3D打印技术辅助成人先天性髋臼发育不良髋关节置换中的应用

刘蜀君，黄金山，吴治宏，王建锴，杨锐，袁恭贵

重庆市三峡医药高等专科学校附属中医院骨科，重庆404100

成人发育性髋关节发育不良（DDH）会使患者发生髋关节骨性关节炎，从而使患者的髋关节出现异常反应[1]。目前全髋关节置换术（THA）是DDH继发性骨关节炎患者的首选治疗方法[2]。相关研究表明，DDH患者通过3D打印技术结合髋关节置换术展开治疗，可以得到良好的治疗效果[3]。3D打印技术是通过采集计算机信息，建立模型，然后使用合适材料打印实体模型，从而增加临床疗效[4]。近些年，该院骨科复杂手术中，大多引用3D打印技术(模拟技术)确认患者的病情，通过计算机整理相关数据，打印出模型，从而制订具有针对性的、科学性的治疗计划[5]。该次研究选择该院2019年1月—2021年6月收治的40例髋关节发育不良患者作为该次研究对象，分析3D打印技术辅助髋关节置换术的治疗效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择该院收治的40例髋关节发育不良患者作为该次研究对象，依据治疗方法不同分成对照组和观察组，各20例。通过常规置换手术治疗的患者为对照组，通过3D打印技术辅助髋关节置换术治疗的患者为观察组，患者及家属于知情同意书上签字，研究得到院内伦理委员会的批准。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1。

表1 两组患者一般资料比较Table 1 Comparison of general information between the two groups of patients

纳入标准：①临床症状和髋关节发育不良症状相符；②没有明显外伤、类风湿疾病史；③在知情同意书上签字。

排除标准：①手术无法耐受患者；②手术前长期使用抗凝药物治疗患者；③恶性肿瘤患者。

1.2 方法

通过常规的置换手术治疗的患者为对照组，通过3D打印技术辅助髋关节置换术治疗的患者为观察组。

3D打印技术。数据的采集和图像处理技术：患者在术前通过CT扫描骨盆以及股骨，设置参数：层厚为5.00 mm，重建厚度为1 mm，数据输入到MIMICS20.0，通过阈值分割及区域增长功能，将三维模型进行重建，然后通过STL文件输出。见图1~3。

图1 3D打印1：1模型Figure 1 3D printing 1:1 model

3D模型的打印。将STL文件导入到计算机辅助设计中，并对其解剖参数进行测量，然后将其导入到MakerBot Desktop，添加支撑平台，使用三维打印机，利用熔融沉积制造技术进行加工，获取髋关节及去除股骨的髋关节模型。

术前测量及手术规划。按照三维CAD软件对髋臼前后径、深径、髋臼后壁的厚度、股骨偏心距进行测量，对髋臼旋转中心点的位置进行确认，在按照3D快速原型打磨髋臼，植入型号，测试假体的型号，模拟各种直径、大小、形态，从而评估股骨假体柄的型号及偏心距。

常规髋关节置换手术。术前进行全麻或硬膜外麻醉，患者术中采取侧卧位，以髓关节后外侧作为入路方式，将皮肤、筋膜依次切开，然后钝性分离，将臀大肌切开后，将外旋肌止点显露出来，切除拉长增厚的关节囊，然后对关节囊进行松解，脱出股骨头，按照手术前指定的截骨线进行截骨，将髋臼充分显露出来，寻找真臼，然后将髓臼中的软组织及骨赘进行切除，磨锉、加深中央髋臼，如果患者的髓臼窝较浅，可以通过加盖植骨的方式将髓臼进行加深，按照手术情况进行造臼，测试试模后，在真臼中安放髓臼假体，然后利用髓腔锉扩大股骨近端的骨髓腔，向其中放入合适尺寸的股骨近端及股骨头假体，作试模、复位，对髋关节的稳定性及活动范围进行检查，完成安置假体后，复位，复位满意，留置引流管，缝合。

图2 假体位置Figure 2 Prosthesis position

1.3 观察指标

比较两组患者的治疗总有效率、手术时间、术中出血量、下床活动时间、Harris评分。

1.4 统计方法

2 结果

2.1 两组患者治疗总有效率比较

观察组患者的治疗总有效率为95.0%(19/20)，对照组患者的治疗总有效率为90.0%（18/20），差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

图3 3D重建Figure 3 3D reconstruction

表2 两组患者治疗总有效率比较Table 2 Comparison of the total effective rate of treatment between the two groups of patients

2.2 两组患者手术指标比较

观察组患者的手术时间、术中出血量分别为（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，对照组患者的手术时间、术中出血量分别为（115.46±12.32）min、（624.79±35.82）mL，差异有统计学意义（t=5.741、8.053，P＜0.05）。

2.3 两组患者预后效果比较

观察组患者的下床活动时间、Harris评分分别为（2.04±0.15）d、（94.51±2.46）分，对照组患者的下床活动时间、Harris评分分别为（2.09±0.18）d、（94.46±2.34）分，差异无统计学意义（t=0.954、0.066，P＞0.05）。

2.4 两组患者VAS评分比较

术前，两组患者VAS评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；术后，观察组患者的VAS评分为（1.62±0.43）分，对照组患者的VAS评分为（2.79±0.56）分，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组患者VAS评分比较[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

表3 两组患者VAS评分比较[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

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3 讨论

据相关研究表明，先天性髋关节发育不良的发生概率相对较高，成年DDH人群的髋关节会长时间保持脱位，从而发生畸形，特别是Crowell和Ⅳ型重度髋臼发育不良患者的股骨头发生脱位，从而产生病理性假臼[6-9]。真臼和假臼位置关系复杂，髋臼骨骼形态异常，常伴有不同形态骨缺损，该病患者的股骨近端的应力刺激较差，从而导致其髋关节异常发育，其髋关节置换手术难度大、时间长、出血多，手术失败的可能性较高，且会产生较多的并发症[10]。对此类高难度髋关节置换术的个体化、精准化手术治疗，降低医疗花费，提高手术疗效，是目前各大关节中心努力的方向[11-12]。随着临床医学水平越来越高，3D打印技术被广泛应用于人工髋关节置换术中，能够提升手术效果[13-15]。通过3D打印技术，模拟打印髋关节、髋臼及髋臼缺损情况，以此为根据，设计个体化/精准化设计手术方案，从而对髋臼缺损情况进行修复，可以减少手术时间，降低术中出血量[16]。该次研究结果表明，观察组患者的治疗总有效率为95.0%(19/20)，对照组患者的治疗总有效率为90.0%（18/20），差异无统计学意义（P＞0.05）；两组患者的下床活动及Harris评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；观察组患者手术时间、术中出血量分别为（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，均少于对照组患者；观察组患者术后VAS评分为（1.62±0.43）分，对照组患者的VAS评分为（2.79±0.56）分。秦磊等[17]研究结果表明，实验组患者的手术治疗有效率为94.2%，和该次研究结果大致相同，说明3D打印技术辅助髋关节置换术的有效性。陈拥等[18]研究结果同样表明，3D打印组患者术后6个月的Harris评分为（87.37±5.21）分，传统置换组患者的Harris评分为（86.54±3.34）分，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05），和该次研究大致相同。

综上所述，成人先天性髋关节发育不良患者通过3D打印技术辅助髋关节置管术进行治疗，临床疗效确切，减少手术时间及术中出血量，值得推广。