3D打印技術(shù)在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染Ⅱ期翻修手術(shù)中應用

周廣福，朱偉民，唐本森，伍旭林

(貴州省骨科醫(yī)院關(guān)節(jié)科，貴陽 550007)

術(shù)后感染是髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后最嚴重的一類并發(fā)癥，不僅增加患者經(jīng)濟負擔，更威脅其生活質(zhì)量和心理健康，同時也加大了骨科醫(yī)師治療難度，對于初期感染再次進行Ⅱ期翻修手術(shù)的患者，需要就不同感染情況，采取相應的手術(shù)方案[1-3]。在關(guān)節(jié)外科的臨床手術(shù)中，髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)屬于難度較高的一類，其術(shù)后療效要顯著低于初次髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。以往對患者進行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染進行Ⅱ期翻修手術(shù)，依賴于手術(shù)醫(yī)師的臨床經(jīng)驗及手術(shù)過程中的技巧，在術(shù)前根據(jù)患者CT結(jié)果，對其骨損及感染情況進行預估；在實施手術(shù)及清創(chuàng)過程中，需要臨時根據(jù)患者的實際情況做出判斷并選擇相應的假體植入，不僅耗時耗力，且對手術(shù)醫(yī)師的主觀依賴性較高[4-5]。隨著科學技術(shù)的進步，新興的3D打印技術(shù)開始逐漸運用于醫(yī)學領(lǐng)域，本院骨科嘗試在髖關(guān)節(jié)感染翻修手術(shù)開展前，采用3D打印技術(shù)進行手術(shù)的預演，取得了滿意療效，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2014年7月至2016年7月本院收治的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染患者需要進行Ⅱ期翻修手術(shù)21例作為3D打印組，其中男12例，女9例，平均年齡(67.4±8.2)歲；選取同期未通過3D技術(shù)而直接進行的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)21例患者為對照組，其中男11例，女10例，平均年齡(66.7±8.9)歲，兩組一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2方法

1.2.1制作髖關(guān)節(jié)3D模型 手術(shù)前對患者進行雙側(cè)髖關(guān)節(jié)及股骨CT掃描，厚度0.625 mm，并將得到的數(shù)據(jù)以DICOM格式存儲。將掃描的DICOM格式文件導入MIMICS10.01軟件，構(gòu)建患者股骨近端3D模型。將初步構(gòu)建的3D模型導入MAGICS18.0軟件，對模型進行微調(diào)處理，并對其進行逆向加工處理，得到反向股骨模型，同時將髖關(guān)節(jié)與股骨近端結(jié)合，合成STL文件，再將模型導入3D打印機，并采用ABS樹脂對模型進行打印。將打印得到的3D髖關(guān)節(jié)模型取出，根據(jù)該實體模型，推測患者體內(nèi)骨缺損的真實情況，并嘗試進行手術(shù)前的預演及手術(shù)實施具體方案的設(shè)計，在手術(shù)開始前將磨具消毒放入手術(shù)室待用。

1.2.2手術(shù) 3D打印組患者在進行髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)前，主要病變類型包括股骨頭壞死、股骨頸骨折等，術(shù)后感染均屬于晚期慢性感染，手術(shù)前進行髖關(guān)節(jié)腔穿刺，細菌培養(yǎng)結(jié)果均為陽性。Ⅰ期患者在本院首先進行清創(chuàng)、髖關(guān)節(jié)清洗、植入假體取出及抗生素骨水泥占位器植入，且對該期患者進3～4個月的規(guī)范化抗感染治療，再進行Ⅱ期髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)。

3D打印組患者在術(shù)前則是通過3D模型對其體內(nèi)骨缺損的真實情況進行推斷，可提前確定患者體內(nèi)假體的安放位置以制訂手術(shù)開展方案，并參考手術(shù)過程中消毒后的骨模型，對骨缺損進行重建以便植入翻修后的假體。對照組患者假體植入則需要根據(jù)手術(shù)過程中、手術(shù)醫(yī)師所觀察到的骨缺損情況，通過經(jīng)驗判斷，確定最為合適的植入假體。

1.2.3術(shù)后觀察及隨訪 在術(shù)后第1、3、6個月及1、2、3年進行定期隨訪，隨訪內(nèi)容主要是Harris髖關(guān)節(jié)功能評分。術(shù)后兩組患者均需要進行X射線檢查盆骨正位及股骨正側(cè)位(包括全部假體)，判斷植入假體位置是否正確，假體是否發(fā)生松動，以及其旁組織是否出現(xiàn)骨溶解現(xiàn)象等。最后將上述各組患者的末次隨訪結(jié)果作為各項指標的最后評分，并與術(shù)前的評分結(jié)果進行比較。

