部分定制3D打印骨小梁金属块在修复严重髋臼骨缺损中的作用

王建朋，张维杰，马建兵，姚舒馨，郝阳泉，赵光辉，肖琳，孙相祥

目前，髋臼骨缺损的处理依然是复杂全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）和翻修THA 最具挑战性的难题，理想的髋臼骨缺损修复是手术成功的关键因素之一。髋臼骨缺损的修复方法包括打压植骨、超大臼杯（Jumbo cup）、多孔金属垫块、加强环、骨水泥填充等[1]。此外，严重髋臼骨缺损的修复方法还包括使用抗内突笼架、带同种异体骨移植的髋臼杯和个体化定制的三翼假体，这些修复方法在特定的人群中取得了令人满意的临床结果[2-4]。然而，这些方法也存在各自的缺点，如使用笼架和加强环时，可能会由于断裂或松动而失败；
髋臼假体联合同种异体骨移植可能会导致早期的植骨吸收及晚期的假体失败；
个体化定制的三翼假体需要更加先进的成像技术、大量的射线曝光、较高的花费等[5-7]。

作为一种新的替代方法，许多学者在THA 翻修时使用多孔钛金属块对复杂的髋臼缺损进行修复，尤其是形状不规则的严重骨缺损，以恢复髋关节正常的生物力学[8-9]。该技术仅需要有限剂量的射线曝光，显示了良好的早期临床和影像学结果，且没有植骨吸收、假体断裂的风险及与定制假体相关的等待时间[10]。然而，商品化的金属垫块与缺损形状通常无法完全匹配，如何安全、有效地修复严重髋臼骨缺损，实现稳定的初始固定和长效的生物力学稳定，是临床亟需解决的难题。

3D打印技术的出现为严重髋臼骨缺损的修复提供了一种新的方向——部分定制。部分定制的理念来源于部分膝关节置换，也可以理解为“有限修复”，即仅对于髋臼严重骨缺损的修复进行3D 打印定制，骨缺损修复后使用商品化的关节假体进行关节置换手术，而不是对整个关节假体进行定制。这种方法创伤小、花费少，且可修复不同严重程度的髋臼骨缺损，但是国内外的相关报道尚少。本研究回顾性分析西安交通大学附属红会医院近年来开展的部分定制3D打印骨小梁金属块修复严重髋臼骨缺损的病例资料，评估该项技术的早期临床疗效及影像学表现，以期为关节外科医师对严重髋臼骨缺损的修复提供一定的临床参考。

1.1 一般资料

纳入标准：①行初次或翻修THA；
②存在严重髋臼骨缺损，常规假体难以修复；
③应用部分定制3D打印骨小梁金属块修复。

排除标准：①存在髋关节或周围活动性感染及全身其他系统感染未完全控制者；
②术前、术后临床及影像学资料不全者；
③髋臼骨缺损伴骨盆不连续者；
④髋部有严重骨质疏松、成骨能力较差或结核、肿瘤等患者。

根据上述纳入及排除标准，2017 年1 月至2022年1 月于西安交通大学附属红会医院关节外科收治的9 例患者（9 髋）纳入本研究，其中男7 例，女2 例。患者年龄43～77岁，平均64.0（50.5，71.0）岁。

本研究已通过西安交通大学附属红会医院医学伦理委员会批准（批号：202207014），并豁免患者知情同意。

1.2 部分定制3D打印骨小梁金属块的制备

将患者术前患髋关节的螺旋CT扫描数据（3.0T）导入Mimics Research 20.0（Materialise，比利时）进行三维重建。然后，将三维数据导入CAD 处理软件建立缺损髋臼的三维模型。按照1∶1比例，将已建立的模型用尼龙粉末进行3D 打印（图1A）。根据模型中的缺损，以“部分定制、建立髋臼有效支撑”为原则，采用“橡皮泥填充技术”来确定缺损髋臼的修补计划（图1B、1C）。计划确定后，根据橡皮泥形状，建立金属块三维数字模型，用尼龙粉末再次进行3D打印，完成金属块模型的制作（图1D、1E）。经讨论并最终确定手术方案后，设置孔隙率和孔径等参数，使用电子束熔融金属3D打印机采用钛合金粉末打印骨小梁金属块（图1F）。

图1 术前手术计划

1.3 手术方法

全身麻醉满意后，患者取健侧卧位。患髋常规安尔典消毒，铺无菌巾单。取患髋关节后外侧切口（初次手术患者以大转子顶为中心，长约15 cm；
翻修手术患者沿原手术切口切开，必要时可适度延长），逐层显露。取出内固定装置或髋关节假体后充分显露髋臼骨缺损部位，与术前模型相比较，确保一致。由小至大依次磨挫髋臼，直至达到术前模拟计划时髋臼杯所需的直径，确保臼底渗血良好（图2A）。

