3D打印輔助術前設計指導成人髖發育不良全髖置換術與傳統術前設計近期療效分析比較

許燕飛 郭英 艾元亮 王濤 張俊 陳杰 李皎 袁長飛 李玉恒 蔣江麗

（昆明市中醫醫院骨科 云南 昆明 650011）

成人髖臼發育不良（DDH）指由于胚胎時期髖臼軟骨發育障礙造成解剖形態及生物力學異常，導致局部關節軟骨變性、壞死，從而繼發髖骨性關節炎的先天性疾病[1]。人工全髖關節置換是目前公認的有效的治療方式[2]。成人髖臼發育不良患者股骨-髖臼發育異常，傳統的手術多依賴術者既往經驗，術前設計局限過多，使得手術操作困難。由于RP技術可制作出與實物大小、結構完全一致的模型，近年來開始在關節外科領域廣泛應用，對術前模擬和手術方案的設計具有重要參考價值對術前方案設計具有關鍵意義。通過3D打印設備對骨盆結構進行立體再現，可以給術者提供髖臼及股骨近端畸形程度和覆蓋缺損的詳細信息，評價的發育異常程度。

本文通過比較3D打印技術與傳統二維術前設計的近期療效，進步探討其在成人髖發育不良全髖置換術中的指導價值，從而提高成人髖發育不良全髖置換術的準確性。

1.資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年6月—2017年12月間在我院住院治療并行人工全髖關節置換的成人DDH患者60例，隨機分為兩組，每組30例，(Ⅰ組)傳統全髖關節置換組，（Ⅱ組）3D打印輔助術前設計置換組。兩組患者年齡、性別、Crowe分型、體重指數差異無統計學意義。

1.2 病例入選標準（同時滿足下列條件者可納入本研究）

（1）明確診斷為成人DDH并且Crowe 分型為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的患者；（2）嚴格按髖關節置換適應證入選；（3）影像學表現：均可見髖臼淺平、髖臼邊緣增生硬化等病理表現；（4）患者對治療相關內容均知情同意；（5）年齡在20歲以上，能夠耐受手術，且2014年6月至2017年12月于我院成功實施初次人工THA；（6）統一術者、術式。

1.3 病例排除標準：

（1）合并嚴重器質性疾病，如腦梗死、腦出血后遺癥等；（2）合并影響局部骨質疾病者，如骨纖維結構不良、骨腫瘤等；（3）風濕、類風濕性關節炎患者；（4）創傷性關節炎、退行性骨關節炎；（5）合并嚴重感染患者等。

2.方法

2.1 術前3D模型制作

所有患者均行螺旋CT掃描，計算完整髖關節3D模型、不含股骨頭及股骨上段的髖關節3D模型，通過3D快速成形機對髖關節模型進1∶1等大的打印。

2.2 打印模型的效度驗證

邀請醫學專業人員、術者、5名關節外科專家(主任醫師)進行問卷Ⅰ開放性調查，評估采用3D打印模型進行術前規劃的有用性、逼真度和假體吻合度。

2.2 術前設計方法

Ⅰ組：利用膠片模板法在患者正位骨盆X線片上進行術前設計，預測假體型號。

Ⅱ組：將患者數據導入M3D數字化軟件進行三維特征數字化分析。

（1）對骨盆及股骨結構進行三維重建；（2）準確定位真臼，參照Ranawat標準安放髖臼假體；（3）在數據庫中選擇臼杯假體模型，通過調節臼杯的位置和型號，擬定臼杯型號，保證髖臼完整及對臼杯的骨性包容度；（4）在臼杯模型確定髖臼旋轉中心。（5）模擬臼杯假體植入，擬定最佳的髖臼杯前傾角等角度；（6）利用Silber法確定臼杯的覆蓋率，必要時植骨。

2.3 手術方法

取90°健側臥位，髖關節后外側切口，徹底松解患髖周圍軟組織，顯露出髖臼，截骨，取出股骨頭。顯露髖臼骨性結構并明確髖臼發育不良類型和骨缺損程度，與術前三維重建圖像進行對比。根據術前計劃確定真臼位置、安放假體，評估髖臼對臼杯包容度及穩定性，最后置放真臼杯、股骨柄假體，檢查髖關節活動度及穩定性。

2.4 療效評定標準

2.4.1 手術及康復情況評估 比較兩組患者手術時間、術中出血量、術后引流量、平均住院天數、平均下地時間，統計分析兩者比較差異是否具有統計學意義（P＜0.05）。

2.4.2 功能評估 術后采用Harris評分標準]對髖關節功能進行評定，總分為100分：＞90分為優，80～90分為良，70～79分為中，＜70分為差。

2.4.3 術后影像學評估 術后拍攝骨盆標準前后位X線片，分別測量髖臼旋轉中心至淚滴連線的水平距離、垂直距離，通過上述指標評估旋轉中心恢復情況。

2.4.4 三維CT評估 術后利用M3D軟件測量臼杯影像學前傾角、外傾角及聯合前傾角角度，前傾角安全范圍為（15±10）°，外傾角為（40±10）°，聯合前傾角安全范圍為（40±5）°。評估兩組患者術前擬定和實際放置臼杯假體型號吻合率，根據術后臼杯前傾角、外傾角及聯合前傾角與標準范圍的誤差情況評價臼杯安放的合格率。

