陳杰 許燕飛 郭英 艾元亮 王濤 張俊 李皎 袁長飛 李玉恒 蔣江麗

【摘 要】目的：探討3D-打印技術(shù)在成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)中如何指導(dǎo)選擇臼杯大小的應(yīng)用價值。方法：選擇2014年6月至2017年12月間我院成人髖臼發(fā)育不良患者21例進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，男性5例5髖，女性16例16髖，按Crowe分型，Ⅱ型6例（6髖），Ⅲ型11例（11髖），Ⅳ型4例（4髖），年齡30～78歲，平均年齡55.3歲。所有患者術(shù)前行CT掃描并將二維原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入專用軟件進(jìn)行三維重建，利用軟件剖面分割技術(shù)充分觀察髖臼的特異形態(tài)，并將模型數(shù)據(jù)傳送至3D打印機(jī)打印出髖關(guān)節(jié)模型，提前確立旋轉(zhuǎn)中心、真臼位置等，從而擬定臼杯大小，在實(shí)體模型上進(jìn)行術(shù)前演練。術(shù)后對髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行Harris評分，對二維術(shù)前計劃及三維術(shù)前計劃所擬定的臼杯假體大小型號與實(shí)際置換中的假體型號吻合度進(jìn)行評估。結(jié)果：21例患者均獲得3～36個月術(shù)后隨訪，平均隨訪12. 8月，術(shù)前為（46.2±5.3） 分，術(shù)后評分為（ 86.3±4.3） 分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0. 05），優(yōu)17例，良4例。利用3D—打印技術(shù)擬定的臼杯大小數(shù)據(jù)中85%與實(shí)際置換中一致，其組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.865，明顯較基于X射線平片所作的二維術(shù)前計劃準(zhǔn)確。結(jié)論：3D-打印技術(shù)指導(dǎo)成人髖發(fā)育不良全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中臼杯大小型號選擇具有較高的參考價值，同時可縮短手術(shù)時間，最大化地增加假體的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】髖臼發(fā)育不良；全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)； 臼杯型號； 3D打印

【中圖分類號】R323.4+5

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【文章編號】1005-0019（2018）08-010-01

成人先天性髖臼發(fā)育不良（DDH）是一種先天性的髖關(guān)節(jié)發(fā)育性疾病，致殘率較高，目前人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療成人先天性髖發(fā)育不良的公認(rèn)方案 [1]。由于DDH患者股骨-髖臼發(fā)育異常，如髖臼缺損、變淺，臀中肌變形等解剖畸形，使得手術(shù)操作及假體選擇較為困難，臼杯選擇不當(dāng)在術(shù)后常會出現(xiàn)假體脫位、疼痛等并發(fā)癥，而合適的臼杯大小能獲得較好的力學(xué)穩(wěn)定性，更好的壓配及骨性覆蓋能減少并發(fā)癥的發(fā)生[2]，因此根據(jù)患者個體化的髖臼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇與骨盆相適的臼杯大小型號，制定出個性化的手術(shù)方案顯得尤為重要。

既往傳統(tǒng)的二維影像學(xué)資料對骨性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析存在一定的局限性，使得術(shù)前計劃存在偏差[3]。近年來興起的3D-打印技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用到全髖關(guān)節(jié)置換的術(shù)前計劃中，3D-打印技術(shù)能準(zhǔn)確、直觀、立體的呈現(xiàn)出髖臼的特異性結(jié)構(gòu)，在此技術(shù)上所進(jìn)行的三維術(shù)前計劃為個性化臼杯假體大小型號的選擇提供了新的手段。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取我院2014年6月至2017年12月間在我院明確診斷為成人發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良且需進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換患者21例，按Crowe分型，Ⅱ型6例（6髖），Ⅲ型11例（11髖），Ⅳ型4例（4髖），年齡30～78歲，平均年齡55.3歲。

選擇標(biāo)準(zhǔn)：①明確診斷為成人DDH并且Crowe 分型為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的患者；②嚴(yán)格按髖關(guān)節(jié)置換適應(yīng)證入選；③患者對治療相關(guān)內(nèi)容均知情同意。④年齡在20歲以上，能夠耐受手術(shù)，均在我院成功實(shí)施初次人工THA；⑤手術(shù)均統(tǒng)一術(shù)者、術(shù)式操作。

