3D打印钛合金骨小梁杯联合抗骨质疏松治疗的早期临床疗效*

唐魁韩孔令超刘益宏孙立*

全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）是治疗终末期髋关节疾病最有效的方法之一，而骨质疏松（osteoporosis，OP）作为髋关节置换患者的常见合并症，是术后假体无菌性松动的主要原因之一[1]。尤其是手术创伤导致人体成骨、破骨平衡机制被打破，使术后骨量丢失更为明显，研究发现全髋关节置换术后全身骨量显著下降，且最初3～6个月假体周围骨量丢失可达14%[2]。近年来，骨小梁金属因其独特的多孔结构，具有骨长入及骨诱导作用，已广泛应用于骨科各个领域，由其制成的骨小梁臼杯在髋臼侧假体早期稳定有着重要的意义，但既往国内外研究主要倾向于钽金属骨小梁杯（Tantalum trabecular metal cup），近年国产的3D打印钛合金骨小梁杯（3D printed titanium trabecular metal cup）的临床疗效报道较少，同时，对于依从性较差或对疾病认识不足而拒绝抗骨质疏松治疗的患者来说，使用3D打印钛合金骨小梁杯能否同样获得良好的早期假体稳定，国内外尚无这方面的研究。本研究针对行初次全髋关节置换的原发性骨质疏松患者进行治疗，观察术中使用3D打印钛合金骨小梁杯联合抗骨质疏松的早期临床疗效，分别纳入3D打印钛合金骨小梁杯拒绝抗骨质疏松治疗、钽金属骨小梁杯联合抗骨质疏松治疗的两组患者与之进行疗效对比，将结果进行总结分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年11月至2019年6月在本院骨科行初次全髋关节置换术的患者，共纳入122例（129髋）患者，男38例，女84例，年龄45～86岁，平均年龄（68.4±10.4）岁。根据不同治疗方案分为钛杯组A 49例（52髋），钛杯组B 42例（44髋），钽杯组31例（33髋），钛杯组A与钛杯组B术中使用3D打印钛合金骨小梁杯，钽杯组术中使用钽金属骨小梁杯。钛杯组A、钽杯组随访期间均规范服用碳酸钙D3片、阿仑膦酸钠片，钛杯组B拒绝抗骨质疏松治疗。各组患者在年龄、性别、BMI、术前髋部骨密度T值等方面差异无统计学意义（P>0.05，见表1），具有可比性。

表1 三组患者的一般资料比较

1.2 材料

钛杯组3D打印钛合金骨小梁金属臼杯（爱康医疗器械有限公司，中国，见图1）;钽杯组为钽金属骨小梁臼杯（捷迈医疗器械有限公司，美国）。

图1 3D打印钛合金骨小梁金属臼杯

1.3 手术方法

患者取侧卧位，全身麻醉后术区常规消毒铺巾，采用改良Gibson入路，逐层切开皮肤、皮下、筋膜层，分开臀大肌，可见大转子、小转子，于转子间窝切断闭孔内肌建、上、下孖肌和股方肌上1/3部分，显露髋关节，切开关节囊，切除髋臼周围骨赘，显露髋臼外缘，外展内收股骨，脱出股骨头，保留股骨距约1 cm，修整股骨颈，取出股骨头，清理髋臼底及臼缘软组织，打磨髋臼至软骨下骨。冲洗髋臼，于前倾15°～20°、外展38°～45°打压安装骨小梁臼杯，测试稳定后安装聚乙烯内衬，股骨侧置入生物型股骨柄，安装陶瓷股骨头复位髋关节，见关节张力适中。屈髋90°时内旋内收40°无脱位。严密止血，生理盐水冲洗术区。清点器械敷料无误后，“鸡尾酒”封闭镇痛，抗菌薇乔线缝合关节囊、深筋膜及皮下，免打结缝线连续皮内缝合，无菌敷料包扎，术毕。术后予常规止血、止痛、抗凝、抗感染等治疗。