将3D打印骨小梁金属块放置于术前计划的髋臼缺损处，根据匹配情况对缺损区进行适度成形，确保匹配理想。取相应的螺钉对骨小梁金属块进行固定，然后寻找合适的角度（外展及前倾）固定髋臼假体。髋臼假体多选用生物型，部分患者臼底接触面积过少，选用水泥型臼杯。3D 打印骨小梁金属块与髋臼之间采用生物固定，骨小梁金属块与臼杯之间采用骨水泥固定（图2B）。待骨水泥凝固后，安装陶瓷/高交联聚乙烯内衬。再对股骨侧进行扩髓，插入合适大小的股骨试模，C 型臂X 线机透视满意后安装股骨假体及陶瓷股骨头（图2C）。将髋关节复位，生理盐水及氨甲环酸浸泡后充分止血，然后逐层缝合切口。术中均予以静脉滴注氨甲环酸2 g，根据出血情况决定输血量，充分补充液体，维持水盐平衡。

图2 术中部分定制3D打印骨小梁金属块的固定、髋关节假体的安装

1.4 术后管理

术后预防性使用抗生素抗感染、非甾体抗炎药镇痛、低分子量肝素钙抗凝及补液等对症支持治疗。待麻醉清醒后，嘱患者立即开始主动进行踝泵运动及屈髋屈膝运动，但需避免髋关节屈曲超过90°及内收、内旋等。术后第1日嘱患者进行股四头肌等长收缩运动及髋关节外展运动。术后第1日即可下地，但是否负重需根据术中髋臼骨质及髋关节假体稳定程度决定。如无特殊，即可正常负重；
如术中关节假体存在稳定性欠佳或骨质疏松严重，术后6周内需避免负重，术后6周至术后3个月进行部分负重，术后3个月门诊复查髋关节X线片，根据髋关节假体及骨小梁金属块与骨之间的愈合程度决定患者是否完全负重。

1.5 结果评估

采用Harris 髋关节评分（Harris hip score,HHS）对患者术前和末次随访时的髋关节功能进行评估[11]，采用疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）对患者术前和末次随访时疼痛程度进行评估，同时记录随访期间患者并发症（深静脉血栓/肺栓塞、假体脱位、假体周围感染、假体周围骨折、二次再翻修等）的发生情况。

术前及末次随访时拍摄双髋关节正位及侧位X线片，利用DICOM 影像软件在X 线片上测量患者双下肢长度差（limb-length discrepancy,LLD）和髋关节旋转中心（center of rotation,COR）上移情况。根据既往文献，将LLD 定义为双侧小转子顶点与泪滴连线的垂直距离差值，COR 上移距离定义为COR 与泪滴连线的垂直距离[9]。另外，根据术后影像判断髋臼假体和骨小梁金属块与骨面之间的放射性透光线及假体是否松动、移位等[12]。

1.6 统计学方法

采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。结果符合正态分布，以均数±标准差表示；
如不符合正态分布，则以中位数（四分位间距）表示。如符合正态分布和方差齐性，采用配对t检验；
不符合正态分布和/或方差齐性，则采用Wilcoxcon 秩和检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2.1 一般资料及手术结果

初次手术原因：股骨颈骨折4 例、股骨头缺血性坏死3例、髋臼骨折1例、强直性脊柱炎1例。初次手术方式：全髋关节置换术7 例、半髋关节置换术1 例、切开复位内固定1 例。本次手术距初次手术时间为1.5～26.0 年，平均10.0（5.0，12.0）年。髋臼骨缺损Paprosky 分型：ⅡB 型1 例、ⅢA 型7 例、ⅢB 型1 例。本次手术方式：初次THA 1 例、翻修THA 8 例（1 例仅翻修髋臼侧）。手术时间120～230 min，平均（174±36）min；
术中出血量800～3600 ml，平均1100（1000，1500）ml；
术中均采用同种异体输血，输血量400～3400 ml，平均800（800，1400）ml。详见表1。

