3D打印技術輔助成人先天性髖臼發育不良髖關節置換中的應用

劉蜀君，黃金山，吳治宏，王建鍇，楊銳，袁恭貴

重慶市三峽醫藥高等專科學校附屬中醫院骨科，重慶404100

成人發育性髖關節發育不良（DDH）會使患者發生髖關節骨性關節炎，從而使患者的髖關節出現異常反應[1]。目前全髖關節置換術（THA）是DDH繼發性骨關節炎患者的首選治療方法[2]。相關研究表明，DDH患者通過3D打印技術結合髖關節置換術展開治療，可以得到良好的治療效果[3]。3D打印技術是通過采集計算機信息，建立模型，然后使用合適材料打印實體模型，從而增加臨床療效[4]。近些年，該院骨科復雜手術中，大多引用3D打印技術(模擬技術)確認患者的病情，通過計算機整理相關數據，打印出模型，從而制訂具有針對性的、科學性的治療計劃[5]。該次研究選擇該院2019年1月—2021年6月收治的40例髖關節發育不良患者作為該次研究對象，分析3D打印技術輔助髖關節置換術的治療效果，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇該院收治的40例髖關節發育不良患者作為該次研究對象，依據治療方法不同分成對照組和觀察組，各20例。通過常規置換手術治療的患者為對照組，通過3D打印技術輔助髖關節置換術治療的患者為觀察組，患者及家屬于知情同意書上簽字，研究得到院內倫理委員會的批準。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組患者一般資料比較Table 1 Comparison of general information between the two groups of patients

納入標準：①臨床癥狀和髖關節發育不良癥狀相符；②沒有明顯外傷、類風濕疾病史；③在知情同意書上簽字。

排除標準：①手術無法耐受患者；②手術前長期使用抗凝藥物治療患者；③惡性腫瘤患者。

1.2 方法

通過常規的置換手術治療的患者為對照組，通過3D打印技術輔助髖關節置換術治療的患者為觀察組。

3D打印技術。數據的采集和圖像處理技術：患者在術前通過CT掃描骨盆以及股骨，設置參數：層厚為5.00 mm，重建厚度為1 mm，數據輸入到MIMICS20.0，通過閾值分割及區域增長功能，將三維模型進行重建，然后通過STL文件輸出。見圖1~3。

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

3D模型的打印。將STL文件導入到計算機輔助設計中，并對其解剖參數進行測量，然后將其導入到MakerBot Desktop，添加支撐平臺，使用三維打印機，利用熔融沉積制造技術進行加工，獲取髖關節及去除股骨的髖關節模型。

術前測量及手術規劃。按照三維CAD軟件對髖臼前后徑、深徑、髖臼后壁的厚度、股骨偏心距進行測量，對髖臼旋轉中心點的位置進行確認，在按照3D快速原型打磨髖臼，植入型號，測試假體的型號，模擬各種直徑、大小、形態，從而評估股骨假體柄的型號及偏心距。

常規髖關節置換手術。術前進行全麻或硬膜外麻醉，患者術中采取側臥位，以髓關節后外側作為入路方式，將皮膚、筋膜依次切開，然后鈍性分離，將臀大肌切開后，將外旋肌止點顯露出來，切除拉長增厚的關節囊，然后對關節囊進行松解，脫出股骨頭，按照手術前指定的截骨線進行截骨，將髖臼充分顯露出來，尋找真臼，然后將髓臼中的軟組織及骨贅進行切除，磨銼、加深中央髖臼，如果患者的髓臼窩較淺，可以通過加蓋植骨的方式將髓臼進行加深，按照手術情況進行造臼，測試試模后，在真臼中安放髓臼假體，然后利用髓腔銼擴大股骨近端的骨髓腔，向其中放入合適尺寸的股骨近端及股骨頭假體，作試模、復位，對髖關節的穩定性及活動范圍進行檢查，完成安置假體后，復位，復位滿意，留置引流管，縫合。

圖2 假體位置Figure 2 Prosthesis position

1.3 觀察指標

比較兩組患者的治療總有效率、手術時間、術中出血量、下床活動時間、Harris評分。

1.4 統計方法

2 結果

2.1 兩組患者治療總有效率比較

觀察組患者的治療總有效率為95.0%(19/20)，對照組患者的治療總有效率為90.0%（18/20），差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

圖3 3D重建Figure 3 3D reconstruction

表2 兩組患者治療總有效率比較Table 2 Comparison of the total effective rate of treatment between the two groups of patients

2.2 兩組患者手術指標比較

觀察組患者的手術時間、術中出血量分別為（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，對照組患者的手術時間、術中出血量分別為（115.46±12.32）min、（624.79±35.82）mL，差異有統計學意義（t=5.741、8.053，P＜0.05）。

2.3 兩組患者預后效果比較

觀察組患者的下床活動時間、Harris評分分別為（2.04±0.15）d、（94.51±2.46）分，對照組患者的下床活動時間、Harris評分分別為（2.09±0.18）d、（94.46±2.34）分，差異無統計學意義（t=0.954、0.066，P＞0.05）。

2.4 兩組患者VAS評分比較

術前，兩組患者VAS評分比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后，觀察組患者的VAS評分為（1.62±0.43）分，對照組患者的VAS評分為（2.79±0.56）分，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組患者VAS評分比較[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

表3 兩組患者VAS評分比較[（±s）,分]Table 3 Comparison of the VAS scores between the two groups of patients[（±s）,points]

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3 討論

據相關研究表明，先天性髖關節發育不良的發生概率相對較高，成年DDH人群的髖關節會長時間保持脫位，從而發生畸形，特別是Crowell和Ⅳ型重度髖臼發育不良患者的股骨頭發生脫位，從而產生病理性假臼[6-9]。真臼和假臼位置關系復雜，髖臼骨骼形態異常，常伴有不同形態骨缺損，該病患者的股骨近端的應力刺激較差，從而導致其髖關節異常發育，其髖關節置換手術難度大、時間長、出血多，手術失敗的可能性較高，且會產生較多的并發癥[10]。對此類高難度髖關節置換術的個體化、精準化手術治療，降低醫療花費，提高手術療效，是目前各大關節中心努力的方向[11-12]。隨著臨床醫學水平越來越高，3D打印技術被廣泛應用于人工髖關節置換術中，能夠提升手術效果[13-15]。通過3D打印技術，模擬打印髖關節、髖臼及髖臼缺損情況，以此為根據，設計個體化/精準化設計手術方案，從而對髖臼缺損情況進行修復，可以減少手術時間，降低術中出血量[16]。該次研究結果表明，觀察組患者的治療總有效率為95.0%(19/20)，對照組患者的治療總有效率為90.0%（18/20），差異無統計學意義（P＞0.05）；兩組患者的下床活動及Harris評分比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；觀察組患者手術時間、術中出血量分別為（98.16±5.46）min、（536.49±33.49）mL，均少于對照組患者；觀察組患者術后VAS評分為（1.62±0.43）分，對照組患者的VAS評分為（2.79±0.56）分。秦磊等[17]研究結果表明，實驗組患者的手術治療有效率為94.2%，和該次研究結果大致相同，說明3D打印技術輔助髖關節置換術的有效性。陳擁等[18]研究結果同樣表明，3D打印組患者術后6個月的Harris評分為（87.37±5.21）分，傳統置換組患者的Harris評分為（86.54±3.34）分，兩組比較差異無統計學意義（P＞0.05），和該次研究大致相同。

綜上所述，成人先天性髖關節發育不良患者通過3D打印技術輔助髖關節置管術進行治療，臨床療效確切，減少手術時間及術中出血量，值得推廣。