1.4 评价指标

根据Harris评分评估髋关节功能，根据SF-12量表评估患者健康改善情况。采用Delee-Charnley假体分区法、Anderson骨科研究所的骨长入评价标准[3]观察髋臼假体周围透亮线、移位、外展角及骨质变化（Delee-Charnley假体分区法:通过髋关节旋转中心作水平、垂直线将髋臼侧分为外上侧为I区、内上侧为Ⅱ区、内下侧为Ⅲ区。松动标准:3个区域均出现透亮线且>1 mm;某一区域移位>2 mm;髋臼杯旋转>5°;髋臼侧螺钉断裂。当满足以上随机一项时，视为髋臼杯松动，见图2。Anderson骨科研究所的骨长入评价标准:没有放射性透亮线;外上侧出现骨质增强;内上侧出现应力遮挡;出现放射状骨小梁;内下侧出现骨质增强。当满足以上最少3项时，骨长入效果为阳性）。通过双能X线测定末次随访时髋臼Ⅱ区骨密度BMD值[4]。统计术后并发症:疼痛、松动、感染、骨溶解、脱位假体周围骨折等。所有数据采集及评估均由2名检查者完成。

图2 Delee-Charnley髋臼分区法（钽杯组1例）

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行数据分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较用独立样本t检验，多组间比较采用方差分析;计数资料采用2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有患者均获得随访，随访时间6～48个月，平均随访23.7个月。

2.1 Harris评分与SF-12评分

3组患者术后Harris评分、SF-12健康评分较术前改善，差异具有统计学意义（P<0.05）。术前、术后首次（1个月）及末次Harris评分、SF-12健康评分:钛杯组A高于钛杯组B，差异具有统计学意义（P<0.05，见表2），钛杯组A与钽杯组比较差异无统计学意义（P>0.05，见表3）。

表2 钛杯组A与钛杯组B的Harris评分与SF-12评分统计（，分）

表2 钛杯组A与钛杯组B的Harris评分与SF-12评分统计（，分）

组别 Harris评分 SF-12健康评分术前 术后首次 术后末次 术前 术后首次 术后末次钛杯组A 46.43±5.11 76.43±4.56 91.65±2.72 32.47±4.06 43.20±3.61 50.47±2.21钛杯组B 45.36±4.22 74.50±3.81 90.26±2.62 32.19±4.44 41.00±3.91 49.48±2.05 t值 1.08 2.17 2.47 0.31 2.79 2.21 P值 0.28 0.03 0.01 0.75 0.01 0.03

表3 钛杯组A与钽杯组的Harris评分与SF-12评分统计(，分)

表3 钛杯组A与钽杯组的Harris评分与SF-12评分统计(，分)

组别 Harris评分 SF-12健康评分术前 术后首次 术后末次 术前 术后首次 术后末次钛杯组A 46.43±5.11 76.43±4.56 91.65±2.72 32.47±4.06 43.20±3.61 50.47±2.21钽杯组 47.23±4.98 76.48±4.07 92.29±2.82 32.45±3.85 43.71±3.57 51.16±2.13 t值 -0.69 -0.05 -1.01 0.02 -0.61 -1.38 P值 0.49 0.95 0.32 0.98 0.54 0.17

2.2 影像学评估

采用Delee-Charnley假体分区法及Anderson骨科研究所骨长入评价标准评估患者X线片，钛杯组B 2例患者术后首次随访时髋臼Ⅱ区可见透亮线,分别在术后6个月、12个月随访时透亮线消失，之后随访未出现新的透亮线（见图3），至末次随访时3组患者髋臼杯均固定稳定，未出现外展角变化，X线片示髋臼侧假体周围有良好的骨长入。采用双能X线测定3组患者髋臼Ⅱ区骨密度BMD值差异无统计学意义（P>0.05，见表1）。

典型病例:（钛杯组B1例）患者，女，75岁。术前诊断:双侧发育性髋关节发育不良（右CroweⅡ型，左CroweⅠ型） 继发骨关节炎（TonnisⅢ期），见图1。

图3 A.术前诊断:双侧发育性髋关节发育不良（右CroweⅡ型，左CroweⅠ型）继发骨关节炎（TonnisⅢ期）;B.右侧使用3D打印钛合金骨小梁杯行初次全髋关节置换术，术后1个月随访时发现髋臼Ⅱ区透亮线，最宽处约1 mm;C.术后6个月随访时透亮线仍存在，无进行性加重，患者无特殊不适;D.术后12个月随访时髋臼Ⅱ区透亮线消失，可见放射状骨小梁形成;E.右髋术后22个月使用3D打印钛合金骨小梁杯行左侧全髋置换术，末次随访时双侧臼杯均稳定

