3D打印钛金属加强块和Jumbo臼杯重建髋臼骨缺损早期临床疗效的对比研究

马立峰 吴杰 郭艾 王迪凡 杨波 喻飞 刁乃成 李强 许重阳

（首都医科大学附属北京友谊医院骨科，北京 100050）

髋关节置换术可以治疗终末期髋关节疾病，是提高患者生活质量最为有效的手术治疗方式[1,2]。随着手术技术的日臻成熟及假体设计更加趋于合理，髋关节置换的数量呈现上升的趋势[3,4]。与此同时，由于假体周围骨溶解、假体周围关节感染、假体不稳定等原因导致的髋关节翻修手术的数量也在增加[5]。复杂的初次全髋关节置换术和髋关节翻修术都会面临严重的髋臼骨缺损，如何更好地重建髋臼骨缺损从而恢复正常的髋关节旋转中心是关节外科医师面临的挑战和棘手的难题[6,7]。

Jumbo 臼杯是在髋臼翻修术中使用的，比初次髋关节置换术使用的臼杯直径大10 mm 的大生物臼杯[8]，或者对于男性患者使用直径大于66 mm的臼杯、女性患者使用直径大于62 mm 的臼杯[9]。Jumbo 臼杯能够重建严重的髋臼骨缺损并且手术操作相对简单[10]，但可能会突出髋臼前壁而刺激周围软组织导致髂腰肌肌腱炎等。近年来，3D 打印技术的出现可以制造出个性化的金属补块填充颌面部的骨质缺损，也有骨科医师将此技术用于骨缺损的修补但例数有限[11]。本研究比较分析髋关节翻修术中使用3D 打印钛金属加强块和Jumbo 臼杯进行骨缺损重建的早期临床疗效和并发症，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：①髋臼骨缺损按照Paprosky 分型标准[12]为PaproskyⅢ型的单侧髋关节翻修患者；②术前通过3D打印骨盆模型制订手术计划，术中使用3D打印钛金属加强块，或使用Jumbo臼杯进行髋臼骨缺损重建。排除标准：①髋臼骨缺损为PaproskyⅠ型和Ⅱ型的髋关节翻修患者；②6 个月内急性发作严重的缺血性心脏病、急性脑血管疾病以及慢性心、肺、肝、肾功能不全等内科疾病不能耐受手术的患者；③髋关节假体周围存在活动性感染，或感染没有得到有效控制的患者；④髋臼存在骨缺损并造成骨盆不连续，不能使用3D 打印钛金属加强块或Jumbo 臼杯重建髋臼的患者；⑤使用3D 打印钛金属加强块或Jumbo 臼杯之外的其他方法重建髋臼缺损的患者；⑥不愿意接受手术治疗的患者；⑦失随访的患者。

根据上述纳入与排除标准，回顾性分析2015年6月至2017 年10 月收治的40 例需要重建髋臼缺损的单侧髋关节翻修患者，2015 年6 月至2016 年10 月使用Jumbo 臼杯重建髋臼缺损的作为Jumbo 臼杯组，患者22例，男10例，女12例，年龄58～74岁，平均（62.5±8.3）岁，2016 年11 月至2017 年10 月使用3D 打印钛金属加强块重建髋臼缺损的作为3D打印钛金属加强块组，患者18 例，男8 例，女10 例，年龄54～73 岁，平均（61.7±7.9）岁。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。Jumbo 臼杯组采用美国强生公司提供的Pinnacle髋关节髋臼假体；3D打印钛金属加强块组采用中国爱康公司提供的ACT 髋关节髋臼假体和3D打印钛金属加强块。

表1 两组的一般资料比较

1.2 手术方法

1.2.1 常规检查及术前评估：所有患者术前完善血常规、尿常规、血生化、出凝血时间、心电图、胸部低剂量CT 平扫、腹部B 超、双下肢静脉血管B 超等常规检查并进行评估。完善双髋正侧位X线片检查、骨盆CT平扫（平扫层厚为5 mm）和三维重建，CT 扫描影像要去除原有假体伪影且以DICOM格式进行图像储存。

1.2.2 术前准备：纠正患者的贫血并且准备异体红细胞和血浆，血红蛋白低于120 g/L 的患者术前1 周开始使用人重组促红细胞生成素（erythropoietin,EPO）10000 IU，每日皮下注射一次[13]。围手术期使用氨甲环酸以减少出血，手术切开皮肤前10 min 和术中关闭切口时分别将10 mg/kg 氨甲环酸加入250 ml 0.9%氯化钠溶液中静脉滴注，缝合关节囊后局部注射1.0 g氨甲环酸原液[14,15]。

