髋关节置换髋臼骨缺损的评估与重建选择

涂迪 张德华 韩大栋 钱炜

随着全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）数量的不断增加，骨缺损致髋臼重建的数量也在不断增加。预计到2030 年，美国全髋关节翻修术（revision total hip arthroplasty，RTHA）的数量将增加1 倍[1]。髋臼重建和髋臼骨质流失的预防管理即使对经验丰富的骨科医生来讲也具有相当的挑战性。因此，除了对患者进行详细的评估、分型及术前计划外，还要选择合适的重建方式。

1 髋臼骨缺损的原因分析

通过大量的样本数据分析，造成髋臼骨缺损最常见的原因是THA 术后失败导致的翻修，其次还包括创伤、肿瘤、先天性髋臼发育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）、髋关节骨性关节炎、风湿性关节炎、髋臼内突（OTTO 病）等，初次THA 术中髋臼侧骨质过度磨挫、取出假体和骨水泥时将部分骨质带出也是造成骨缺损的原因之一[2]。其中THA 术后失败的原因主要是假体不稳或脱位（20.4%）、机械性松动（17.8%）、感染（11.1%）等[3]。周围骨折、骨溶解及内衬磨损发生率反而有所下降。

相关临床研究发现，假体磨损引发髋臼骨缺损的机制是产生的微小碎屑激发巨噬细胞、破骨细胞等介导的炎症反应，释放白细胞介素、肿瘤坏死因子、前列腺素等细胞因子抑制成骨细胞Ⅰ型胶原蛋白合成，诱导破骨细胞分化引发假体周围骨的再吸收，进而使假体发生松动[4-5]。随着材料学及临床应用发展，人工髋关节假体材料不断改进设计和制造工艺，提高人工关节的耐磨性和力学性能，增强植入物与宿主良好的生物相容性，以此降低假体磨损对骨溶解的影响[6]。国内学者段永刚等[7]研究发现，新型β钛合金Ti35Nb3Zr2Ta表面接触角较小，钙沉积量明显减少，具有良好的生物相容性。贾巍等[8]认为，功能梯度生物材料可在股骨远端产生更高的应力以及在衬垫上产生更小的接触压力，减少聚乙烯衬垫磨损。

2 术前准备和计划

由于髋臼翻修术非常复杂，为了成功恢复髋关节旋转中心、下肢长度、假体稳定性和保持再翻修骨量，必须进行详细的术前评估和计划。

2.1 病史和查体

术前详细询问病史，除了询问患者的疼痛部位、程度、持续时间及是否与活动有关，有无伴随发热等症状；还应详细询问初次手术情况，包括手术原因、假体型号、是否出现术后并发症等。髋关节感染、假体不稳和撞击等引发的疼痛可发生在THA术后早期。而无菌性松动、骨溶解等出现的时间较晚。查体除了全身情况、髋关节活动度、肢体长度、步态、肌力等一般检查外，还应检查腹股沟区和臀区深部、神经血管评估、腰骶椎情况等。若有感染则应检查红细胞沉降率、C 反应蛋白、关节液细胞计数分类及培养等。

2.2 影像学对骨缺损的判断

术前患者的影像学评估包括骨盆前后位X线片，需要时可加拍闭孔位和髂骨斜位片。术前在X线片上测量髋关节中心位置、泪滴、髋臼下缘和假体臼与髂坐线（Köhler）的改变来判断骨缺损的程度。假体臼向上外侧移位表明后柱缺损，向上内侧移位表明前柱缺损。髋关节中心上移在两侧闭孔最高点连线上方3 cm以内为骨缺损不明显，若超过3 cm表明骨缺损明显[9]。泪滴由髋臼窝和骨盆内壁组成，其外侧破坏表明髋臼壁下方缺损，前后柱完整；泪滴内侧破坏表明髋臼柱的下方完整性丧失。坐骨溶解表示髋臼后壁后柱下方缺损。根据骨溶解距离闭孔横线下方距离分为轻、中、重3 度。髋臼中心内移表明内壁缺损。髋臼中心位于Köhler线外侧、正中、超过分为轻、中、重度缺损。

