骨小梁3D打印在人工髋关节的应用

杨振环，王晖，葛志强，马康康，李凯

(冀中能源峰峰集团总医院邯郸院区骨四科，河北 邯郸 056002)

3D打印作为一种新型的增材制造技术，成功用于骨科治疗中。基于3D打印的患者定制化截骨导板、骨科植入物、种植牙等已经获得CE与FDA批准，且被用于临床。2016年美国骨科医师年会上，全球骨科领先的企业均已开展3D打印制造骨科医疗器械，并不断有新产品用于临床，足以显示3D打印在未来骨科中的地位。2015年CFDA也批准了中国首个3D打印髋关节产品，已开始在临床规模化应用。现阶段，随着医学技术的快速发展，临床上对于髋关节疾病的患者大多给予全髋关节置换术，通过手术将已坏死的髋关节替换，达到使患者恢复健康的目的[1]。但术后患者常常出现髋关节活动障碍、髋关节疼痛，甚至髋臼骨溶解或骨缺损等严重的并发症，对患者术后的恢复造成影响[2]。因此，对于置换的人工髋关节如何实施翻修手术，可直接影响假体的寿命及术后患者恢复效果。目前，临床上对于髋臼骨缺损的处理方法较多，如加强杯、钛网重建、联合植骨等，可有效的使臼杯的假体得到良好的稳定性[3]。基于此，本研究分析骨小梁3D打印在人工髋关节中的应用效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 基础资料

选择2015年9月至2016年12月在本院行人工髋关节置换手术患者40例，据假体不同分观察组和对照组，每组各20例。观察组中，男性11例，女性9例；年龄55～86岁，平均(68.39±2.75)岁。对照组中，男性10例，女性10例；年龄55～88岁，平均(68.42±2.68)岁。纳入标准：(1)所有患者均经全髋关节置换术；(2)所有患者术后均出现不同程度的并发症，且需进行翻修手术[4]；(3)所有患者均自愿参与本次研究。排除标准：(1)合并关节疾病；(2)排除非自愿参与本次研究的患者；(3)排除未进行全髋关节置换术[5]。两组一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 对照组 患者给予非3D打印技术翻修人工髋关节，根据医生的临床经验及术中观察到的骨缺损情况选择常规人工假体植入，随后检查患者植入假体地方是否存在活动性出血，放置引流管后关闭切口。

1.2.2 观察组 患者给予3D打印技术翻修人工髋关节，于术前进行双侧的髋关节及股骨全长的CT检查，设置CT扫描层厚约为0.625 mm，将扫描的数据通过医学通信及数字成像的形式导出后并储存，随后将所得的数据导入3D打印机中执行3D打印钛合金骨小梁金属臼杯。钛合金骨小梁金属臼杯直径约为40～70 mm，每2 mm设置为1个梯度，分为16种规格，多孔层厚度约为1.5 mm，术中根据患者的磨挫后髋臼的大小选择合适的假体及垫块(见图1、图2)。手术时，使患者保持健侧卧位，采用后外侧入路的方式，将关节囊切开，充分暴露髋关节假体及髋臼缘，将假体取出，清除髋臼周围的瘢痕、骨水泥等，随后手术探查骨缺损程度及骨质表面是否出现渗血，待所有操作处理完毕后，于髋臼缺损处安装3D打印的钛合金骨小梁金属臼杯及垫块，对于缺损的髋臼边缘，将自体或异体骨植入从而填充腔隙缺损。若手术探查股骨假体磨损严重，术中可一并替换(见图3、图4)。术后24 h给予低分子肝素钙皮下注射，每天1次，连续治疗14 d，待麻醉完全消失后开始相关关节的训练。

1.3 观察指标

1.3.1 髋关节功能评分 采用Harris评分表[6]分别于术前及术后6个月评估患者髋关节功能，满分100分，分数越高，髋关节恢复越好，反之，髋关节恢复越差。

1.3.2 VAS评分[7]评估髋关节疼痛程度，满分10分，分数越高，疼痛越强烈。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 两组患者手术前及术后髋关节功能评分比较

两组术前髋关节差异无统计学意义(P>0.05)；术后6个月，对照组髋关节评分低于观察组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

组别术前术后6个月t值P值对照组45．69±9．8467．42±8．5311．1170．034观察组44．85±10．1285．19±6．3813．4610．004t值0．92213．132P值1．0540．008

2.2 两组患者手术前后疼痛评分比较

两组术前VAS差异无统计学意义(P>0.05)；术后6个月，观察组VAS评分低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 两组患者手术前后疼痛评分比较±s，n=20，分)

3 讨论

近年来，行全髋关节置换术患者数量逐年增加，术后随着患者活动频率的不断增加，造成翻修手术的次数逐年上升[8]。医学研究显示，翻修手术的难度远远高于首次全髋关节置换术，且手术效果低于首次置换术，术后并发症发生率较高，对患者预后的恢复造成影响[9]。因此，如何有效且安全的实施髋关节翻修术是临床上首要解决的重要问题[10]。

