應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的臨床研究

李俊豪　張帥　黃其志　孫小東　陳大樂　顏林飛

【摘要】 目的：探討應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的臨床效果。方法：選取2014年2月-2016年2月在本院治療的成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者48例，其中21例接受數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療（3D組），27例接受常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療（常規(guī)組），觀察兩組手術(shù)時間、術(shù)中出血量以及Harris評分等。結(jié)果：3D組手術(shù)時間和術(shù)中出血量均明顯少于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。兩組術(shù)后下床活動時間和骨愈合時間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。術(shù)后1年，兩組Harris評分均較術(shù)前明顯提高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）;但術(shù)后1年兩組Harris評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論：數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良，其效果與常規(guī)手術(shù)無明顯區(qū)別，但其具有手術(shù)時間和術(shù)中出血量少的優(yōu)點，值得臨床推廣使用。

【關(guān)鍵詞】 3D打印技術(shù); 人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù); 先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良

【Abstract】 Objective：To explore the clinical effect of digital design and 3D printing technology total hip arthroplastyin the treatment of congenital hip dysplasia.Method：48 adult patients with congenital hip dysplasia treated in our hospital from February 2014 to February 2016 were selected，among them，21 patients underwent total hip arthroplasty with digital design and 3D printing technique（3D group），27 cases received conventional total hip arthroplasty（conventional group），the operation time，intraoperative blood loss and Harris score and so on of the two groups were observed.Result：The operative time and intraoperative blood loss in the 3D group were significantly less than those in the conventional group，with statistically significant differences（P<0.05）.There were no significant differences in postoperative activity time and bone healing time between the two groups（P>0.05）.1 year after surgery，Harris scores in both groups were significantly improved compared with those before surgery，the differences were statistically significant（P<0.05）;however，1 year after the operation，Harris score showed no significant difference between the two groups（P>0.05）.Conclusion：Treatment of congenital hip dysplasia with total hip arthroplasty by digital design and 3D printing technology，its effect is not significantly different from that of conventional surgery，however，it has the advantages of less operation time and less blood loss，is worthy of clinical application.

【Key words】 3D printing technique; Total hip arthroplasty; Congenital hip dysplasia

First-authors address：Yangjiang Traditional Chinese Medicine Hospital，Yangjiang 529500，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.08.001

先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良是一種常見的先天性畸形，主要是指股骨頭在關(guān)節(jié)囊內(nèi)喪失與髓臼的正常關(guān)系，導(dǎo)致不能正常發(fā)育，也是目前引起小兒跛行的常見原因之一[1-2]。成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良大多是兒童期的誤診或漏治所致，其病理改變和臨床表現(xiàn)已相當(dāng)嚴(yán)重，若不能及時治療，還會引起髓關(guān)節(jié)和脊柱產(chǎn)生疼痛及畸形，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[3-4]。

目前臨床上對成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的治療方式主要有間置關(guān)節(jié)囊關(guān)節(jié)形成術(shù)、關(guān)節(jié)周圍截骨術(shù)、重定向截骨術(shù)和人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)等，其中人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的治療效果較好，但髓臼的修復(fù)難度較大[5-6]。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，將黏合質(zhì)料通過逐層打印的方式來創(chuàng)造實物的技術(shù)，其可為醫(yī)師提供具體實物來了解患者的解剖異常，并針對病理解剖改變來制定個性化的手術(shù)治療方案，進(jìn)一步提高手術(shù)效率和安全性[7-8]。為了進(jìn)一步探討應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的臨床效果，該研究對本院成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者分別采用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療和常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療的效果進(jìn)行了分析比較，旨在為臨床上提供一定的理論與依據(jù)，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2014年2月-2016年2月在本院治療的成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者48例，納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床表現(xiàn)符合Crowe分析標(biāo)準(zhǔn);（2）無外傷、類風(fēng)濕、強(qiáng)直性脊柱炎等疾病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）無法耐受手術(shù)者;（2）術(shù)前長期或圍手術(shù)期使用抗凝藥物;（3）合并有惡性腫瘤、免疫缺陷性疾病等嚴(yán)重基礎(chǔ)性疾病。根據(jù)患者最終選取的治療方案分為3D組（n=21）和常規(guī)組（n=27）。本次研究獲得醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)?；颊呒凹覍僦橥獠⒑炇鹜鈺?。

1.2 治療方法

1.2.1 常規(guī)組 患者采用常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)進(jìn)行治療，具體方法如下：全麻或硬膜外麻醉后取側(cè)臥位，以髓關(guān)節(jié)后外側(cè)入路，依次切開皮膚、筋膜后鈍性劈開臀大肌，切斷臀大肌后顯露并切斷外旋肌止點，切除被拉長增厚的關(guān)節(jié)囊后松解肌腱和筋膜，將股骨頭脫出后按術(shù)前制定的截骨線進(jìn)行截骨。充分顯露髓臼后尋找真臼，徹底清除髓臼內(nèi)的軟組織和骨贅，對中央髖白進(jìn)行磨挫、加深，對于髓臼窩較淺者可采用加蓋植骨的方式加深髓臼。依照術(shù)中的具體情況進(jìn)行造臼，試模測試后在真臼內(nèi)安放髓臼假體。利用髓腔銼擴(kuò)大股骨近端骨髓腔，置入尺寸相當(dāng)?shù)墓晒墙思肮晒穷^假體，試模、復(fù)位后檢查骸關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和活動范圍。假體安置完成后，復(fù)位髓臼，見位置滿意后，放置引流管，逐層縫合。