X 线片可以初步判断髋关节缺损情况及分型，测量髋臼上下缘连线与垂线形成的夹角为外展角。X 线片对复杂髋臼缺损的定位和测量的准确度会降低[10]。CT虽然可以更准确地评估髋关节缺损情况，但CT 的二维图像无法清晰显示髋关节空间结构。三维CT 重建技术进行表面遮盖显示法（surface shade display，SSD） 和多平面重建法（multiplanar reconstruction，MPR）可以将连续性像素转换成三维结构模型，更加直观地显示髋臼内部及髋臼壁缺损情况，对手术具有重要指导意义[11]。3D 快速原型技术（rapid prototyping，RP）与X 线、CT 相比，提高了髋臼缺损评估的敏感性和准确性，具有更好的定位和评估效率[12]。

使用基于CT 的微运动分析（CTMA）分析杯子迁移。使用体积定量计算机断层扫描（quantitative computed tomography，QCT）测定移植物和周围天然骨中的骨矿物质密度。从3D重建中计算骨移植体积。低剂量CT扫描使迁移分析和骨密度测定在同一环境中成为可能，为髋关节置换术患者提供了巨大的诊断潜力[13]。

2.3 髋关节功能评估

术前体格检查评估髋关节的运动范围、运动力量、腿长、步态等。术前用Harris 评分系统对髋关节进行功能评估，有利于术后疗效评价。术后可使用Oswestry标准评估骨移植物的骨整合情况。

2.4 手术方案和器械准备

髋关节翻修术需要非常有临床经验的医生制定详细的手术方案和处理原则，以防术中遇到特殊情况。并且需进行详细的术前讨论，并与麻醉师沟通患者病情，共同完成各项配合工作。术前必须准备好各种器械和材料，用于取出旧假体和骨水泥等所需的配套器械，定制的个体髋臼假体、异体骨或人工骨等。

尽管初次髋关节置换手术会遗留不同的切口瘢痕，但髋翻修应尽可能沿原切口进行，原手术入路一般均可用于翻修手术。大多数的髋翻修手术可以采用前外侧入路和后方入路，如果需要固定后柱就必须采用后方入路。前入路对髋臼的显露不够，对髋臼后侧的处理比较困难，并且通过延长切口的方式会增加臀上神经损伤的几率。

无论哪种入路方式，术中判断下肢长度是否等长都是至关重要的。术前通过X线片测量股骨小转子至双侧髋臼泪滴下缘连线的垂直距离，计算双下肢长度差异；使用模板测量假体型号及植入位置。术中通过C臂机术中透视法测量坐骨大孔长轴与短轴来判断骨盆倾斜程度并调整至术前预估值；假体试模后透视与术前测量结果比较，通过不断调试最终确定肢体长度差异不大于1.5 cm。还可通过克氏针定位法、“L”型卡尺测量、手法测量及计算机辅助导航等多种方法[14]。

3 骨缺损分型系统

髋臼骨缺损分型的主要目的是为了制定一个在骨科医生之间方便交流的诊断标准，为进一步制定治疗方案和术后疗效评估提供参考。目前，髋臼骨缺损分型系统最常见的是Paprosky 分型和由D'Antonio等介绍的美国骨科医师协会（American Academy of Orthopaedic Surgeons，AAOS）分型。

3.1 Paprosky分型

Paprosky 分型系统基于一系列髋臼翻修患者的骨缺损情况进行详细分类，是目前最常用的分类系统和指导治疗策略[9]。翻修髋臼假体的初始稳定性取决于残留髋臼骨的支撑结构状态，可通过髋臼稳定实验判断假体试模的初始稳定性。

Paprosky 分型系统依据髋臼旋转中心的位置、坐骨溶解程度、泪滴溶解程度和Köhler线的完整性进行分类。通过术中情况分为3型（见表1）。

表1 髋臼骨缺损Paprosky分型

3.2 AAOS分型系统

美国骨科医师协会（AAOS）髋臼骨缺损分型系统是由D'Antonio及其团队提出的，此分型主要分为节段性和腔隙性两大类。节段性骨缺损是指结构支撑骨完全缺损，而腔隙性骨缺损是指髋臼骨容量的丢失，以至于髋臼内陷变深[15]。AAOS 分型[16]共分为5 型：①Ⅰ型，髋臼节段性骨缺损；Ⅰa型，上、前、后方边缘骨缺损；Ⅰb型，中央髋臼伴内壁骨缺损。②Ⅱ型：髋臼腔隙性骨缺损。③Ⅲ型：髋臼节段性合并腔隙性骨缺损。④Ⅳ型：骨盆连续性丧失。⑤Ⅴ型：髋臼融合性缺损。骨盆不连续性是指骨缺损致前柱和后柱分离，并且从远端破坏头侧骨盆。髋臼融合是指髋臼无明显骨质缺损，但难以找到真性髋臼的位置。该分型系统通过术前X线片进行评估，没有缺陷类型的术中分析。