排除條件： ①合并嚴(yán)重器質(zhì)性疾病、內(nèi)科基礎(chǔ)較差的患者；②風(fēng)濕、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者；③合并嚴(yán)重感染患者等。

1.2 方法

1.2.1 術(shù)前3D模型制作

①所有患者行螺旋CT掃描后均進(jìn)行模型運(yùn)算，分別獲得兩種3D模型，并以STL格式保存，按照一定的參數(shù)輸出至3D快速成形機(jī)，分別制作出與實(shí)體1∶1等大的全髖關(guān)節(jié)模型和不含股骨頭及股骨上段的髖關(guān)節(jié)模型。

②打印模型的效度驗證：邀請關(guān)節(jié)外科組醫(yī)師進(jìn)行問卷開放性調(diào)查，對采用3D打印模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃的有用性、逼真度和真實(shí)感進(jìn)行評價；術(shù)者術(shù)后填寫問卷對3D打印模型的逼真性及假體吻合度進(jìn)行評價。

1.2.2 兩組術(shù)前計劃

Ⅰ組：利用傳統(tǒng)的膠片模板法在患者正位骨盆X線片上進(jìn)行術(shù)前設(shè)計，預(yù)測臼杯假體型號大小，參照Ranawat標(biāo)準(zhǔn)安放髖臼假體。

Ⅱ組： ①在實(shí)體打印出的髖臼模型上，觀察髖臼發(fā)育的形態(tài)（CroweⅡⅣ型淺杯狀、CroweⅢ、Ⅳ型貝殼狀等），對健側(cè)及患側(cè)進(jìn)行對比，根據(jù)髖臼的發(fā)育情況判斷出真臼位置；②觀察股骨近端股骨頭的畸形程度、頸干角大小及股骨位置上移的程度；③通過觀察髖臼骨質(zhì)缺損的程度及骨贅增生的程度，來評估髖臼后壁可磨削的范圍及是否需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)植骨；④測量髖臼后壁厚度、臼窩前后徑、股骨偏心距等數(shù)值，確定出髖臼旋轉(zhuǎn)中心，即假體安放的中心；⑤清除髖臼模型上的增生骨贅，進(jìn)行術(shù)前模擬設(shè)計，通過使用不同直徑的骨銼對髖臼進(jìn)行磨銼，從而擬定出所要植入真臼內(nèi)的臼杯型號大小，并模擬臼杯假體植入的過程，確保臼杯安放于真臼內(nèi)，并獲得最好的骨質(zhì)包容，達(dá)到最佳的初始穩(wěn)定性。

1.2.3 全髖關(guān)節(jié)置換術(shù) 取90°健側(cè)臥位，髖關(guān)節(jié)后外側(cè)切口，徹底松解患髖周圍軟組織，顯露出關(guān)節(jié)囊，取出股骨頭，顯露髖臼骨性結(jié)構(gòu)并明確髖臼發(fā)育不良類型和骨缺損程度，與術(shù)前三維數(shù)字重建圖像進(jìn)行對比。根據(jù)術(shù)前計劃中的骨性標(biāo)志確定真臼位置、清除骨贅、磨銼髖臼、安放假體，評估髖臼對臼杯包容度及穩(wěn)定性，最后置放臼杯、股骨柄假體，必要時行粗隆下截骨，檢查髖關(guān)節(jié)活動度及穩(wěn)定性。術(shù)畢常規(guī)抗感染、抗凝等對癥處理。

1.2.4 療效評價 評價指標(biāo)：（1）術(shù)后采用Harris評分標(biāo)準(zhǔn)對髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評測，總分為100分，優(yōu)：>90分、良：8 0～90分、中：70～79分、差：<70分；（2） 評估二維及三維術(shù)前計劃所擬定臼杯假體型號與實(shí)際關(guān)節(jié)置換中臼杯型號吻合度。

