3D 打印技術在人工全髖關節置換術中的臨床應用效果分析

胡正軍，張赟，韋昊，沈正

（江蘇省鎮江市丹徒區人民醫院骨科，江蘇鎮江 212028）

人工全髖關節置換術是以人工假體替代病損的股骨頭和髖臼，可以很好地重建髖關節結構，改善和恢復髖關節功能，在股骨頭壞死、股骨頸骨折、骨關節炎等髖關節疾病的臨床治療中被廣泛應用[1]。但是，人工全髖關節置換手術的操作難度較大，特別是對于髖關節解剖結構變異復雜的病例， 手術仍面臨巨大挑戰，采取有效方式提高關節置換精準度對提高手術療效、更好促進髖關節功能恢復具有重要意義。3D 打印技術是一種快速成型技術，能夠將平面模型變成三維實物。該項技術于2012 年進入醫學領域，此后在骨科臨床得到快速發展，在促進手術精準化、提高手術安全性方面發揮了重要作用[2]。基于此，該研究選取我院2019 年 4 月—2020 年 7 月收治的 40 例人工全髖關節置換手術患者為對象，探討3D 打印技術的臨床應用效果。 現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

以我院收治的40 例人工全髖關節置換手術患者為研究對象，依據治療方法不同分為兩組。治療組（20例）： 男性 12 例， 女性 8 例； 年齡 58～90 歲， 平均（68.42±7.91）歲；體質指數 18.90～27.40 kg/m2，平均（23.53±1.42）kg/m2；股骨頭無菌性壞死 7 例，髖關節骨關節炎5 例，股骨頸骨折5 例，人工關節翻修3 例。對照組（20 例）：男性 11 例，女性 9 例；年齡 56～91歲，平均（69.15±8.22）歲；體質指數 18.80～27.90 kg/m2，平均（23.68±1.35）kg/m2；股骨頭無菌性壞死 6 例，髖關節骨關節炎6 例，股骨頸骨折6 例，人工關節翻修2 例。 兩組一般資料比較， 差異無統計學意義 （P＞0.05），具有可比性。 本研究獲我院醫學倫理委員會審批通過，患者均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

納入標準：（1）單側髖關節病變，疾病類型不限，具有人工全髖關節置換手術指征；（2）一般狀況良好，對于麻醉及手術耐受；（3）無嚴重內科疾病，認知功能正常，可配合完成手術及研究。

排除標準：（1）BMI≥30 kg/m2的肥胖者；（2）既往髖關節功能障礙史者；（3）合并類風濕性關節炎、強直性脊柱炎等影響術后康復及療效評價的疾病者；（4）髖關節發育不良者；（5）中重度骨質疏松者；（6）臨床資料不全者。

1.3 方法

對照組采用單純常規后外側入路人工全髖關節置換術治療。患者常規術前準備，術中全身麻醉，取健側臥位，手術采用后外側入路，以大轉子為中心弧形切開皮膚，沿肌纖維走行劈開臀大肌，放置牽開器，顯露短外旋肌群，使用電刀沿股骨距切斷短外旋肌群，T型切開關節囊，暴露股骨頭和髖臼外緣，手法操作使股骨頭脫位，常規截骨，清理并磨挫髖臼，用鉆逐級擴大股骨髓腔。根據髓腔挫型號選取合適生物型股骨假體及髖臼假體安裝，復位關節，術中活動髖關節，確認關節穩定后，置管引流，逐層縫合關節囊、外旋肌群、闊筋膜張肌、皮下組織，關閉切口。

治療組在常規后外側入路人工全髖關節置換術治療中應用3D 打印技術。 患者術前準備同對照組，同時行薄層CT 掃描， 采用Mimics 軟件獲取患者3D數據，行術前數字規劃，初步確定假體規格型號，3D打印機1:1 打印患側髖關節模型，行桌面推演模擬操作，再常規行后外側入路手術，方法同對照組。

1.4 觀察指標及判定標準

（1）測量治療組患者術前3D 打印模型還原的髖臼假體大小與髖臼中心點下移值，并與術后實際測量值對比。

（2）記錄兩組基本手術指標，包括手術時間、術中出血量、術后引流量與住院時間。

（3）術后予以兩組影像學復查，觀察髖臼假體位置， 測定股骨柄傾斜角度與髖臼外展角度， 基于Delee-Charnley 分區法評估髖臼杯的穩定性。 假體不穩： 髖臼杯移位或3 個分區同時出現≥1 mm 的透亮線； 假體松動： 髖臼垂直和/或水平方向出現≥6 mm的移位。

（4）治療前及治療后3 個月時，使用疼痛數字評分法(NRS)評估兩組靜息時的髖關節疼痛情況；使用Harris 髖關節功能評分量表（HHS）評估兩組的髖關節功能。NRS 依據有無疼痛及嚴重程度分為0（無痛）～10（劇痛）級，分值 0～10 分，得分越高表示痛感越強。HHS 量表從疼痛、功能、畸形、活動度4 個方面對髖關節功能進行評價，滿分100 分，得分越高，表示髖關節功能越好。