1.2.3 3D 打印技术的应用：术前制备个性化的骨盆三维模型和3D 钛打印金属加强块。术前用CT 扫描数据完成3D 打印骨盆模型的制备，根据模型中髋臼缺损的情况使用计算机辅助设计系统构建出术中需要使用加强块的模型和所使用螺钉的长度并确定置入方向。使用3D打印技术根据模型制备出术中实际使用的钛金属加强块和固定螺钉，将加强块摆放至骨盆模型上测试，充分做好术前计划。

1.2.4 手术操作：采用连续硬膜外麻醉，不能使用者采用全身麻醉。术中采取侧卧位，使用后外侧切口便于显露髋臼。取出髋臼内衬后使用薄骨凿将初次置换的髋臼小心取出，最大程度地保留髋臼骨量。观察髋臼骨缺损情况并和术前影像学进行对比。

Jumbo 臼杯组：取出髋臼假体后按常规从小到大的顺序重新磨锉髋臼，以坐骨支、耻骨支及髋臼顶部作为三点支撑，试模尝试如果获得三点同时支撑并保持稳定时停止扩大磨锉并进行试模，缺损处可以植入同种异体骨，最后打入Jumbo 臼杯的Pinnacle 髋关节髋臼假体和内衬[10]。

3D 打印钛金属加强块组：根据术前设计的髋臼假体大小使用髋臼磨锉打磨髋臼，将术前打印的3D钛金属加强块摆放至髋臼骨缺损的位置，按照术前设计使用螺钉固定，涂抹少量骨水泥在髋臼假体表面和加强块相互接触的部位，最后打入ACT 髋关节髋臼假体和内衬。

1.2.5 术后处理：术后常规放置引流管并夹闭引流管4 h，然后在不使用负压引流的情况下开放引流管进行引流，术后24 h 拔除引流管。术后8 h 皮下注射低分子肝素预防下肢深静脉血栓，术后48 h 内静脉使用抗生素预防感染[15]。麻醉清醒后指导患者进行股四头肌和踝关节屈伸的功能锻炼。术后第2 日复查双髋正侧位X线片。患肢外展中立位，根据术中稳定程度和髋臼骨缺损重建方式决定下地时间，一般术后2 d可以借助习步架行走，术后5～6周患肢不负重，6周后部分负重，术后3个月可以完全负重。

1.3 随访计划和观察指标

术后3、6、12 个月及之后每年进行门诊随访，进行髋关节功能评分、X 线片检查，并观察术后并发症发生情况；术后6个月之后每3个月进行电话随访。

1.3.1 手术情况：记录手术时间、术中出血量和住院天数。

1.3.2 髋关节功能评估：术前和术后随访分别使用Harris 髋关节评分量表进行患侧髋关节功能评分，记录Harris总评分、Harris功能评分和Harris疼痛评分。

1.3.3 术后并发症发生情况：门诊随访记录髋关节假体脱位、假体周围感染、髋臼假体松动等术后并发症发生情况。

1.4 统计学方法

采用SPSS 18.0 软件进行统计学分析。年龄、BMI、手术时间、术中出血量、住院天数、术前和术后髋关节Harris 评分、患肢短缩长度等计量资料，以均数±标准差表示，采用配对t检验；性别、Paprosky 分型、术后并发症发生情况等为计数资料，以率表示，采用χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

40 例患者全部获得随访，随访时间24～37 个月，平均（30.3±5.8）个月。典型病例见图1、2。

2.1 手术情况

Jumbo 臼杯组：手术时间为3.7～4.9 h，平均（4.3±0.8）h；术中出血量为800～1250 ml，平均（1073±216）ml；住院天数为10～16 d，平均（12.7±3.8）d。

3D 打印钛金属加强块组：手术时间为3.9～4.7 h，平均（4.6±1.2）h；术中出血量为800～1350 ml，平均（1136±209）ml；住院天数为11～15 d，平均（12.2±3.5）d。两组患者的手术时间、术中出血量和住院天数比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。

2.2 髋关节功能评价

图1 患者，女，68岁，右髋PaproskyⅢA型髋臼骨缺损，行髋关节翻修术，采用3D打印钛金属加强块重建髋臼骨缺损。术后随访24个月，未发生术后并发症，髋关节Harris评分由术前41分提高至术后83分，髋关节功能恢复满意

图2 患者，男，67岁，左髋PaproskyⅢA型髋臼骨缺损，髋关节翻修术后6年假体周围关节感染，一期取出假体并置入含有抗生素骨水泥占位器，感染得到控制后进行二期翻修手术，采用直径68 mm的Jumbo臼杯重建髋臼骨缺损。术后随访3年，未发生术后并发症，髋关节Harris评分由术前的49分提高至术后的81分，髋关节功能恢复满意