3.3 其他髋臼骨缺损分型

此外，还有Gross 分型系统：该系统比较简单，重点关注骨移植的要点和规范[17]。Gustilo 和Pasternak 分类法：该系统重点关注剩余骨骼和失败的假体组件状况，没有解决可重复性或有效性问题[18]。Saleh分型系统：基于移除植入物后剩余骨量的评估[19]。Engh-Glassman分类法：该系统缺少骨缺损的术中分析。国内学者王爱民等[20]提出的重庆髋臼骨缺损分类法，这一分类方法比较简明，对于髋臼翻修的处理及预后的判断都有一定的指导作用。各种分类系统都有优缺点，目前尚无统一的分类标准。

4 髋臼骨缺损的处理

将髋臼骨缺损进行修复是为了使髋臼结构恢复完整性、肢体长度和解剖位置关系，使假体能够获得长期的稳定性。目前有多种重建方式用于治疗髋臼骨缺损，各种重建方式都有其独特的优缺点。选择合适的方式有利于髋臼假体与髋臼的骨整合、降低术后脱位风险、减少假体磨损引发的骨溶解等。需要两个基本条件，即良好的初始稳定性和足够的接触面积。

4.1 颗粒打压植骨

颗粒移植骨为直径5 ～ 10 mm的松质骨，此大直径脱脂骨颗粒能阻止假体在骨床上的旋转移位，采用紧密压配植骨技术（sloof-ling技术）将移植骨在缺损处挤压紧密或用髋臼锉反锉使骨水泥挤压入缺损处以便宿主骨爬行替代移植骨，完成骨诱导，为髋臼假体提供初始稳定性。这一技术适用于腔隙性骨缺损的修复治疗，特别是年轻患者。此技术的要点在于恢复髋臼骨容量。植骨的来源多为自体骨、同种异体骨、异种骨和人工合成骨[21]。各类植骨源均有各自的优缺点，目前同种异体骨占主要来源。Gagala等[22]对44 例患髋使用磷酸三钙（tricalcium phosphate，TCP）羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）混合移植物进行翻修，以无菌性松动为终点，使用Kaplan-Meier分析10年生存率为97.56%。

4.2 结构性骨移植

结构性移植骨使用大体积并带有皮质骨的骨块，经修整后用于较大缺损的髋臼。其不仅可以为假体提供有效支撑，还提供较好的耐受力学负荷和恢复骨容量。AAOS 分型的Ⅲ、Ⅳ型及Paprosky 分型的Ⅲ型适于用此方法[23]。结构性骨移植的问题在于其与宿主骨并不能完全整合，并且随着时间的延长，移植骨在血管化和重塑将会导致移植骨吸收塌陷或移位，最终导致内植物松动。Butscheidt等[24]的研究发现，随着宿主和同种异体移植骨沿着大部分接触界面互连整合，骨重塑导致同种异体移植物的充分结合，其余未重塑的移植骨充分矿化，在移植后22 年未出现塌陷物。紧密的连接很可能是成功重塑过程和整合同种异体移植骨的先决条件。目前大多数学者认为非骨水泥假体的髋臼覆盖率至少为50%[25]。许志庆等[26]使用同种异体股骨头结构性植骨应用于15例Paprosky ⅢA型髋臼骨缺损翻修，早中期随访15例髋臼杯均获得骨长入，均未出现假体松动表现。

