3D 打印技术在人工全髋关节置换术中的临床应用效果分析

胡正军，张赟，韦昊，沈正

（江苏省镇江市丹徒区人民医院骨科，江苏镇江 212028）

人工全髋关节置换术是以人工假体替代病损的股骨头和髋臼，可以很好地重建髋关节结构，改善和恢复髋关节功能，在股骨头坏死、股骨颈骨折、骨关节炎等髋关节疾病的临床治疗中被广泛应用[1]。但是，人工全髋关节置换手术的操作难度较大，特别是对于髋关节解剖结构变异复杂的病例， 手术仍面临巨大挑战，采取有效方式提高关节置换精准度对提高手术疗效、更好促进髋关节功能恢复具有重要意义。3D 打印技术是一种快速成型技术，能够将平面模型变成三维实物。该项技术于2012 年进入医学领域，此后在骨科临床得到快速发展，在促进手术精准化、提高手术安全性方面发挥了重要作用[2]。基于此，该研究选取我院2019 年 4 月—2020 年 7 月收治的 40 例人工全髋关节置换手术患者为对象，探讨3D 打印技术的临床应用效果。 现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

以我院收治的40 例人工全髋关节置换手术患者为研究对象，依据治疗方法不同分为两组。治疗组（20例）： 男性 12 例， 女性 8 例； 年龄 58～90 岁， 平均（68.42±7.91）岁；体质指数 18.90～27.40 kg/m2，平均（23.53±1.42）kg/m2；股骨头无菌性坏死 7 例，髋关节骨关节炎5 例，股骨颈骨折5 例，人工关节翻修3 例。对照组（20 例）：男性 11 例，女性 9 例；年龄 56～91岁，平均（69.15±8.22）岁；体质指数 18.80～27.90 kg/m2，平均（23.68±1.35）kg/m2；股骨头无菌性坏死 6 例，髋关节骨关节炎6 例，股骨颈骨折6 例，人工关节翻修2 例。 两组一般资料比较， 差异无统计学意义 （P＞0.05），具有可比性。 本研究获我院医学伦理委员会审批通过，患者均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：（1）单侧髋关节病变，疾病类型不限，具有人工全髋关节置换手术指征；（2）一般状况良好，对于麻醉及手术耐受；（3）无严重内科疾病，认知功能正常，可配合完成手术及研究。

排除标准：（1）BMI≥30 kg/m2的肥胖者；（2）既往髋关节功能障碍史者；（3）合并类风湿性关节炎、强直性脊柱炎等影响术后康复及疗效评价的疾病者；（4）髋关节发育不良者；（5）中重度骨质疏松者；（6）临床资料不全者。

1.3 方法

对照组采用单纯常规后外侧入路人工全髋关节置换术治疗。患者常规术前准备，术中全身麻醉，取健侧卧位，手术采用后外侧入路，以大转子为中心弧形切开皮肤，沿肌纤维走行劈开臀大肌，放置牵开器，显露短外旋肌群，使用电刀沿股骨距切断短外旋肌群，T型切开关节囊，暴露股骨头和髋臼外缘，手法操作使股骨头脱位，常规截骨，清理并磨挫髋臼，用钻逐级扩大股骨髓腔。根据髓腔挫型号选取合适生物型股骨假体及髋臼假体安装，复位关节，术中活动髋关节，确认关节稳定后，置管引流，逐层缝合关节囊、外旋肌群、阔筋膜张肌、皮下组织，关闭切口。

治疗组在常规后外侧入路人工全髋关节置换术治疗中应用3D 打印技术。 患者术前准备同对照组，同时行薄层CT 扫描， 采用Mimics 软件获取患者3D数据，行术前数字规划，初步确定假体规格型号，3D打印机1:1 打印患侧髋关节模型，行桌面推演模拟操作，再常规行后外侧入路手术，方法同对照组。

1.4 观察指标及判定标准

（1）测量治疗组患者术前3D 打印模型还原的髋臼假体大小与髋臼中心点下移值，并与术后实际测量值对比。

（2）记录两组基本手术指标，包括手术时间、术中出血量、术后引流量与住院时间。

（3）术后予以两组影像学复查，观察髋臼假体位置， 测定股骨柄倾斜角度与髋臼外展角度， 基于Delee-Charnley 分区法评估髋臼杯的稳定性。 假体不稳： 髋臼杯移位或3 个分区同时出现≥1 mm 的透亮线； 假体松动： 髋臼垂直和/或水平方向出现≥6 mm的移位。

（4）治疗前及治疗后3 个月时，使用疼痛数字评分法(NRS)评估两组静息时的髋关节疼痛情况；使用Harris 髋关节功能评分量表（HHS）评估两组的髋关节功能。NRS 依据有无疼痛及严重程度分为0（无痛）～10（剧痛）级，分值 0～10 分，得分越高表示痛感越强。HHS 量表从疼痛、功能、畸形、活动度4 个方面对髋关节功能进行评价，满分100 分，得分越高，表示髋关节功能越好。

1.5 统计方法

采用SPSS 21.0 统计学软件进行数据分析，计量资料以（）表示，采用t 检验；计数资料以频数和百分比（%）表示，采用 χ2检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 治疗组基于术前3D 打印模型测量与术后实际测量髋臼指标比较

治疗组基于术前3D 打印模型测量的髋臼假体大小和髋臼中心点下移值与术后实际测量值比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。 见表 1。

表1 治疗组基于术前3D 打印模型测量与术后实际测量髋臼指标比较[（）,mm]