表1 9例患者一般资料及手术结果

2.2 随访结果

9 例患者随访时间3～24 个月，平均（13.1±7.4）个月（表2）。末次随访时，患者髋关节屈伸功能均恢复良好，能完成日常行走、坐立等活动，除1例患者诉主观不适外，余均取得满意的手术疗效。HHS 评分平均（84.1±9.6）分，较术前（47.9±9.8）分显著提高，差异有统计学意义（P＜0.001）。末次随访时，患者疼痛较术前明显减轻，疼痛VAS 评分平均（1.6±1.2）分，较术前（6.4±1.0）分显著降低，差异有统计学意义（P＜0.001）。详见表2。至末次随访，所有患者术后均未发生深静脉血栓/肺栓塞、假体周围感染、假体周围骨折、再翻修等。1 例患者术后1 个月出现髋关节假体脱位，予以手法复位后获得满意疗效（图3）。

图3 病例8，男，77岁，左髋关节置换术后11年，采用部分定制3D打印骨小梁金属块联合水泥型髋关节假体行髋关节翻修，术后1个月X线检查示左髋关节假体脱位（A），予以手法复位（B）后疗效满意

表2 9例患者随访结果

末次随访时，LLD 为2.3～26.8 mm，平均（10.30±6.73）mm，较术前（29.64±7.04）mm 明显减少，差异有统计学意义（P＜0.001）。COR 上移12.6～32.3 mm，平均（21.90±7.37）mm，较术前（38.46±7.73）mm 明显下降，差异有统计学意义（P=0.002）。详见表2。术后及末次随访X 线检查示，骨小梁金属块、臼杯及其相接触的骨面之间未见放射性透亮线明显增加及可能的假体松动、移位等（图4）。

图4 病例1，男，59岁，右髋关节置换术后26年，采用部分定制3D打印骨小梁金属块联合生物型髋关节假体行髋关节翻修术

在初次或翻修THA 中，严重髋臼骨缺损的修复是手术医师最富挑战性的难题。临床上，通常根据骨缺损的解剖特征进行分型（Paprosky分型），也有学者通过手术治疗进行分型[13-14]。由于骨缺损形状不规则，Paprosky Ⅱ～Ⅲ型髋臼骨缺损的修复更是手术中的难点，极大增加了手术难度。传统上，髋臼骨缺损的修复还包括自体/异体植骨和金属增强块等，但是自体/异体植骨需要较多自体骨/人工骨，花费较大，且无法为髋关节假体提供初始的稳定基底，而商品化的金属增强块形状、规格有限，对于不规则的髋臼严重骨缺损无法进行个体化修复。

3D打印技术的日趋成熟使髋臼骨缺损的个体化精准修复成为可能。既往研究报道，人类骨与软组织长入的生物材料最佳孔径为300～500 µm，有利于成骨细胞增殖和分化的孔隙率为60%～70%[15-17]。本研究中使用的钛金属材料具有大孔隙率和类似于骨小梁的微观结构，其内部相互连通的网状多孔结构有利于髋臼缺损区域的血管再生，能使新生骨质快速、牢靠地长入[18-19]。此外，钛金属与人体内骨小梁的弹性模量接近，在3D 打印骨小梁金属块植入缺损区后，髋臼侧传导的应力负荷基本可以达到生理状态，有效避免应力遮挡的发生[20]。生物假体骨融合及骨长入的前提在于达到初始的稳定，而3D 打印骨小梁金属块的最大优势在于外表面粗糙，与骨床的摩擦系数大，可以满足植入后的初始稳定[21]。此外，由于可以通过个体化定制，金属块可以和缺损区产生更好的匹配，达到更好的缺损修复，减少人工骨的植入，减轻患者的经济负担[22-23]。

近年来，越来越多的研究证明，使用3D打印骨小梁金属块修复严重髋臼骨缺损是一种有效的方法[24-25]。毛兆光等[26]利用3D 打印技术制作出与患者髋臼高度匹配的金属垫块一体式人工髋臼假体，应用于1 例髋臼Paprosky ⅢA 型缺损患者，术后6 个月随访时，患者HHS 评分提高至80 分，且无切口感染、深静脉血栓及髋关节假体脱位等并发症发生。季卫平等[27]使用3D 打印金属块修复12 例髋臼骨缺损，术后12 个月时，HHS 评分由术前平均33.75 分提高至84.57 分；
术后6 个月时，VAS 评分由术前平均6.34 分降至1.32 分。张国博[28]应用3D 打印垫块修复THA中的髋臼骨缺损1 例，通过术后1 年的随访，患者的HHS 评分提高至91 分，VAS 评分降至0 分，且未出现假体松动、脱位、断裂等并发症。张钟元等[29]使用3D打印钛金属骨小梁垫块修复5例髋臼骨缺损，通过平均1.75 年的随访发现，所有患者髋关节功能均得到很大提升，HHS 评分由术前平均34.23 分提高至79.82分；
随访期间，无假体相关并发症发生。本研究通过平均13 个月的随访发现，患者临床疗效良好，HHS 评分由术前平均（47.9±9.8）分提高至术后的（84.1±9.6）分，VAS 评分由术前平均（6.4±1.0）分降至（1.6±1.2）分，除了1 例患者术后发生髋关节假体脱位，其余患者无严重的并发症发生。

