定制三翼臼杯在复杂人工髋关节翻修术中的应用

周报春 周一新

随着接受人工髋关节置换术患者的年轻化及其预期寿命的延长，人工髋关节翻修术的数量也逐年增加。预计至2021年，人工髋关节置换术后翻修率将达到12.9%[1]。初次接受人工髋关节置换术的患者术后常发生骨溶解、感染、磨损及骨折等并发症，进一步发展将导致骨缺损。尽管髋臼侧严重骨缺损和骨盆不连续的发生率较低(1%～5%)[2-5]，但是对于获得初始机械稳定性和远期骨长入仍是一项重大挑战。为应对这一挑战，出现了多种重建方法，如多孔金属臼杯联合多孔金属加强块、髋臼牵引联合超大臼杯、多孔金属臼杯联合髋臼重建球笼以及定制三翼臼杯等[6-9]。自2001年Christie等[10]报道定制三翼臼杯技术以来，因其具有独特的优势，随后被广泛应用于复杂髋关节翻修术中[5，9，11-14]。

一、定制三翼臼杯的设计和制作

人工髋关节翻修术前对患者行CT扫描，扫描层厚1～2 mm，扫描范围包括整个骨盆。应用计算机软件对扫描数据进行三维重建，去除髋关节假体，计算各个方向的骨缺损范围，绘制骨缺损彩色梯度图，精确评估患者髋臼的解剖学形态和骨质[10，15-16]。参考重建的骨盆模型(图像或实体)进行三翼臼杯的个体化设计，在此过程中可咨询工程师的意见，同时还需考虑股骨侧是否需要翻修[17]。三翼臼杯的设计理念是在获得良好匹配和可靠稳定性的前提下，尽可能地减少术中对宿主骨的破坏[13]。

1.设计臼杯：参照闭孔、髂骨翼和耻骨支等解剖学标志设计臼杯的大小，同时设计旋转中心的位置和臼杯开口平面的朝向[10，12]。如果髋臼窝骨缺损较大，可在半球形臼杯的基础上，增加类似于金属加强块的设计，以重建残余空腔，金属加强块与半球形臼杯构成一个整块式结构[18]。

2.设计螺钉的位置、钉道及长度：螺钉的位置、钉道及长度决定了臼翼的大小。坐骨侧臼翼一般有4～6个螺钉孔，较大的髂骨侧臼翼通常有2排螺钉孔，每排3～4个[19]。对于耻骨侧臼翼是否使用螺钉固定目前仍存有争议[5，11-13]。双皮质螺钉可在假体和宿主骨之间产生足够大的压力，但由于髂骨翼较薄，其固定效果可能会受限。当骨质较差时考虑使用锁定钉固定，并应用血管造影技术以减少血管损伤的发生[20]。临床上，一般联合使用锁定钉和皮质螺钉固定。应用带变向锁定钉可达到加强固定坐骨的效果，但应注意避免螺钉穿过骶髂关节，螺钉距离坐骨切迹应>10 mm[13]。由于臼杯背面的松质骨条件较差，如果使用臼顶螺钉应选择锁定钉[5]。

3.设计臼翼：优先设计髂骨侧臼翼，最小厚度6 mm，使臼翼按前后方向延伸，以减少近端的显露[13]。虽然坐骨结节的外侧面较宽大，能容纳更多的螺钉，但一般选择将坐骨侧臼翼固定于坐骨结节后侧面，因为此处可以使用更长的螺钉固定[10，12]。坐骨侧臼翼延伸至闭孔下缘即可，而耻骨侧臼翼通常需插入耻骨支，以对抗内旋的力[13]。

4.制作塑料模型：按上述初步设计打印假体和骨盆的塑料模型。据此对定制三翼臼杯的匹配度进行评估，并在骨盆模型上标记需去除的骨质，尤其是髂骨、耻骨及坐骨突出的骨质[17]。