2 結(jié) 果

2.1兩組手術(shù)時間比較 3D打印組患者術(shù)前均成功應用3D打印實體模型進行手術(shù)預演，在手術(shù)中，依據(jù)3D打印實體模具了解骨缺損情況，選擇合適翻修假體。3D打印組平均手術(shù)時間(90.2±25.4)min，對照組為(126.6±28.8)min，3D打印組手術(shù)耗時明顯縮短，差異有統(tǒng)計學意義(t=5.99,P<0.05)。

A:X射線檢測結(jié)果；B:假體取出、抗生素占位器植入手術(shù)后的X射線檢測結(jié)果；C、D、E：體外3D假體模擬并進行實體模型打印；F、G、H：依據(jù)3D模型，進行體外手術(shù)預演；I：采用3D打印技術(shù)進行髖關(guān)節(jié)置換后的X射線結(jié)果，可見假體置入效果較佳

圖1典型病例

2.2兩組Harris髖關(guān)節(jié)功能評分比較 兩組患者術(shù)后3年內(nèi)定期進行隨訪，平均隨訪時間(25.5±11.2)個月。兩組患者術(shù)前與術(shù)后末次隨訪平均Harris髖關(guān)節(jié)功能評分比較，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組患者術(shù)后末次隨訪平均Harris髖關(guān)節(jié)功能評分比較，3D打印組高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表1。

表1 兩組手術(shù)前后Harris髖關(guān)節(jié)功能評分比較分)

2.3患者預后及恢復 對髖關(guān)節(jié)置換感染的患者經(jīng)過此次Ⅱ期翻修手術(shù)后，其手術(shù)切口均正常愈合，髖部無劇烈疼痛或不適，手術(shù)部位無感染，植入假體未有錯位或移位，血管無破損，內(nèi)部神經(jīng)均正常。術(shù)后患者在半年內(nèi)均恢復正常，無不適反應。典型的臨床病例，68歲女性，見圖1。

3 討 論

髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)后感染，是臨床外科醫(yī)師在治愈髖關(guān)節(jié)損傷患者時面臨的一個巨大難題，目前醫(yī)學界還未有一致的治療標準[6-8]。對于髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)后發(fā)生感染患者，僅僅使用抗生素是很難對體內(nèi)植入的假體病灶進行有效治療，對該類患者通常建議進行Ⅱ期翻修置換手術(shù)[9-10]。相比于第1次的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，Ⅱ期的翻修置換手術(shù)難度顯著提高，因而在手術(shù)前后不可避免地出現(xiàn)無法預料的狀況，且術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較高，影響患者預后[11-15]。

為詳盡了解手術(shù)感染患者髖關(guān)節(jié)的真實情況，本院通過CT掃描等其他相關(guān)數(shù)據(jù)進行體外3D建模，利用3D打印技術(shù)將建模的結(jié)果進行實體打印，從而建立患者個體化的髖臼及股骨端模型，為術(shù)中適宜假體的選擇及突發(fā)事件做好充分準備，從而降低術(shù)中組織損傷，減少不必要的假體植入調(diào)試，縮短了手術(shù)時間，多方面提高了Ⅱ期翻修手術(shù)治愈率及預后恢復水平。

本研究中3D打印組患者術(shù)前使用3D打印模型進行了手術(shù)預演。對于未出現(xiàn)明顯缺損的患者，植入的假體選用初次置換的髖臼假體；對于出現(xiàn)骨缺損的患者，需要植入金屬杯加內(nèi)襯或橢圓形髖臼杯，或大頭臼等進行置換翻修。本研究3D打印組患者置換翻修效果也表現(xiàn)突出，手術(shù)過程中方案的實施與術(shù)前的預演較為一致。相比于對照組，3D打印組患者末次隨訪的Harris髖關(guān)節(jié)功能評分顯著高于對照組，其手術(shù)過程所耗費的時間也顯著短于對照組。

綜上所述，雖然髖關(guān)節(jié)術(shù)后感染是髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)所面臨的一大挑戰(zhàn)，大部分患者需要進行Ⅱ期置換翻修，但在3D打印技術(shù)的應用下，取得了很好的臨床效果，可顯著縮短手術(shù)耗時、降低手術(shù)成本，提高翻修置換術(shù)效率，改善患者的預后評價，值得在臨床中推廣和應用。

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