2.3 术后并发症

钛杯组B 3例患者分别于术后6、18、22个月时出现髋部轻度疼痛，影像学及实验室检查未见明显异常，予对症治疗后其中2例患者末次随访时仍诉髋部偶有轻度疼痛。至末次随访时，所有患者均无假体松动、感染、脱位、假体周围骨折等并发症。

3 讨论

3.1 骨小梁金属臼杯

20世纪80年代，多孔骨小梁金属假体开始应用于人工关节领域，其目的是促使假体与宿主骨结合，以减轻机械应力，加强假体的远期稳定。骨小梁金属模拟了人体骨小梁的孔隙结构，与骨界面的结合能力增加，对成骨细胞的黏附和生长比较有益[5]，能够诱导骨组织的全层附着及快速长入。同时其表面微刺结构增大了摩擦系数，能在早期获得更高的生物稳定性[6]，多孔结构的弹性模量接近于人类松质骨结构，可以减少髋臼骨质的应力屏蔽损失，骨组织长入臼杯内部，与臼杯形成牢固绞锁结合成一体，增强了假体的长期稳定性[7-8]。具有生物相容性的多孔金属有助于体内营养物质的输送，能够促进骨代谢并加速术后恢复[9]。

以往骨小梁臼杯主要以钽金属骨小梁杯为主，主要因为多孔钽具有优异的生物相容性及化学稳定性，抗腐蚀能力较强，涂层耐受大多生理应力，耐磨损性能较强[10]。既往研究也表明骨小梁钽杯取得了满意的临床疗效，Macheras使用钽金属骨小梁杯对128例进行初次全髋关节置换患者完成了18年随访，假体生存率为92.8%，无1例发生无菌性松动[11]。Jenkins等[12]将钽金属骨小梁杯用于84名PaproskyⅢ型髋臼缺损关节翻修术，5年随访假体生存率为97%。但目前制备多孔钽的气相沉积技术过程复杂，且具有国外专利壁垒，增加了众多患者的医疗成本。近年来，国产3D打印钛合金骨小梁杯应用于临床，其使用电子束熔融快速成型技术（electron beam melting rapid prototyping，EBM RP）[13]增材制造而成，臼杯实体层与多孔层同时成型融为一体，不存在涂层剥脱，同时EBM技术的应用可以调控臼杯表层的孔径及弹性模量[14]，使之更近似于宿主骨结构。程文俊等[15]将3D打印钛合金骨小梁杯与经典Pinnacle臼杯进行早中期疗效对比，发现2种臼杯稳定性均强，骨长入效果均明显。夏志勇等[16]对15例髋臼侧翻修患者使用了个性化3D打印钛合金骨小梁杯、垫块，术后影像学检查显示假体与机体骨交界处有连续性骨小梁通过，且随访期间无假体脱位、松动及髋关节异常疼痛。多孔钛同样作为亲生物类金属，与多孔钽有类似的生物性能，但有研究发现随着骨密度降低，多孔钛应力增加高于多孔钽，对于骨质疏松患者来说，多孔钽金属假体可以诱导与成骨相关基因的激活，相对于多孔钛具有更好的成骨效应[17-19]。既往研究[20]也发现多孔钽表面的细胞增殖能力与抗菌能力均强于多孔钛。

所以本研究在探讨3D打印钛合金骨小梁杯联合抗骨质疏松治疗早期临床疗效的同时，以钽金属骨小梁杯作为对照，通过对比两组Harris评分、SF-12健康评分及影像学等资料发现两种骨小梁臼杯均能获得不错的早期疗效，且相比之下无明显统计学差异，患者满意度高。不仅鼓舞了国产医疗器械水平的发展，为临床医生提供更多臼杯类型的选择，同时国产臼杯应用于临床也可为部分患者降低医疗成本。

3.2 抗骨质疏松治疗

随着社会老龄化的加剧，骨质疏松症发病率逐年升高。既往研究表明，人工关节的失败主要原因之一是假体松动，其中髋臼侧松动最为常见，而骨质疏松则是引起假体松动的主要原因之一，全髋置换术后全身成骨破骨机制失衡，使得骨质疏松更为加重。但在临床中，许多医生只针对患者主要疾病的治疗而忽略了骨质疏松的诊疗及预防，而即便明确患有骨质疏松的患者由于对自身疾病认知不足，也并未重视抗骨质疏松治疗，Silverman等[21]调查发现遵医嘱抗骨质疏松治疗3年的骨质疏松患者仅占35.7%，超过一半患者服用抗骨质疏松药物甚至不足1年。本次研究中的患者即便术后均进行健康教育，但随访期间因各种原因拒绝抗骨质疏松治疗的患者也占据了46.2%，其主要原因有不重视疾病的危害、反感长期服药及经济不支持等。