1.5 統計方法

采用SPSS 21.0 統計學軟件進行數據分析，計量資料以（）表示，采用t 檢驗；計數資料以頻數和百分比（%）表示，采用 χ2檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 治療組基于術前3D 打印模型測量與術后實際測量髖臼指標比較

治療組基于術前3D 打印模型測量的髖臼假體大小和髖臼中心點下移值與術后實際測量值比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。 見表 1。

表1 治療組基于術前3D 打印模型測量與術后實際測量髖臼指標比較[（）,mm]

表1 治療組基于術前3D 打印模型測量與術后實際測量髖臼指標比較[（）,mm]

時間 髖臼假體大小 髖臼中心點下移值術前3D 打印模型測量術后實際測量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 兩組基本手術指標比較

治療組手術時間短于對照組，術中出血量與術后引流量均少于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；兩組術后住院時間比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組患者基本手術指標比較（）

表2 兩組患者基本手術指標比較（）

組別 手術時間（min）術中出血量（mL）術后引流量（mL）術后住院時間（d）治療組（n=20）對照組（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 兩組影像學復查結果比較

術后，兩組股骨柄傾斜角度與髖臼外展角度比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。 見表 3。 治療組術后髖臼杯與骨面接觸緊密，未見假體松動和不穩，髖臼杯穩定性良好；對照組術后1 周有2 例影像學下可見透亮線，術后6 個月時透亮線消失，未見假體松動和不穩。

表3 兩組患者影像學復查結果比較[（），°]

表3 兩組患者影像學復查結果比較[（），°]

組別 股骨柄傾斜角度 髖臼外展角度治療組（n=20）對照組（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 兩組髖關節疼痛與功能比較

兩組治療前NRS 與HHS 評分比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；治療組治療后NRS 評分低于對照組，HHS 評分高于對照組， 差異有統計學意義 （P＜0.05）。 見表 4。

表4 兩組患者治療前后 NRS 與 HHS 評分比較[（），分]

表4 兩組患者治療前后 NRS 與 HHS 評分比較[（），分]

組別NRS 評分治療前 治療后3 個月HHS 評分治療前 治療后3 個月治療組（n=20）對照組（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 討 論

人工全髖關節置換術是骨科臨床治療髖關節疾病的常用手術，手術技術難度較高，存在準確重建髖臼結構、恢復肢體有效長度、平衡髖關節軟組織等諸多技術難點[3]，準確尋找并恢復髖關節旋轉中心，精準安放髖臼假體，是有效重建髖關節結構、接近髖關節生理狀態、增加髖關節穩定性、確保手術療效的關鍵[4]。

傳統后外側入路人工全髖關節置換手術中，解剖結構定位與測量主要基于X 線的二維模板， 或是采用健側鏡像投射法，均缺乏立體性，定位與測量的精準度不高，導致實際手術中較難在三維空間中準確定位，因此手術難度較大，操作風險也相對較高[5]。3D 打印技術是第三次工業革命的代表技術，其以數字模型文件為基礎，運用可黏合材料，可以通過逐層打印的疊加方式對物體進行構造，最終讓平面上的模型成為三維實物。 其在醫學領域常與CT 掃描技術聯合應用，其可以根據CT 掃描獲取的數據，對人體器官、骨骼等進行三維打印，獲取與患者解剖結構高度契合的模型[6]。此法無需制作模具，可以直接打印，快速建造，能夠讓醫生在真正手術前預先進行模擬手術演練，進而提高手術的精準度與安全性。 目前，已有臨床研究證實， 以3D 打印技術輔助人工全髖關節置換手術，尤其是應用于人工全髖關節翻修手術中，可以更準確地評估髖臼側骨缺損程度，并于術前設計修復缺損的方案，有效提高手術效果，減少手術損傷，降低術后并發癥發生率[7]。 本研究結果顯示，治療組基于術前3D打印模型測量的髖臼假體大小和中心點下移值與術后實際測量值比較，差異無統計學意義（P＞0.05），提示基于術前3D 打印技術模擬患者髖關節的精準度高，能夠實現有效模擬，可為正式手術的順利開展提供很有價值的幫助，與楊佳等[8]的研究結果相符。治療組手術時間短于對照組，術中出血量與術后引流量均少于對照組（P＜0.05），考慮原因為基于術前3D 打印模型可以供施術者在術前規劃假體型號并桌面推演模擬操作，手術準備工作更為充分，有利于醫生更快、更好地完成手術，從而縮短手術時間，避免和減少術中不必要的損傷，與CAI 等[9]的研究結論相符。 治療組治療后NRS 評分低于對照組，HHS 評分高于對照組（P＜0.05），提示基于術前3D 打印技術輔助應用于人工全髖關節置換術治療中， 實現了術前精細規劃，提高了患者術中假體安放的精準度，從而更好地重建患者髖關節結構，增加其穩定性，減輕患者疼痛，促進患者術后髖關節功能恢復，與陳銀華等[10]的研究結論一致。

綜上所述，臨床將3D 打印技術應用于人工全髖關節置換術中，假體安放精準度高，可以縮短手術時間，減少術中出血量，緩解術后疼痛，促進髖關節功能恢復，臨床療效確切，值得推廣應用。