3D打印技术中的电子束熔融技术是重要的分枝，在电子束熔融技术下可较好的获得理想的骨生长界面，其制造的假体的金属实体层与表面多空层为一次成型，且所有操作均在高度真空环境下完成，较好地排除了化学杂质对材料及假体的侵害[11-12]。此外，产品在成型舱中保持着合适的温度，保证了假体的稳定性[13]。以往临床中，大部分髋臼假体的翻修使用非骨水泥假体，其孔隙率较差，孔径不均一，给骨头的长入造成的难度，且具有较大的误差[14]。而采用3D打印技术制造的钛合金假体，其表层具有较多的优越生物学特性，对促进细胞的生长及附着、促进干细胞的成骨分化等具有重要的作用，同时还可较好的增加细胞与金属生物材料的结合能力，进而得到更好的机械学性能，提高了假体的成活率[15]。

本研究分析骨小梁3D打印在人工髋关节中的应用效果，结果显示，术前，两组患者髋关节功能评分比较差异无统计学意义；术后6个月，对照组患者髋关节功能评分明显低于观察组，表明采用3D打印技术制造的骨小梁可有效的提高患者的髋关节功能，促进髋关节功能的恢复[16]。分析其原因可知全髋关节置换术是髋关节功能重建手术，手术较好的恢复了因骨折造成的髋关节功能障碍[17]；此外，应用3D技术打印钛合金骨小梁金属臼杯及垫块翻修髋关节髋臼侧，术后可获得较好的稳定性，大大减少了患者术后的痛苦，提高了手术的成功率[18]。采用3D打印在钛合金骨小梁金属臼杯及垫块，可有效的置换变形或脱落的人工髋关节，且置换时假体吻合度高，臼杯稳定性强，较好地弥补了通用器械在治疗患者时造成的局限性，同时减少了患者的疼痛感，对促进预后恢复具有重要的作用。

综上所述，骨小梁3D打印技术在人工髋关节中得到较好的应用，髋关节假体吻合度及稳定性较高，有助于促进患者髋关节功能的恢复，降低并发症发生率，在临床应用中值得推广。

[1] 孙海滨，吕尚军，朱书朝，等.3D打印技术在制作人工髋关节置换术后感染临时间隔器中的临床应用[J].中国矫形外科杂志，2016，24(13)：1239-1241.

[2] 何勇，刘欣伟，张敬东，等.3D打印技术在髋关节置换术后感染Ⅱ期翻修手术中应用[J].临床军医杂志，2016，44(10)：999-1002，1005.

[3] Nakashima Y,Mashima N,Imai H,etal.Clinical and radiographic evaluation of total hip arthroplasties using porous tantalum modular acetabular components:5 year follow-up of clinical trial[J].Mod Rheumatol,2013,23(1):112-118.

[4] 田书畅，姚庆强，殷信道，等.iASSIST智能导航系统与三维打印个性化膝关节截骨导板技术在人工全膝关节置换术中的应用效果比较[J].中华外科杂志，2017，55(6)：423-429.

[5] 刘珂，刘晓潭，侯毅，等.3D打印个体化髋臼填充技术在复杂髋关节翻修中的应用[J].中华实验外科杂志，2017，34(3)：522-523.

[6] Harris WH.Traumatic arthritis of the hip after dislocation and acetabular fractures：treatment by mold arthroplasty.An end-result study using a new method of result evaluation[J].J Bone Joint Surg (Am),1969,51(4):737-755.

[7] Turner NM,van de Leemput AJ,Draaisma JM,etal.Validity of the visual analogue scale as an instrument to measure self-efficacy in resuscitation skills[J].Med Educ,2008,42(5):503-511.

[8] 李璟.应用3D打印技术行髋关节置换围手术期的护理[J].医药前沿，2017，7(30)：276-277.

[9] 孙海滨，吕尚军，朱书朝，等.3D打印技术在制作人工髋关节置换术后感染临时间隔器中的临床应用[J].中国矫形外科杂志，2016，24(13)：1239-1241.

[10] 陆俭军，谭海涛，杨克勤，等.3D打印数字化技术辅助治疗髋臼后壁骨折的临床探讨[J].中国临床新医学，2017，10(3)：209-212.

[11] 方洪松，陈森，彭昊.3D打印技术在成人CroweⅣ型发育性髋关节脱位关节置换中的临床应用[J].临床外科杂志，2016，24(6)：458-460.

[12] 王建吉，刘国勇，马敏先，等.3D打印技术在髋臼发育不良髋关节置换中的初步应用[J].中国矫形外科杂志，2016，24(17):1550-1553.

[13] 郭昱，肖东民，蒋锋.3D打印技术在骨科个体化治疗的应用[J].中国卫生产业，2015，12(35)：105-107.

[14] Pierannunzii L,Mambretti A,D’Imporzano M.Trabecular metal cup without augments for acetabular revision in case of extensive bone loss and low bone prosthesis contact[J].Int J Immunopathol Pharmacol,2014,24(2):133-137.

[15] 程文俊，勘武生，郑琼，等.3D 打印钛合金骨小梁金属臼杯全髋关节置换术的短期疗效[J].中华骨科杂志，2014，34(8)：816-823.

[16] 田可为，陈柯.3D打印技术在全髋关节置换术治疗髋臼骨折并发股骨头缺血性坏死和创伤性关节炎中的应用[J].中医正骨，2017，29(3)：42-44.

[17] 张伟，王庆雷，张铁良，等.3D打印技术在移位髋臼骨折合并不稳定型骨盆后环损伤治疗中的应用[J].中华创伤骨科杂志，2017，19(8)：696-702.

[18] 王雨辰，马勇，俞伟忠，等.计算机虚拟复位结合3D打印技术在髋臼骨折中的临床应用[J].中国骨伤，2017，30(7)：627-632.