4.3 金属填充块

为了进一步降低结构性植骨出现骨吸收造成内植物松动的风险，一种骨小梁金属填充块被设计出来并应用于临床。金属填充块被制成表面粗糙并具有多孔涂层的结构，更有利于骨长入。其虽然与结构性植骨功能相似，但具有更强的结构稳定性和力学性能[27]。一种新型钛合金胶金属被用于种植体修复手术，具有更强的骨整合能力和生物相容性[28]。应用定制3D打印多孔钛合金加强块重建重度髋臼骨缺损，其优势在于术中操作更简便，填充块与缺损骨面和臼杯能更好地贴附匹配[29]。国内学者通过对照研究发现，金属垫块对比植骨具有缩短手术时间、减少术中出血、骨整合能力及安全性更强等优势[30]。Beckmann等[31]使用逻辑回归模型对金属填充块等各个植入物的失败率进行统计比较，金属填充块对于降低松动率具有统计学意义。

4.4 金属钛网或重建杯联合打压植骨

当面临髋臼缺损较大时（如节段性缺损或Paprosky Ⅲ型缺损），单纯结构性植骨或联合金属垫块无法提供初始稳定性时，可考虑使用重建环或金属钛网重建骨盆，将骨盆不连续转化为封闭缺损，增加髋臼负重面积，并联合打压植骨，从而解决这一难题。Buttaro 等[32]对100 例因严重骨缺损而接受金属网联合打压植骨翻修手术患者进行前瞻性随访，认为这种方法适用于中度髋臼缺损，但严重的节段性缺陷与主要的内侧壁缺陷相结合是使用金属网的禁忌证。García-Rey 等[33]则认为外侧和边缘节段性缺损同样是禁忌证。陈哲峰等[34]对22例患者行同种异体打压植骨钛网杯重建髋臼缺损，平均随访5.1年，中期植骨均融合，臼杯均获得良好的稳定性。单独使用双TM 杯（多孔钽杯）或与IBG 联合使用缺陷重建是无盆腔不连续性的Paprosky Ⅲ型髋臼缺损的实用且可靠的治疗选择。然而，高术后并发症发生率，特别是在脱臼方面，仍然是一个挑战[35]。

4.5 加强环和笼架

加强环（ring）和笼架（cage）一直被用于严重髋臼骨缺损的重建，通过桥接作用将ring 和cage 固定在坐骨和髂骨上，以此恢复正常髋臼解剖结构，并为移植骨提供支撑，促进其骨整合过程，为假体提供初始稳定性。由于加强环和笼架本身材料所限，Burch-Schneider 抗前凸笼（anti-protrusion cage，APC）使用光滑的钛外表面，防止骨质掺入，因此无法获得生物学固定，远期随访易出现无菌性松动、疲劳断裂等失败。为了解决上述问题，目前正在制造具有骨内生长潜力的新一代髋臼笼[36]。Villatte 等[37]报道使用病毒灭活同种异体移植骨和加固环进行重建，95例患者平均随访7年，术后并发症发生率为7.4%，预估10年生存率为96.2%，放射学生存率为84.5%。同种异体移植物骨整合在95.8%的患者中令人满意（Oswestry评分≥2分）。Malahias 等[38]报道了非髂坐骨跨越笼治疗盆腔不连续的生存率为60.6%（20/33）。

4.6 Cup-cage重建技术

髋臼杯联合髋臼加强环重建技术（Cup-cage 技术）在多孔金属臼杯的发展基础上将大直径臼杯（如多孔金属Jumbo 臼杯）植入严重骨缺损的髋臼后，在其表面植入与之相匹配的髋臼cage，再将cage 上下翼塑形与臼杯、髂骨、坐骨相匹配，上翼通过螺钉固定于髂骨，下翼插入坐骨，最后将髋臼髂骨和坐骨桥接起来。因此，杯笼结构通过cage 保护臼杯免受机械力影响，促进臼杯的生物整合，为髋臼提供了永久固定，并改善髋关节旋转中心。文献报道此技术适用于Paprosky Ⅲ型缺损[39]。Changjun 等[40]报告Cup-cage 重建151 例患髋，术后6 年假体存活率为90.1%，总并发症发生率为23.8%。Wang 等[41]通过对232 例患者进行系统回顾和荟萃分析发现，杯笼结构具有良好的临床效果，翻修率低约为8%，并发症发生率约为20%。