5.制作定制三翼臼杯：采用增材制造技术(电子束熔炼或激光烧结)以钛合金粉末为原料制作三翼臼杯[20]。对臼杯和臼翼施以特殊的表面处理，以增强其力学和生物学性能。多孔或羟基磷灰石涂层可促进骨长入[12，20]，银涂层可降低术后感染的发生风险[21-22]，光滑表面可减少对软组织的刺激。

设计和制作定制三翼臼杯的时间取决于髋臼骨缺损的类型和假体的特点，通常需6～12周。有研究报道，设计和制作定制三翼臼杯的总费用约为1.2万美元，高于初次接受人工髋关节置换的假体费用，与使用多孔金属臼杯联合髋臼重建球笼(1.1万美元)或钽金属臼杯联合钽金属加强块(1.4万美元)的费用相当[9，14]。

二、置入定制三翼臼杯的手术技术

置入定制三翼臼杯时，需广泛的显露，以便观察髋臼骨缺损和获得臼翼固定的骨面[17]。若髂骨侧的显露较为困难，可行转子截骨术[23]，显露坐骨侧时可松解腘绳肌腱的起点[10]。若耻骨侧臼翼不使用螺钉固定，可在耻骨支制作一个凹槽，以容纳臼翼[10]。在显露时，应注意辨认和保护坐骨神经和臀上神经及血管等结构。显露完成后，取出置换失败的髋关节假体，参照术前设计用高速磨钻去除多余骨质。术中使用三维打印的骨盆模型与患者的骨盆进行对比，以提高假体安装的精确性[15]。安装定制三翼臼杯时，稍屈髋放松外展肌，从髂骨掀起臀中肌和臀小肌，安装髂骨侧臼翼，之后将下方的两翼分别安装于坐骨和耻骨表面[10-12]。安装坐骨侧臼翼时，为保护坐骨神经，可采取伸髋屈膝位[23]。根据术前设计，可使用螺钉加强臼翼与宿主骨之间的固定强度，注意保护邻近神经、血管等结构。对于臼杯与宿主骨之间的微小残留腔隙，可使用颗粒植骨填充，但应避免旋转中心的过度外移[13]。在三翼臼杯的内侧，可安装带高边的限制性内衬或双动头结构，以调节软组织张力，增强髋关节的稳定性[14-15]。

三、定制三翼臼杯的临床应用

定制三翼臼杯主要适用于PaproskyⅢ型髋臼骨缺损的重建，尤其是ⅢB型，即髋臼上方和内侧存在大量骨缺损，臼杯向上内侧移位>3 cm，Kohler线被突破，泪滴消失，坐骨支严重受损，可能伴有骨盆不连续，臼杯与宿主骨的接触面积占比<40%，无法获得内在稳定性[2]。PaproskyⅢB型髋臼骨缺损患者往往经历过多次手术治疗，软组织条件较差，且伴有诸多合并症，手术难度大。现有的其他重建技术需根据患者的骨质情况，通过臼杯联合金属加强块、重建球笼或结构植骨等技术辅助固定，但存在假体费用高昂、手术过程复杂、术中需去除较多的残留骨、难以获得足够的宿主骨接触以及难以恢复髋关节正常生物力学特性等问题。

借助定制三翼臼杯技术可在术前进行精准的假体设计和手术规划，手术难度低[10]。使用三维打印的骨盆模型测定骨缺损范围和进行手术规划较参考影像学资料更精确[24]。应用定制三翼臼杯技术处理复杂人工髋关节翻修病例，术后假体的实际位置、臼杯角度及螺钉方向同术前规划基本一致，误差较小[18，25]。定制三翼臼杯可跨过骨缺损，有利于恢复髋臼的连续性[11，12，26]。三个臼翼借助多根螺钉可与骨质和血管条件良好的远端残留宿主骨(髂骨、坐骨及耻骨)牢固固定，含金属加强块的整块式臼杯可最大程度地增加假体与宿主骨的接触面积，从而增强髋关节的初始机械稳定性[5，17-18，27]。臼杯和臼翼表面的多孔涂层可促进骨长入，增强髋关节的长期稳定性[13-14]。在生物力学方面，定制三翼臼杯可使髋臼承受的应力从臼翼表面传递至髂骨、坐骨和耻骨，可避免应力分布至已被破坏的髋臼缘，更接近正常解剖学状态[10，12]。此外，使用定制三翼臼杯还可调节髋关节的旋转中心、偏距、力臂和下肢长度等参数，进一步改善下肢的生物力学状态[10，17]。

