臼位置關(guān)系復(fù)雜，髖臼骨骼形態(tài)異常，常伴有不同形態(tài)骨缺損，該病患者的股骨近端的應(yīng)力刺激較差，從而導(dǎo)致其髖關(guān)節(jié)異常發(fā)育，其髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)難度大、時間長、出血多，手術(shù)失敗的可能性較高，且會產(chǎn)生較多的并發(fā)癥[10]。對此類高難度髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的個體化、精準(zhǔn)化手術(shù)治療，降低醫(yī)療花費，提高手術(shù)療效，是目前各大關(guān)節(jié)中心努力的方向[11-12]。隨著臨床醫(yī)學(xué)水平越來越高，3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，能夠提升手術(shù)效果[13-15]。通過3D打印技術(shù)，模擬打印髖關(guān)節(jié)、髖臼及髖臼缺損情況，以此為根據(jù)，設(shè)計個體化/精準(zhǔn)化設(shè)計手術(shù)方案，從而對髖臼缺損情況進(jìn)行修復(fù)，可以減少手術(shù)時間，降低術(shù)中出血量[16]。該次研究結(jié)果表明，觀察組患者的治療總有效率為95.0%(19/20)，對照組患者的治療總有效率為90.0%（18/20），差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；兩組患者的下床活動及Harris評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；觀察組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量分別為（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，均少于對照組患者；觀察組患者術(shù)后VAS評分為（1.62±0.43）分，對照組患者的VAS評分為（2.79±0.56）分。秦磊等[17]研究結(jié)果表明，實驗組患者的手術(shù)治療有效率為94.2%，和該次研究結(jié)果大致相同，說明3D打印技術(shù)輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的有效性。陳擁等[18]研究結(jié)果同樣表明，3D打印組患者術(shù)后6個月的Harris評分為（87.37±5.21）分，傳統(tǒng)置換組患者的Harris評分為（86.54±3.34）分，兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），和該次研究大致相同。

綜上所述，成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者通過3D打印技術(shù)輔助髖關(guān)節(jié)置管術(shù)進(jìn)行治療，臨床療效確切，減少手術(shù)時間及術(shù)中出血量，值得推廣。