4.7 Cup-in-Cup或Cup-on-Cup技术

杯中杯技术（Cup-in-Cup）使用两个多孔钽髋臼杯，以生物结合的方式将一个较大的内侧杯放置在支撑主骨上，以支撑大面积骨缺损，建立初始稳定性，再将一个较小的侧杯使用骨水泥粘合在一起，以恢复水平和垂直偏移。而杯对杯技术（Cup-on-Cup）则是将较小的内侧杯放置在主骨上，为侧杯建立部分初始稳定性和锚定区域，下面再粘合较大的侧杯，进一步改善稳定性、水平和垂直偏移。杯对杯技术相比杯中杯技术减弱了初始稳定性，但对垂直和水平方面的控制更有效[42]。这类技术通常用于髋臼骨严重缺损的Paprosky ⅡC 型或Ⅲ型，明显改善外展肌无力、髋关节撞击等并发症，相比于大直径髋臼杯可以显著减少髋关节旋转中心的移位；并且可以解决定制植入物不能术中调整的缺点[43]。有学者报告杯对杯重建系列，平均随访61 个月，假体存活率为100%，术后髋关节脱位发生率较高为16.7%。因此术后脱位仍然是个巨大的挑战[44]。

4.8 3D打印技术在髋臼骨缺损中的应用

目前，3D打印技术可制作与患者骨骼病理学完全匹配的定制假体植入物，特别在大面积髋臼骨缺损的治疗中[45]。术前使用3D打印髋臼模型制定手术方案模拟手术，并设计个性假体。定制的三连体单块髋臼组件可根据髋臼骨缺损情况提供个体化治疗，从而覆盖骨盆不连续并重建解剖学髋关节中心[46-47]。3D 打印髋臼假体的宿主骨覆盖率可达70%，并通过骨整合达到长期稳定性。通过重建髋关节旋转中心以恢复假体和软组织之间的平衡，从而降低磨损率和无菌性松动。定制假体可精确计算设计出钉孔位置、方向及螺钉长度，避免损伤重要血管、神经的可能[48]。目前3D打印材料多为高分子和金属等可粘合材料，其生物相容性及材料的毒理学方面仍处于研究阶段。定制假体术前周期长并且价格昂贵，目前尚无统一的制作标准和规范。黎庆钿等[49]采用3D 技术辅助钽金属块植入治疗Paprosky Ⅲ型髋臼骨缺损，随访期间均未出现假体无菌性松动、感染及脱位。Tikhilov等[50]对106例在RTHA中使用标准植入物（standard acetabular implants，SAIs）和定制髋臼植入物（custom-made acetabular implants，CMAIs）的结果进行比较，显示植入CMAIs 患者的无菌性松动发生率低于SAIs（分别为2.4%和10.0%）。

4.9 髋臼牵引技术

2012年，Sporer和Paprosky首次描述了髋臼牵引技术，用于治疗慢性盆腔不连续[51]。髋臼牵张技术利用一个放置在髋臼外位置的大层状扩张器，产生对外侧或周围的牵张和中央或内侧的加压。慢性不连续型髋臼内肉芽组织的清理不要过于严重是非常有必要的，因为这可能导致过度牵引和中央加压不足。Sheth 等[52]最近报道了32 例，平均随访5 年，无菌性松动率3%（1/32），影像学松动率6%（2/32），从放射学评估来看，69%（22/32）的病例显示出骨盆不连续愈合良好。有学者使用一种改进的髋臼牵引技术，11例患者慢性骨盆不连续均愈合良好，放射学未出现移植物松动[53]。髋臼牵张的主要优点是通过“预紧张”支撑着髋臼的骨和软组织，为翻修结构提供了更大的稳定性。因此，髋臼牵引技术可以使慢性盆腔不连续性治愈的可重复性更强，并且在理论上可降低移植物松动的风险。缺点是其技术要求高，没有明确定义充分固定所需要的牵引程度[54]。需要长期高质量研究来评估植入物的存活率。

5 展望

髋臼骨缺损是THA术中面临的主要问题，根据缺损程度的不同有不同的重建方法。每种重建方法都有其优缺点，但其应用的一般原则保持不变。成功的治疗取决于精细的术前评估、详细的术前计划、医生团队的计划执行力及良好的术后护理和康复。目前，Paprosky 分类系统是最常用于描述缺损和指导治疗的系统。虽然Cup-Cage 技术、定制型假体、髋臼牵引术等都被报道具有良好的中期效果，但仍然需要长期的研究来评估每种重建方法的长期生存率。