1.2.5 統(tǒng)計學(xué)方法 使用SPSS14.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）對二維髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前計劃及三維髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前計劃與實(shí)際置換中假體尺寸的吻合度進(jìn)行評估。對于關(guān)節(jié)置換前后關(guān)節(jié)功能改善Harris評分差異采用配對t檢驗作分析，P < 0.05為差異有顯著性意義。

2 結(jié)果

2.1 隨訪形式 要求患者術(shù)后第3、6個月、1年，以后每年返院復(fù)查，本組21例患者均獲得3～36個月術(shù)后隨訪，平均隨訪12. 8月，隨訪率為88.5%，隨訪形式為來院復(fù)診及電話隨訪，隨訪記錄時間從術(shù)后第3個月開始。

2.2 療效評定 術(shù)前Harris評分為（46.2 ±5.3） 分，隨訪時評分為（ 86.3 ± 4.3） 分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0. 05） ，優(yōu)17例，良4例。說明全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)明顯改善了髖關(guān)節(jié)的總體功能。

2.3 患者髖關(guān)節(jié)置換前計劃與實(shí)際臼杯假體吻合情況 計算機(jī)輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前計劃所擬定的臼杯大小數(shù)據(jù)中有17個與實(shí)際關(guān)節(jié)置換中的一致，比率為85%，相比之下，二維計劃僅有15%的吻合率。對二維髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前計劃所擬定的臼杯尺寸與關(guān)節(jié)置換中實(shí)際應(yīng)用尺寸大小進(jìn)行吻合度評估，其ICC值為0.225，較三維髖關(guān)節(jié)置換前計劃與實(shí)際應(yīng)用臼杯尺寸間ICC值明顯偏小，后者值為0.865。

3.1 成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)臼杯大小的選擇 成人髖發(fā)育不良進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，在臼杯大小選擇的問題上通常面臨以下兩種情況：①選擇大臼杯可有效降低脫位率，同時由于DDH患者年齡結(jié)構(gòu)相對偏小，使用大直徑陶瓷股骨頭假體，可獲得更優(yōu)的摩擦界面增加抗磨損率、延長假體的使用壽命。但對于CroweⅢ、Ⅳ型臼壁發(fā)育較差的患者而言，需要通過進(jìn)行結(jié)構(gòu)植骨來滿足臼杯的骨性覆蓋，遠(yuǎn)期可能出現(xiàn)植骨塊吸收、假體松動的風(fēng)險；②選用小號臼杯臼杯初始穩(wěn)定性更強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)植骨，為二期翻修做準(zhǔn)備；但由于小臼杯假體應(yīng)力集中，遠(yuǎn)期松動率較高。臼杯假體大、小各有自己優(yōu)缺點(diǎn)，沒有絕對的優(yōu)劣之分，在對成人髖發(fā)育不良患者進(jìn)行全髖置換時合適的臼杯假體顯得極其重要，只有平衡好臼杯大小與穩(wěn)定性、磨損率及活動度之間的關(guān)系，才能滿足匹配大直徑股骨頭假體的需求，又能獲得良好的骨性覆蓋。由于術(shù)者有不同的手術(shù)經(jīng)驗和觀點(diǎn)，術(shù)中往往根據(jù)自己的經(jīng)驗選擇臼杯大小，對于經(jīng)驗不足的手術(shù)醫(yī)師，術(shù)中對患者髖臼特異的骨性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把握不是全面，往往不能真正做到“取長補(bǔ)短”，很難選擇最合適的臼杯大小。所以在術(shù)前根據(jù)患者特異的髖臼骨性結(jié)構(gòu)擬定合適的臼杯大小意義重大。