1.2.2 3D組 采用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療，具體方法如下：術(shù)前采用64層螺旋CT（美國通用公司）對雙側(cè)髖關(guān)節(jié)進(jìn)行薄層掃描，將所有圖像傳送到計算機(jī)CT三維重建工作平臺，利用Mimics16.0軟件完成對髖關(guān)節(jié)的三維重建，并建立患髖關(guān)節(jié)3D模型。利用3D-ORTHO打印機(jī)，以聚乳酸（PLA）為打印材料，打印患髖關(guān)節(jié)模型。同法打印健側(cè)髖關(guān)節(jié)模型，并根據(jù)3D打印評估出髖臼缺損的大小和形狀，制作符合修復(fù)該患者髖臼缺損的髖臼蓋。手術(shù)方法如下：全麻或硬膜外麻醉后取側(cè)臥位，以髓關(guān)節(jié)后外側(cè)入路，依次切開皮膚、筋膜后鈍性劈開臀大肌，切斷臀大肌后顯露并切斷外旋肌止點，切除被拉長增厚的關(guān)節(jié)囊后松解肌腱和筋膜，將股骨頭脫出后按術(shù)前制定的截骨線進(jìn)行截骨。依據(jù)術(shù)前3D打印髖臼缺損的形狀與大小，取同側(cè)自體髂骨塊進(jìn)行髖臼缺損部位植骨，并用術(shù)前研制的髖臼蓋固定植骨塊來修復(fù)髖臼缺損，矯正患側(cè)髖臼形狀后進(jìn)行髖臼打磨，置入髖臼假體。將股骨近端擴(kuò)髓后置入股骨假體，復(fù)位髖關(guān)節(jié)，檢測其穩(wěn)定性、活動度，利用C臂X線機(jī)透視髖關(guān)節(jié)假體和髖臼蓋與植骨塊位置，滿意后創(chuàng)面清洗止血置引流，放置引流管，逐層縫合。

兩組患者均在術(shù)后給予支持和防治感染治療，按計劃進(jìn)行患側(cè)髖關(guān)節(jié)功能鍛煉，術(shù)后4周開始扶雙拐下地行走，3個月后棄拐行走。

1.3 觀察指標(biāo)與評價標(biāo)準(zhǔn) （1）觀察兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、下床活動時間、骨愈合時間。（2）采用Harris評分對患者術(shù)后1年髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評定，患者到本科接受髖關(guān)節(jié)功能評價，評價內(nèi)容包括疼痛、功能、關(guān)節(jié)活動度及畸形，總分為100分，分?jǐn)?shù)越高，表面患者髖關(guān)節(jié)功能越好。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 20.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計量資料用（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，組內(nèi)比較采用配對t檢驗;計數(shù)資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗，等級資料采用Mann-Whitney U檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者一般資料比較 兩組患者性別、年齡、Crowe分型等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），具有可比性，見表1。

2.2 兩組手術(shù)時間及術(shù)中出血量比較 3D組手術(shù)時間和術(shù)中出血量均明顯少于常規(guī)組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表2。

2.3 兩組下床活動時間及骨愈合時間比較 兩組術(shù)后下床活動時間和骨愈合時間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表3。

2.4 兩組手術(shù)前后Harris評分比較 術(shù)后1年，3D組和常規(guī)組Harris評分均較術(shù)前明顯提高（P<0.05）;但兩組術(shù)后1年Harris評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表4。

2.5 典型病例 某男性患者，52歲，右側(cè)先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良，術(shù)前Harris評分為52分，在本院行右髖關(guān)節(jié)人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，采用3D打印技術(shù)輔助髖臼蓋加植骨修復(fù)髖臼缺損，患者手術(shù)切口一期愈合，無人工關(guān)節(jié)脫位、感染等并發(fā)癥，術(shù)后1年Harris評分為91分，X線片顯示植骨塊已融合，髖臼蓋和髖關(guān)節(jié)假體位置無松動，人工關(guān)節(jié)位置良好。見圖1～6。

