3D打印技术辅助全髋关节翻修1例报道

丁育健 王凌 高剑锐 李雅欣 郭宇 冯德宏

（南京医科大学附属无锡人民医院关节外科，江苏无锡 214023）

全髋关节置换术是治疗终末期髋关节疾病的有效治疗方式，但是随着全髋关节置换患者的逐渐增多，初次全髋关节置换术后出现由于无菌性松动、感染性松动、聚乙烯内衬磨损、假体周围骨折等需要髋关节翻修的患者也随之增多。髋臼侧骨缺损的处理是目前全髋关节翻修中面临的重要难题之一，也是翻修手术成功的重要因素之一。本课题组借助3D打印技术，个性化设计髋臼假体，医工交互，有效的解决了髋臼侧骨缺损的难题，减少手术创伤的同时，也提高患者翻修的成功率。

1 临床资料

1.1 病史

患者，男，87岁，因“左侧髋部疼痛1年余，加重伴活动受限1个月”入院。患者分别于1988年、1989年先后两次因“左侧股骨颈骨折”行“左侧股骨颈骨折切开复位内固定术”。2006年患者于外院接受“左侧全髋关节置换术”，术后恢复情况良好，左侧髋关节活动无明显异常，可正常行走。1年前患者无明显诱因出现左侧髋部疼痛，并逐渐加重，入院前1 个月已无法行走甚至站立。骨盆正位X线检查提示（图1）：左侧全髋关节置换术后，左侧髋臼及股骨上段骨密度减低。门诊以“左侧全髋关节置换术后功能障碍”收入院，并拟行“左侧全髋关节翻修术”。考虑到患者高龄，且手术创伤较大，因此全面准确的术前评估及完善的术前准备十分重要。

1.2 基础情况评估

图1 患者术前骨盆正位X线检查

患者既往无糖尿病、高血压及心、脑血管意外等病史，体重指数为21.1 kg/m2（身高165 cm，体重57.5 kg）。患者术前实验室检查（血常规、肝肾功能、凝血功能、超敏C反应蛋白、红细胞沉降率等）均在正常范围内，胸部X线及心电图检查均未见明显异常，双下肢血管彩色多普勒超声检查亦未见异常。

1.3 专科情况评估

左侧髋关节后外侧可见长约16 cm陈旧性手术瘢痕，愈合良好。左侧髋关节周围广泛压痛，各方向活动均受限，屈曲40°、后伸0°、外展10°、内收10°、外旋10°、内旋10°。左侧下肢长度较右侧短缩2.5 cm。疼痛视觉模拟评分（visual analogue score,VAS）8分。Harris髋关节功能评分23分。根据术前影像学及实验室检查诊断为左侧全髋关节置换术后假体无菌性松动，髋臼侧Paprosky分型ⅢA型，股骨侧改良Paprosky分型Ⅰ型。

1.4 术前规划

图2 术前3D数字骨盆及带翼加强髋臼杯

行0.625 mm 骨盆薄层CT 平扫，将Dicom 数据逆向重建3D 数字骨盆及髋关节，设计带翼加强臼杯数字假体，采用健侧对照Mose 圆法恢复患侧正常髋关节旋转中心（图2）。应用联泰树脂打印机打印1∶1骨盆、带翼臼杯树脂试模并行假体安装测试（体外模拟手术）。调试无误后用瑞典ARCOM Q10打印机打印制造具有骨小梁多孔表面的钛金属带翼加强髋臼清洗消毒备用（图3）。髋臼侧及股骨侧钛合金假体均由北京市春立正达医疗器械股份有限公司制造。

1.5 手术治疗

为了减少左侧全髋关节翻修术的术中出血，术前3 d 行左侧髂内动脉造影栓塞术（图4），术中利用明胶海绵颗粒栓塞剂（杭州艾力康医药科技有限公司）栓塞左侧髂内动脉。手术当天患者取左侧髋关节后外侧切口，术中发现髋臼侧假体完全松动、移位，股骨侧假体部分松动。取出假体后清理骨水泥、肉芽组织，碘伏冲洗后髋臼侧同种异体颗粒骨（北京鑫康辰医学科技发展有限公司）打压植骨，随后将3D打印带翼加强髋臼假体打压植入，经定向孔道拧入固定螺钉4枚（髂骨2枚，耻骨1枚，坐骨1枚）以保证髋臼侧假体的初始稳定性。股骨侧打压植入13号加长柄（均匀粗糙面160 型股骨柄）并安装标准股骨头假体，复位左侧髋关节。术中左侧髋关节屈曲90°、内收30°、内旋30°无脱位征象，冲洗伤口后逐层缝合切口。术中共出血600 ml，未输血。

1.6 术后处理及随访

患者术后48 h 应用抗生素，并予以利伐沙班抗凝治疗，多模式镇痛处理。清醒后即开始指导并鼓励患者主动、被动活动髋关节，股四头肌、小腿三头肌等长收缩练习以及踝泵运动。术后1 周扶拐离床活动，10 周后完全负重行走。患者左侧髋部切口甲级愈合，无血管神经损伤等并发症。术后连续随访19 周，左侧髋关节活动度明显改善，屈曲90°、后伸10°、外展45°、内收10°、外旋30°、内旋30°。双下肢基本等长（长短差异＜0.5 cm）。疼痛VAS 评分1 分。Harris评分84分。运用Kawamura影像学评价标准动态评估假体稳定性，X 线检查未见假体断裂移位、关节脱位，髋臼假体周围无进行性透亮线等松动或可疑松动表现，股骨侧假体亦未松动（图5）。