应用定制三翼臼杯技术治疗复杂人工髋关节翻修病例的短期疗效与其他技术类似，4年假体生存率为80%～85%[10，13，19，28]，但是中期随访失败率较高，关节不稳定是最常见的术后并发症[29]。DeBoer等[11]报道，术后10年关节不稳定的发生率高达30%，其中再次手术治疗者占25%。Taunton等[12]报道，术后5年关节不稳定发生率为21%，其中再次翻修者占18%。Wind等[30]报道，术后2.5年关节不稳定的发生率为26%，其中11%的患者髋关节反复脱位。关节不稳定的高发生率可能与术前外展肌功能缺陷、旋转中心设计靠外、术中广泛软组织松解以及臀上神经损伤等有关[9，11-12，31]。此外，同时行股骨侧翻修术的患者术后关节脱位的发生率较低，可能与股骨侧对假体前倾角的代偿调节有关[30-31]。因此，在设计三翼臼杯时，应特别注意旋转中心的位置和臼杯开口平面朝向。尽量缩短髂骨侧臼翼，可使髂骨侧螺钉朝向头侧，达到保护臀上神经的目的[9，11-12]。术中只进行必要的显露和松解，可采用大转子截骨术来减少臀上神经的张力，有学者建议使用限制性内衬或双动头[9，11，19，32]。术后早期使用夹具可限制髋关节过度活动[12，19]。

应用定制三翼臼杯技术治疗复杂人工髋关节翻修病例术后坐骨支固定失效也常被报道。Holt和Dennis[19]报道，术后4.5年12%的病例假体失效，坐骨螺钉均松动，其中67%的松动发生于骨盆不连续的病例。DeBoer等[11]报道，术后10年坐骨螺钉松动的发生率为5%，但未发展至臼杯松动。而Wind等[30]报道，术后2.5年21%的病例发生假体移位，均伴有坐骨侧臼翼脱出。Barlow等[13]认为，定制三翼臼杯技术通常会引起髋关节旋转中心外移1 cm，使剪切力增加，从而导致坐骨侧臼翼松动。尽管坐骨侧固定失效并不总会导致臼杯松动，但仍然是一个潜在的危险因素。因此，在设计三翼臼杯模型时，在保证关节稳定性和减少撞击的前提下，可尽量使旋转中心稍内移，以减少坐骨侧剪切力[13]。术中先安装坐骨侧螺钉，再安装髂骨侧螺钉，以产生向下的拉力，使臼杯更好地接触宿主骨[11]。在坐骨侧打入螺钉前，先于坐骨缺损处置入骨水泥，以增强螺钉的固定强度[11，19，29]，并用锁定钉固定坐骨侧臼翼以避免其脱出[11，13]。

综上所述，定制三翼臼杯技术适用于伴重度骨缺损(包括骨盆不连续)的复杂人工髋关节翻修等病例，具有帮助术者进行精准的术前规划、提供个体化匹配的产品、手术难度低、手术时间短、最大限度地保留残留骨质、获得可靠的假体稳定性以及调节髋关节生物力学等优势。但是，目前还存在制备周期长、术后关节不稳定发生率高以及坐骨侧臼翼易脱出等问题。未来的可能研究方向有：(1)长期随访研究；(2)内移旋转中心对稳定性的影响；(3)耻骨侧臼翼是否使用螺钉固定。