3.2 3D-打印技術(shù)在臼杯假體選擇中的優(yōu)勢 使用傳統(tǒng)的膠片法進(jìn)行術(shù)前設(shè)計可因為X片放大比率、骨性重疊、人為主觀等因素導(dǎo)致選擇假體時產(chǎn)生誤差[3]。如何利用3D-打印技術(shù)進(jìn)行術(shù)前設(shè)計選擇合適的臼杯大小，我們的解決方案如下：①對于CroweⅡ、Ⅲ髖臼壁發(fā)育尚可，前后壁骨量相對較多患者，在保證髖臼杯有良好骨性包容、穩(wěn)定性及骨貯備前提下盡量選擇使用大號臼杯以匹配大直徑陶瓷股骨頭假體，術(shù)中通?？梢栽谠y臼骨性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上磨銼，放置臼杯假體，通過術(shù)前模擬觀察臼杯的骨性包容情況，擬定臼杯大小。本組患者中CroweⅡ型6例（6髖）、Ⅲ型4例（4髖）我們采用直徑50mm以上髖臼杯，平均臼杯直徑達(dá)54mm；②對于部分CroweⅢ型患者，髖臼前壁或外上方發(fā)育不佳、骨質(zhì)缺損者，為了避免結(jié)構(gòu)植骨，可選擇髖臼內(nèi)移加深或內(nèi)陷截骨，通過術(shù)前臼杯模擬植入，觀察髖臼內(nèi)壁有無戳穿及髖臼前后壁對臼杯的骨性包容情況，擬定一個臼杯大小，其既能滿足骨性覆蓋、穩(wěn)定性的要求，又能避免結(jié)構(gòu)植骨，本組CroweⅢ型4例（4髖）使用了48～52mm臼杯假體，平均直徑為50mm。③對于髖臼發(fā)育不佳、骨量少，但必須使用大直徑陶瓷股骨頭假體的年輕患者，往往需進(jìn)行結(jié)構(gòu)植骨，我們利用術(shù)前測量、評估臼杯骨性覆蓋情況，首先判斷所選擇臼杯骨缺損面積是否需要進(jìn)行植骨，同時對植骨面積、位置進(jìn)行術(shù)前測算。本組中CroweⅢ型3例（3髖）術(shù)前3D-CT模擬后發(fā)現(xiàn)臼杯假體有大于30%的缺損面積，選用直徑52～56mm的骨小梁金屬臼杯假體，同時進(jìn)行結(jié)構(gòu)植骨。④對于CroweⅣ患者，術(shù)前模擬發(fā)現(xiàn)髖臼各壁發(fā)育均較差，往往只能通過內(nèi)移加深來重建髖臼，選擇臼杯時只能選擇型號偏小的臼杯假體來獲得理想的骨性包容，但我們爭取髖臼杯假體至少44mm，（LINK Combi CuP 臼杯直徑44mm可匹配32mm的陶瓷股骨頭假體），通過術(shù)前模擬以驗證可行性。本組CroweⅣ型4例（4髖），選用直徑40～48mm，平均44mm臼杯假體來獲得理想的骨性包容。本組21例患者術(shù)中實(shí)際植入臼杯假體型號與術(shù)前擬定型號吻合度達(dá)85%，再次驗證了3D-打印輔助技術(shù)對成人髖發(fā)育不良全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前假體型號的選擇具有較高的參考價值，它為成人髖發(fā)育不良選擇個性化的臼杯大小型號提供了一個精確、客觀的新手段。不但有利于提高手術(shù)的精確性，縮短手術(shù)時間，更重要的是減少術(shù)中骨折及術(shù)后假體松動等并發(fā)癥的發(fā)生。

4 結(jié)論

使用3D-打印技術(shù)進(jìn)行術(shù)前設(shè)計為成人髖發(fā)育不良全髖置換術(shù)中臼杯假體大小型號的選擇提供了一個較為直觀、準(zhǔn)確的測量和評定方法，具有較高的指導(dǎo)價值。

參考文獻(xiàn)

[1] Li H，Wang L，Dai K，et al.Autogenous imPaction grafting in total hiP arthroPlasty with develoPmental dysPlasia of the hiP.J ArthroPlasty.2013；28（4）.637-643.

[2] 易勇，卜延民，李曉輝，蔡友毅，謝紅波，劉繼仁.全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)生物型臼杯大小選擇的影響因素[J].中國骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，2011，26（04）：342-343.

[3] 王野舟，肖榮馳.人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前設(shè)計的研究進(jìn)展[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2018，18（06）：61-63.