术前髋关节Harris 评分，Jumbo 臼杯组为40～54分，平均（46.7±7.2）分，3D 打印钛金属加强块组为42～52 分，平均（45.2±7.6）分，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05，表3）。末次随访髋关节Harris 评分，Jumbo 臼杯组为79～89分，平均（85.1±6.8）分，3D 打印钛金属加强块组为77～90分，平均（86.8±7.3）分，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05，表3）。两组术后Harris评分均较术前明显改善（P＜0.05，表3）。

2.3 术后并发症发生情况

Jumbo 臼杯组2 例发生髋关节脱位，经麻醉下手法复位，卧床、下肢外展中立位皮牵引4 周治疗后恢复正常。其余两组患者髋臼假体稳定。无一例出现假体周围关节感染、假体周围骨折等并发症。两组术后并发症发生率比较，差异有统计学意义（χ2=68.053,P=0.005）。

3 讨论

髋臼假体翻修的主要目标是获得接近正常的旋转中心、最大程度恢复髋关节正常功能[16]。修补髋臼缺损的常用方法有生物型Jumbo臼杯、异体结构性植骨、打压植骨联合钛网、3D 打压金属块进行修补等。异体结构性植骨虽然可以在最大程度上恢复髋臼骨缺损处的骨量，但是异体骨和宿主骨很难愈合在一起，中长期会发生松动和骨溶解，进而影响髋臼假体的中长期生存率[17]。打压植骨联合钛网的方法重建髋臼骨缺损也面临着术中操作时间长，术后中长期发生骨溶解、机械性失效等问题[18,19]。

3.1 Jumbo臼杯重建骨缺损的优缺点

Jumbo臼杯重建PaproskyⅢ型髋臼骨缺损是一种良好的选择，大直径的髋臼假体和宿主骨获得更好的接触。Jo 等[20]研究发现，髋关节翻修术中Jumbo 臼杯边缘与髋臼骨床有良好接触固定相比没有良好接触固定的假体生存期更长。吴浩波等[10]对使用Jumbo臼杯修补髋臼缺损的48 例49 髋全髋关节翻修术患者进行平均6.8 年的随访，结果显示Jumbo 臼杯的早中期疗效良好，2 髋术后出现脱位经保守治疗未翻修，术后失败原因是假体松动和假体周围感染，失败率为10.2%。本研究同样发现Jumbo 臼杯可以很好地重建PaproskyⅢ型髋臼骨缺损且早期疗效满意，但Jombo 臼杯上移了髋臼旋转中心，有文献报道髋臼旋转中心上移超过2 mm 会使外展肌的肌力下降约28%[10]，Lachiewicz等[21]指出旋转中心上移是造成髋关节脱位高达10%的主要原因。同时，吴浩波等[10]认为PaproskyⅢB 型骨缺损患者比PaproskyⅢA 型使用Jumbo臼杯更容易发生术后假体松动而失败。

表2 两组髋关节翻修手术情况比较（）

表2 两组髋关节翻修手术情况比较（）

表3 两组髋关节功能评价比较（，分）

表3 两组髋关节功能评价比较（，分）

3.2 3D打印钛金属加强块重建骨缺损的优缺点

近年来，3D 打印技术越来越多地用于解剖模型、手术导板、新型植入物的制作[22]。3D 打印技术在医学领域中的应用发展十分迅速，口腔颌面外科的一些骨缺损可以利用该技术制作出和患者组织相容性好、骨缺损形状完全一致的个性化补块进行修补并且获得了良好的近期临床疗效[23]。同时，也为该技术在关节外科中的应用提供了借鉴，为髋臼骨缺损重建提供了新思路和新方法。本研究使用3D打印钛金属加强块进行髋关节翻修术中髋臼骨缺损的修补，和采用Jumbo 臼杯相比不需要进一步磨锉髋臼的骨量，且术后随访同样获得了良好的髋关节评分，术后早期临床疗效满意。本研究所纳入部分患者的对侧髋关节也接受了髋关节置换术，故无法进行正常旋转中心的测量，但是3D 打印钛金属加强块组无一例发生脱位，说明该组方法很大程度上避免了采用Jumbo臼杯所导致的旋转中心上移情况的发生。

4 小结

髋臼翻修骨缺损处理的关键是对骨缺损情况的正确评估，术中使新的髋臼假体获得良好的初始稳定性。术前使用3D打印技术建立骨盆模型可以对术中情况有详细、充分的计划，使用3D打印钛金属加强块有利于髋臼获得良好的初始稳定性，从而获得满意的早期临床疗效。但本研究的病例数较少，需要多中心、大样本、中长期随访数据的进一步验证。

综上，应用3D 打印钛金属加强块可以修补髋臼翻修术中髋臼骨缺损并获得良好的早期临床疗效，值得临床推广和应用。