对于严重的髋臼骨缺损，尤其是Paprosky Ⅲ型缺损，由于臼顶缺少有效的支撑，通常会导致COR上移和患肢的相对短缩。Fu 等[30]通过3D 打印多孔钽垫块对18 例严重髋臼骨缺损进行修复，术后1 年随访时，COR上移由术前平均50.7 mm下降至末次随访时的22.3 mm；
LLD 由术前平均31.7 mm 减少至末次随访时的7.5 mm。Abolghasemian等[31]回顾性分析了34例应用TM臼杯+加强块重建严重髋臼骨缺损患者的术后影像结果发现，COR上移由术前平均48.5 mm恢复至24.8 mm；
当以对侧解剖COR 为参考时，术侧COR 由术前平均28.8 mm 恢复至9.9 mm。为了解决这一难题，本研究提出“部分定制、建立髋臼有效支撑”，即“缺多少，补多少”的原则，在有效填充骨缺损的前提下，尽可能减少3D 打印金属的体积。结果证明，这种方法可以将上移的COR 恢复至相对正常的位置，同时减少LLD，尽可能恢复下肢原有的长度。本研究中，患者COR上移由术前平均（38.46±7.73）mm减少至末次随访的（21.90±7.37）mm；
LLD 由术前平均（29.64±7.04）mm 减少至末次随访的（10.30±6.73）mm，很好地纠正了患肢的短缩，极大提高了患者的满意度。需要注意的是，尽管通过3D 打印骨小梁金属块修复髋臼骨缺损及调整股骨侧的长度可以进一步减小LLD，但是大多数患者术前患肢长期处于短缩状态，软组织发生固有性挛缩，限制了术后下肢长度的恢复。另外，术前髋臼严重骨缺损导致术中无法找到明确的骨性标志来判断下肢的长度恢复情况[32]。因此，采用部分定制3D 打印骨小梁金属块修复严重髋臼骨缺损术后，患者双下肢不等长的情况依然可能存在。

本研究存在一些不足之处：首先，本研究仅对部分定制3D打印骨小梁金属块修复髋臼骨缺损的患者的临床疗效和影像学数据进行评估，未设置其他修复方法作为对照组（如使用TM 加强环、植骨修复等）。其次，本研究中患者手术时间跨度较大，随访时间不统一，可能会对结果产生一定的影响。最后，本研究为回顾性单中心研究，纳入病例样本量较小，随访时间较短。因此，有待长期、多中心、大样本的对照研究进一步证实该方法的有效性及安全性。

部分定制3D打印骨小梁金属块对于严重的不规则髋臼骨缺损是一种有效的治疗方式，通过精准的术前规划，不仅术中操作简便，而且金属块与缺损骨面和臼杯匹配度较高，可获得满意的髋关节功能，且发生假体相关严重并发症的风险较低，对未来复杂髋臼骨缺损的修复具有重要的参考价值。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突

猜你喜欢 小梁髋臼假体 人工髋关节翻修术中髋臼骨缺损的重建方法中华骨与关节外科杂志(2022年1期)2022-08-31当归六黄汤治疗假体周围骨折术后低热疑似感染1例基层中医药(2022年1期)2022-07-22小梁音乐教育与创作(2020年9期)2021-01-04全髋翻修术后组配式与一体式假体下沉率比较临床骨科杂志(2020年2期)2020-02-28补缺今古传奇·故事版(2017年23期)2018-01-12保留假体的清创术治疗急性人工关节感染中华骨与关节外科杂志(2016年6期)2016-05-17改良髋臼横韧带定位法植入髋臼假体的准确性研究中华骨与关节外科杂志(2016年6期)2016-05-17髋关节翻修术Gross型髋臼骨缺损重建的研究进展中华骨与关节外科杂志(2016年5期)2016-05-17多孔钽杯及钽金属垫块在Paprosky Ⅲ、Ⅳ型髋臼缺损翻修中的应用研究中华骨与关节外科杂志(2016年5期)2016-05-17小梁切除术联合丝裂霉素C治疗青光眼临床意义探析中国卫生标准管理(2015年10期)2016-01-15

推荐访问:小梁 缺损 修复