2.4.5 術后早期并發癥情況 比較兩組患者術后關節感染、髖關節脫位、下肢深靜脈血栓、肺栓塞、雙下肢不等長情況，統計分析兩者比較差異是否具有統計學意義(P＜0.05)。

2.5 隨訪標準

要求患者術后第1月、3月、6月及第1年、以后每年返院復查，隨訪形式為來院復診及電話隨訪，隨訪記錄時間為術后第1個月開始。

2.6 統計學方法

使用SPSS14.0軟件進行統計學分析，計量資料均采用均數±s標準差表示，組間比較采用配對t檢驗，計數資料采用小χ2檢驗，P＜0.05認為有統計學意義。

3.結果

3.1 Harris評分

Ⅰ組術前Harris評分為（46.2±5.33）分，隨訪時評分為（89.32±4.27）分，差異有統計學意義（P＜0.05），Ⅱ組術前Harris評分（43.22±4.23）分，隨訪時評分為（90.63±4.33）分(P＜0.05)，說明全髖關節置換術明顯改善了髖關節的總體功能，但兩組間比較無明顯差異(P＞0.05)。

3.2 兩組患者手術及康復情況

比較兩組患者手術時間、術中出血量、術后引流量、術后輸血量、平均住院天數、平均下地時間，統計分析兩者無明顯統計學差異（P＞0.05）。

3.3 兩組術后早期并發癥情況

比較兩組患者術后關節感染、髖關節脫位、下肢深靜脈血栓、肺栓塞、雙下肢不等長情況，統計分析兩者比較無明顯統計學差異（P＞0.05）。

3.4 旋轉中心恢復

Ⅰ組30例患者中術后通過拍攝骨盆標準前后位X線片進行測量，其中2例患者髖臼旋轉中心水平距離為18.4mm，超出髖臼內壁＞25%，另2例患者髖臼旋轉中心垂直距離22.5亦超出安全范圍，所有病例合格率為79.7%；Ⅱ組30例患者中術后通過拍攝骨盆標準前后位X線片進行測量，其中1例患者髖臼旋轉中心水平距離為16.5mm，其余各例髖臼旋轉中心均在安全范圍內，病例合格率為96.3%，兩組在髖臼假體安放角度方面有明顯差異（P＜0.05）。

3.5 臼杯外展角、前傾角和聯合前傾角

Ⅰ組患者術前預測髖臼外展角平均為（41.10±4.58）、前傾角度為（14.23±4.38），聯合前傾角為（39.21±2.21），與術后實際測量平均值比較有明顯差異（P＜0.05)，說明二維影像學術前計劃準確率較低；Ⅱ組患者術前預測髖臼外展角平均為（39.10±3.18）、前傾角度為（12.13±3.78），聯合前傾角為（39.21±2.21），與術后實際測量平均值比較無明顯差異（P＜0.05)，說明三維影像術前計劃準確率較高。

3.6 臼杯覆蓋率

Ⅰ組術前預測臼杯覆蓋率平均為（65.23%±2.25%），術中實際測量值為（75.78%±3.28%），吻合率為（78.25%±2.36%），Ⅱ組術前預測臼杯覆蓋率平均為（69.45±2.23），術中實際測量值為（71.96%±1.65%），吻合率為（88.36%±3.36%），兩組吻合率比較有明顯差異（P＜0.05),說明術前三維影像學測量臼杯覆蓋率明顯高于傳統二維影像學測量。

4.討論

由于成人DDH髖臼-股骨發育異常，進行髖臼重建時恢復旋轉中心，安放臼杯假體，結構植骨等操作時較為困難。傳統的術前設計是將假體模板膠片覆蓋于X射線片上進行測量，準確率較低[3]。對于復雜畸形的DDH患者，X線不適合精確量化和明確髖臼發育異常的位置、程度。因此，根據患者特異的髖臼骨性結構特點制定精確、個體的術前計劃顯得尤為重要。

我們使用3D打印輔助術前計劃分析如下：（1）精確提取髖臼特征參數，為準確重建髖臼提供參考標準。（2）使用軟件剖面觀察不同軸面上髖臼形態，選擇最匹配的臼杯假體，模擬植入過程。（3）分別從不同軸面觀察假體與股骨髓腔的壓配情況，使股骨假體與骨組織實現精確匹配。本研究中所有病例術后通過骨盆標準前后位X線片測量，1例患者髖臼水平距離，1例髖臼垂直距離超出安全范圍，1例影像前傾角超出安全范圍，合格率85.7%。

5.結論

利用3D打印輔助術前設計對成人髖發育不良全髖置換術進行術前規劃，可提高手術操作的準確性，對臨床具有較高的指導價值，按擬定的方案進行全髖置換術可恢復理想的旋轉中心、獲得最佳的臼杯安放角度、同時可獲得最匹配的假體型號，提高假體的生存率，縮短手術時間、減少術后并發癥的發生，減輕患者經濟負擔。

[1] Aksoy C,Yilgor C,Demirkiran G,et al.Evaluation of acetabular developmet after Dega acetabuloplasty in developmental dysplasia of the hip[J].J Pediatr Orthop B,2013,22(2):91-95.

[2] Bozek M,Bielecki T,Nowak R,et al.Arthroplasty in patients with congenital hip dysplasia-early evaluation of a treatment method[J].Ortop Traumatol Rehabil,2013;15(1):49-59.

[3] Carter LW,Stovall DO,Young TR.Determination of accuracy of preoperative templating of noncemented femoral prostheses.J Arthroplasty.1995;10(4):507-513.