骨质疏松的发病机制比较复杂，分为原发性与继发性骨质疏松，原发性骨质疏松多由于年龄增大、器官生理功能退变和性激素分泌减少引起的骨质疏松。现代医学对骨质疏松症的治疗主要通过药物抑制骨吸收或促进骨形成达到治疗目的[22]。本次研究中根据诊疗指南使用的阿仑膦酸钠能够增加原发性骨质疏松症患者腰椎和髋部骨密度，同时嘱患者适量运动并补充饮食中的蛋白质、钙盐及维生素D等，促进成骨细胞活动。同时根据快速康复ERAS理念，本次研究中所有患者均在术后第1天下地活动，不仅能促进患者快速康复，同时也避免患者伤后长期卧床导致废用性骨质疏松。随访期间笔者发现，部分患者拒绝行抗骨质疏松治疗的患者是因为反感长期服药，他们认为单纯以生活饮食及钙片补充即能达到预防骨质疏松加重的目的，但单一补钙并不能够代替抗骨质疏松药物的治疗。近期研究指出，单纯补充钙和维生素D并不能降低老年人脆性骨折的发生率[23]，即便在随访期间反复进行健康教育，这部分患者仍然拒绝抗骨质疏松药物治疗。

本次研究中，使用3D打印钛合金骨小梁杯的骨质疏松患者术后不论是否进行抗骨质疏松治疗，早期都能获得良好的臼杯稳定性，Anderson骨科研究Moore等发现，全髋置换术后髋臼侧骨质硬化消退，骨小梁随臼杯与骨界面的应力方向生长，主要表现在髋臼侧Ⅰ、Ⅱ区出现放射状骨小梁，根据这一特点，我们在使用X线片评估骨长入情况的同时，通过双能X线骨密度仪测定各组髋臼侧Ⅱ区骨密度BMD值的差异，发现各组差异并无统计学意义。各组患者末次随访时髋臼侧骨长入效果均好，这可能与骨小梁臼杯本身的骨长入及骨诱导效果有关，但随访中我们发现术后钛杯组A患者规范抗骨质疏松治疗达疗程后，其恢复情况相对于钛杯组B较佳，同时既往研究表明膦酸盐类能够明显促进多孔金属的孔内骨长入[24-25]。笔者推断，随着时间增加，患者年龄增长而骨量逐渐减少，术后拒绝抗骨质疏松治疗的患者臼杯松动率及术后疼痛等并发症很可能逐渐增高。对于全髋置换术后的骨质疏松患者来说，规范抗骨质疏松治疗是必要的，临床骨科医生在加强健康宣教的同时，针对依从性较差的患者可以使用唑来膦酸等周期较长的抗骨质疏松药物进行治疗[26]。

3.3 本研究的局限性

本研究病例数量较少、随访时间较短，术后疗效等还需大样本和中远期随访进一步验证。本研究只筛选初次全髋关节置换的患者，在髋关节翻修伴有骨缺损的患者中，使用3D打印个性化定制钛合金骨小梁杯与钽金属骨小梁髋臼组件的疗效差异需要进一步探讨。本研究只筛选原发性骨质疏松患者，对于不同类型及不同程度骨质疏松的患者使用3D打印钛合金骨小梁杯，其最优孔隙率调定及术后不同时期髋臼侧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区骨量变化也是我们正在进一步研究的方向。

综上所述，3D打印钛合金骨小梁杯具有满意的早期临床疗效，与已获得广泛认可的钽金属骨小梁杯相比，虽然在金属特性、制作工艺及医疗成本等方面存在差异，但同样能获得良好的初始稳定性及骨长入效果，有利于髋关节功能恢复，增加患者满意度，两者相比差异无统计学意义，不过中远期效果仍需进一步研究。使用3D打印钛合金骨小梁杯行初次全髋置换的原发性骨质疏松患者术后不论是否抗骨质疏松治疗，早期都能获得良好的假体稳定性及骨长入效果，这可能与骨小梁臼杯自身的骨长入及骨诱导效果有关，但术后规范抗骨质疏松治疗，能促进患者早期功能恢复及整体健康水平提高，预防术后并发症。