3 討論

先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育在臨床上較為常見，主要包括股骨頭半脫位、髓臼發(fā)育不良、股骨頭完全脫位等，若不能及時早期治療，對患者以后的行走活動、工作、生活、甚至心理都會產(chǎn)生嚴(yán)重影響[9-10]。先天性髓關(guān)節(jié)發(fā)育不良的主要原因是股骨頭在關(guān)節(jié)囊內(nèi)喪失它與髓臼的正常關(guān)系，導(dǎo)致其在出生前或出生后不能正常發(fā)育，但若能在出生后就確立診斷及時進(jìn)行治療，可獲得最佳的效果[11]。成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良多與兒童期的誤診或漏治等有關(guān)，且其病理改變相當(dāng)嚴(yán)重，且多伴有嚴(yán)重的髖關(guān)節(jié)炎等癥狀，給臨床上治療帶來了不小的難度[12]。人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是目前治療先天性髓關(guān)節(jié)發(fā)育不良合并晚期骨性關(guān)節(jié)炎的首選方法，其可在消除疼痛的同時大大地提高關(guān)節(jié)功能，給患者的工作和生活帶來了方便。但文獻(xiàn)[13]研究也表明，成人髓關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者的手術(shù)難度較大，手術(shù)較為復(fù)雜，術(shù)中出血量較多，術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率也相對較高，尤其是骨盆骸臼骨量缺損和股骨近端發(fā)育不良的處理較為棘手。隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，臨床醫(yī)療也正向著個體化、精準(zhǔn)化來發(fā)展，而個體化治療也是骨科的一個重要發(fā)展方向，尤其是3D打印技術(shù)的問世極大地提高了手術(shù)的效果。為此，本研究對本院成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者分別采用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療和常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療的手術(shù)時間、出血量以及效果進(jìn)行了分析比較。

文獻(xiàn)[14]研究表明，多數(shù)成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者由于長期髖部畸形，其髖關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)和形狀與正常髖關(guān)節(jié)相差很大，這無疑增加了全髖關(guān)節(jié)置換時髖臼側(cè)的處理難度，尤其是髖臼缺損多時，往往手術(shù)時間較長，術(shù)中出血量較大。3D打印是一種以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，利用黏合質(zhì)料通來創(chuàng)造實物的技術(shù)，其可制作與實體等大的骨關(guān)節(jié)模型，從而為醫(yī)師提供具體實物來了解患者的解剖異常;而醫(yī)師也可根據(jù)患者不同的病理解剖改變來制定個性化的手術(shù)治療方案，不但能提高手術(shù)效率和安全性，還能縮短了手術(shù)時間[15-16]。本研究發(fā)現(xiàn)，3D組手術(shù)時間和術(shù)中出血量均明顯少于常規(guī)組（P<0.05），提示應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的臨床效果較好，其可明顯縮短手術(shù)時間，并減少術(shù)中出血量。本研究認(rèn)為，成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者的髖臼形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生率改變，常規(guī)的CT掃描三維重建難以反映髖臼缺損的部位和程度，而利用3D打印技術(shù)對髖關(guān)節(jié)、髖臼及髖臼缺損進(jìn)行模擬打印，并以此為依據(jù)設(shè)計相應(yīng)的修復(fù)材料可極大地方便術(shù)中修復(fù)髖臼缺損，進(jìn)而縮短手術(shù)時間，術(shù)中出血量也相應(yīng)減少。本研究中，筆者根據(jù)患者骨盆CT及三維重建數(shù)據(jù)，打印出與患者一樣大小的骨盆模型，在模型上先操作，在原真臼地方打磨髖臼至合適大小，試模，在髖臼骨質(zhì)缺損區(qū)用骨蠟填充，取出骨蠟。術(shù)中根據(jù)骨蠟塊的大小和形狀，在取出的股骨頭上修整一大小和形狀與骨蠟塊一致的骨塊植入髖臼骨質(zhì)缺損區(qū)并用螺釘將其固定，植入的骨塊能使髖臼假體得到很好的包容從而獲得較好的穩(wěn)定。

Harris評分是一個廣泛應(yīng)用的評價髖關(guān)節(jié)功能的方法，常常用來評價保髖和關(guān)節(jié)置換的效果，得分越高則恢復(fù)效果越好[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，3D組和常規(guī)組術(shù)后1年Harris評分均較術(shù)前明顯提高（P<0.05）;但3D組和常規(guī)組術(shù)后1年Harris評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），提示兩種治療方式均能明顯改善患者的髖關(guān)節(jié)功能，且效果相當(dāng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，3D組和常規(guī)組術(shù)后下床活動時間和骨愈合時間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），提示應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良完全可以達(dá)到常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的治療效果，患者的恢復(fù)效果也較好[18-19]。

本研究的創(chuàng)新之處在于探討分析了應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的效果，發(fā)現(xiàn)治療效果與常規(guī)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療的效果相當(dāng)，且手術(shù)時間明顯縮短，術(shù)中出血量較少，更有利于患者術(shù)后的恢復(fù)，這與方洪松[20]的研究結(jié)果基本一致。但本研究限于研究樣本的不足，對于應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的具體臨床應(yīng)用價值和并發(fā)癥發(fā)生率仍需作進(jìn)一步的深入研究。

綜上所述，數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D打印技術(shù)人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良，其效果與常規(guī)手術(shù)無明顯區(qū)別，但其具有手術(shù)時間和術(shù)中出血量少的優(yōu)點，值得臨床推廣使用。

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[20]方洪松，陳森，彭昊.3D打印技術(shù)在成人CroweⅣ型發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位關(guān)節(jié)置換中的臨床應(yīng)用[J].臨床外科雜志，2016，24（6）：458-460.

（收稿日期：2018-08-29） （本文編輯：張爽）