表1 治疗组基于术前3D 打印模型测量与术后实际测量髋臼指标比较[（）,mm]

时间 髋臼假体大小 髋臼中心点下移值术前3D 打印模型测量术后实际测量t 值P 值49.46±2.32 49.75±2.18 0.407 0.686 6.77±1.93 6.42±2.01 0.562 0.578

2.2 两组基本手术指标比较

治疗组手术时间短于对照组，术中出血量与术后引流量均少于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；两组术后住院时间比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 两组患者基本手术指标比较（）

表2 两组患者基本手术指标比较（）

组别 手术时间（min）术中出血量（mL）术后引流量（mL）术后住院时间（d）治疗组（n=20）对照组（n=20）t 值P 值58.82±9.34 69.10±7.66 3.806 0.001 160.82±37.31 224.93±35.86 5.540＜0.001 256.37±82.14 330.92±75.61 2.986 0.005 12.81±2.57 13.65±2.44 1.060 0.296

2.3 两组影像学复查结果比较

术后，两组股骨柄倾斜角度与髋臼外展角度比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。 见表 3。 治疗组术后髋臼杯与骨面接触紧密，未见假体松动和不稳，髋臼杯稳定性良好；对照组术后1 周有2 例影像学下可见透亮线，术后6 个月时透亮线消失，未见假体松动和不稳。

表3 两组患者影像学复查结果比较[（），°]

表3 两组患者影像学复查结果比较[（），°]

组别 股骨柄倾斜角度 髋臼外展角度治疗组（n=20）对照组（n=20）t 值P 值0.48±0.17 0.50±0.14 0.406 0.687 43.82±3.93 44.36±3.70 0.447 0.657

2.4 两组髋关节疼痛与功能比较

两组治疗前NRS 与HHS 评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗组治疗后NRS 评分低于对照组，HHS 评分高于对照组， 差异有统计学意义 （P＜0.05）。 见表 4。

表4 两组患者治疗前后 NRS 与 HHS 评分比较[（），分]

表4 两组患者治疗前后 NRS 与 HHS 评分比较[（），分]

组别NRS 评分治疗前 治疗后3 个月HHS 评分治疗前 治疗后3 个月治疗组（n=20）对照组（n=20）t 值P 值6.33±1.54 6.28±1.60 0.101 0.920 0.75±0.36 1.12±0.44 2.911 0.006 56.31±9.62 58.52±9.17 0.744 0.462 87.92±5.33 81.60±7.52 3.066 0.004

3 讨 论

人工全髋关节置换术是骨科临床治疗髋关节疾病的常用手术，手术技术难度较高，存在准确重建髋臼结构、恢复肢体有效长度、平衡髋关节软组织等诸多技术难点[3]，准确寻找并恢复髋关节旋转中心，精准安放髋臼假体，是有效重建髋关节结构、接近髋关节生理状态、增加髋关节稳定性、确保手术疗效的关键[4]。

传统后外侧入路人工全髋关节置换手术中，解剖结构定位与测量主要基于X 线的二维模板， 或是采用健侧镜像投射法，均缺乏立体性，定位与测量的精准度不高，导致实际手术中较难在三维空间中准确定位，因此手术难度较大，操作风险也相对较高[5]。3D 打印技术是第三次工业革命的代表技术，其以数字模型文件为基础，运用可黏合材料，可以通过逐层打印的叠加方式对物体进行构造，最终让平面上的模型成为三维实物。 其在医学领域常与CT 扫描技术联合应用，其可以根据CT 扫描获取的数据，对人体器官、骨骼等进行三维打印，获取与患者解剖结构高度契合的模型[6]。此法无需制作模具，可以直接打印，快速建造，能够让医生在真正手术前预先进行模拟手术演练，进而提高手术的精准度与安全性。 目前，已有临床研究证实， 以3D 打印技术辅助人工全髋关节置换手术，尤其是应用于人工全髋关节翻修手术中，可以更准确地评估髋臼侧骨缺损程度，并于术前设计修复缺损的方案，有效提高手术效果，减少手术损伤，降低术后并发症发生率[7]。 本研究结果显示，治疗组基于术前3D打印模型测量的髋臼假体大小和中心点下移值与术后实际测量值比较，差异无统计学意义（P＞0.05），提示基于术前3D 打印技术模拟患者髋关节的精准度高，能够实现有效模拟，可为正式手术的顺利开展提供很有价值的帮助，与杨佳等[8]的研究结果相符。治疗组手术时间短于对照组，术中出血量与术后引流量均少于对照组（P＜0.05），考虑原因为基于术前3D 打印模型可以供施术者在术前规划假体型号并桌面推演模拟操作，手术准备工作更为充分，有利于医生更快、更好地完成手术，从而缩短手术时间，避免和减少术中不必要的损伤，与CAI 等[9]的研究结论相符。 治疗组治疗后NRS 评分低于对照组，HHS 评分高于对照组（P＜0.05），提示基于术前3D 打印技术辅助应用于人工全髋关节置换术治疗中， 实现了术前精细规划，提高了患者术中假体安放的精准度，从而更好地重建患者髋关节结构，增加其稳定性，减轻患者疼痛，促进患者术后髋关节功能恢复，与陈银华等[10]的研究结论一致。

综上所述，临床将3D 打印技术应用于人工全髋关节置换术中，假体安放精准度高，可以缩短手术时间，减少术中出血量，缓解术后疼痛，促进髋关节功能恢复，临床疗效确切，值得推广应用。