2 讨论

2.1 3D技术在术前规划中的应用

图3 树脂模型及3D打印假体

图4 左侧髂内动脉栓塞术前（A）、后（B）

图5 术后19周X线检查

以往对于全髋关节翻修时髋臼侧的处理只能依据影像学进行粗略评估，对骨缺损范围、结构、力学改变等难以做出精准的判断，也难以在术前准确的确定翻修假体型号。因此，需要在翻修前准备尽可能全面的假体植入物及器械，术中也需要进行反复的修整骨性结构及安装试模，从而造成手术时间较长、出血量大、术后感染率高等一系列问题，术后患者满意度也不高。

通过3D 技术，本课题组可以逆向重建数字骨盆及髋关节建模，然后打印出1∶1树脂模型。通过建模及实体模型可以对每一位患者的髋关节情况有更直观的认识，对骨缺损的情况也能更精确的测量，从而制定更合理的个性化假体和手术方案。同时，利用树脂模型可以进行预手术，以评估手术方案的可行性并对术中可能出现的问题做出预案。在本例病例中，运用3D技术进行了精准的术前评估、假体设计及预手术，使树脂髋臼假体与模型髋臼缺损完全吻合，所以手术中假体的打压植入一次性成功，从而大大缩短了手术时间，减少了术中出血量，术后患者也没有并发症发生，整个治疗过程获得了患者的认可。

2.2 全髋翻修中髋臼缺损的处理

全髋关节翻修术中髋臼侧骨缺损的处理是手术成功的关节因素之一。Paprosky 分型是目前髋臼侧骨缺损最常用的分型，其分型标准主要基于髋关节旋转中心位置、泪滴破坏程度、坐骨骨溶解程度以及科勒氏线完整程度等4个方面。在本例患者中，髋关节旋转中心向外上侧移位超过3 cm，髋臼内壁和后柱大量骨缺损，但前柱仍有较好的完整性，因此Paprosky分型为ⅢA型。

成功的髋臼翻修需要做到以下几点：①髋臼假体与宿主骨之间紧密接触，稳定固定；②重建髋关节旋转中心，恢复髋关节周围生物力学环境；③重建髋臼位置，即合适的前倾角、外展角，避免术后脱位[1,2]。通常认为对于ⅢA型骨缺损，可以在植骨或用合适垫块后置入标准臼杯，也可以采用Oblong 杯或者髋臼加强环。考虑到垫块与臼杯之间需要螺钉固定，且相互间骨水泥粘合剂的使用会造成整体稳定性下降。Oblong杯多为标准化模块产品，术中多需要进行大范围切骨或植骨[3,4]，易导致发生松动而再次翻修[4-6]。而3D打印定制髋臼假体按患者骨盆数据逆向设计，不仅外形上与髋臼骨缺损高度吻合，一体化结构也方便术中安装，避免了过多的植骨和不必要的截骨以及植入物间的螺钉及骨水泥固定，从而保证了手术安全性及假体的初始稳定性。

在本病例患者中，本课题组将假体设计为加强臼杯结构，即增加两个翼，一个与髂骨髋臼后缘接触，另一个与闭孔位置骨质接触，最主要的目的是保护髋臼顶部及后柱的植骨区域。假体主要为半球形臼杯，外直径56 mm，厚4 mm，假体和宿主骨接触部分采用骨小梁网格，利于骨长入，厚1.5 mm。

Hollander 等[7]报道3D 打印钛合金骨组织工程多孔支架在体外与人类成骨细胞共同培养2周后，其表面和孔内发现有大量成骨细胞黏附和增殖。金属假体骨小梁结构的设计初衷是最大限度的增加假体与宿主骨之间接触面积，实现假体表面的骨长入，从而达到远期生物学固定的目的[8]。据报道，髋臼臼杯的骨小梁结构可使假体与宿主骨的接触面积增加30%～40%[9-11]。

2.3 栓塞在骨科中的应用

栓塞术是利用动静脉导管，将适量的栓塞剂注入到病变器官的供应血管内，阻断其血供，从而达到控制出血，治疗血管性疾病、肿瘤等目的。栓塞术的适应证主要为：动静脉瘘、动脉瘤、动/静脉性止血、内科性器官切除、治疗富血管性肿瘤等。其并发症主要有：栓塞后综合征（如疼痛、发热）、异位栓塞、感染、肺栓塞等。栓塞剂的种类很多，本课题组选用明胶海绵（710～1000 μm）作为髂内动脉的栓塞剂，原因主要为明胶海绵是一种中效栓塞剂，1～3周即可在血管内被吸收，使血管发生再通，避免栓塞引发的远期并发症。目前明胶海绵栓塞髂内动脉已在骨盆、髋臼骨折患者的急救控制出血治疗中被证实有效[12-15]。

综上所述，对于伴有大量骨缺损的全髋关节翻修手术，3D 打印技术和栓塞术均起到了非常重要的作用。3D打印技术有助于精准的术前评估及假体设计，不仅能够减少手术时间，降低手术风险，同时也使个性化假体与骨缺损精准匹配，获得良好的初始稳定性，其表面的骨小梁多孔结构对远期生物学固定也有良好的预期。栓塞术能够在一定程度控制手术中出血量。本课题组已将这两项技术常规应用于髋关节翻修，但其与常规髋关节翻修术存在的差异，仍需要更多的手术病例并进行长期随访。