金屬3D打印定制化人工全腕關節置換術臨床應用的觀察

劉暢 陳山林

采用人工腕關節假體進行全腕關節置換術，已經成為了國外在治療類風濕關節炎、繼發于橈骨遠端骨折及舟骨骨折的創傷性關節炎等腕關節疾患中的一種常見治療措施[1]。國內手外科醫生和患者苦于無假體可用，不得不選擇全腕關節融合術的治療方式；不論是醫生還是患者都期望有更優異更多樣的選擇。本研究在充分考慮到人工假體的設計原則并參考國外新型假體的設計理念的前提下，結合鈦合金3D打印骨小梁的新型制作方法，成功應用一款人工腕關節假體為患者進行了治療。

資料與方法

一、資料

1.病例來源：患者男，19歲，因“腕關節疼痛活動受限4年”于北京積水潭醫院門診就診。患者4年前無明顯誘因，出現右腕關節疼痛，屈伸活動受限，于當地醫院就診，未予特殊治療。后疼痛及活動受限加重，再次就診后考慮為腕關節結核，給予規律抗癆治療4個月，未見好轉。這期間于腕關節鏡下取腕關節滑膜，送病理檢查，無類風濕表現，無感染表現,未做病理學診斷。后就診于北京積水潭醫院手外科門診，診斷為“非特異性腕關節炎”。

2.體格檢查：右腕關節皮膚顏色正常，無紅腫，無色素沉著，無破潰。皮溫正常。腕關節屈曲30°固定畸形，無被動屈伸活動。橈偏0°，尺偏30°，旋前旋后同健側，旋前80°，旋后90°。握力2 kg。quick DASH評分40.9分;PRWE評分31分;VAS評分3分(圖1)。

3.影像學檢查：右腕關節正側位示腕關節力線良好，無關節脫位。未見骨破壞征象，橈腕關節及腕中關節關節間隙消失(圖2)。

圖1 患者術前功能評估 A 雙側腕關節主動屈曲 B 雙側腕關節主動背伸 C 各評分均表示為患側與健側的比值 圖2 右腕關節正、側位X線片 A 右腕關節正位示腕關節力線良好，無關節脫位 B 右腕關節側位示未見骨破壞征象，橈腕關節及腕中關節關節間隙消失

二、 方法

1.手術:患者于2020年11月3日在靜脈全麻加臂叢神經阻滯麻醉下，行全腕關節置換術。患肢外展平放在專用手術臺上，在氣囊止血帶下進行手術。在止血帶充氣前靜脈預防用抗生素(頭孢呋辛1.5 g)。術中備小C型臂X線機進行透視，并采用層流手術間。采用腕背正中入路，逐層切開淺層和深層筋膜，暴露伸肌支持帶。從其橈側起點開始至尺側完整牽開，與周圍皮膚軟組織臨時縫合固定，保留備用。松解腕背伸肌間室，向兩側分別牽開拇長伸肌及伸指總肌，暴露關節囊。以遠側為蒂，將關節囊U型掀開，在盡可能保留橈骨側殘端的前提下貼近橈骨側切開。清理滑膜，摘除月骨后，將腕關節向掌側脫位。以Lister結節和橈骨遠端關節面做為參考，在橈骨背側放置截骨器。調整截骨器直至指示桿在冠狀面以及矢狀面上均與橈骨軸線平行后，用克氏針臨時固定截骨器，透視下再次確認指示桿位置，在正側位上指示桿均與橈骨解剖軸線平行。用擺鉆緊貼截骨器進行橈骨遠端截骨，截骨平面控制在軟骨下骨水平，并注意保留下尺橈韌帶以及關節囊附著處。截骨后平面與橈骨軸線垂直。將腕關節掌側脫位后，從橈骨截骨面置入髓腔銼，逐號擴大髓腔，在靠近橈側皮質處逐漸打入髓腔銼，避免假體發生尺偏。當髓腔銼不能繼續打入，與骨皮質有良好接觸時停止擴髓。最終使用的髓腔銼型號為S號。由腕尺側經皮橫向置入克氏針，固定三角骨遠極與頭骨。以第三掌骨做為參考點，置入腕骨側截骨器，調整截骨平面位于頭骨遠極2 mm水平，使用擺鋸進行截骨。截骨面與前臂長軸垂直。取出三角骨固定克氏針，從頭骨截骨平面處沿頭骨長軸置入克氏針，正側位透視下均位于頭骨中心，使用4.5 mm鉆頭擴髓，置入腕骨側試模。繼續置入S號橈骨側試模。根據軟組織張力情況，放入Ⅰ型高度(高度最低)的墊片，腕關節復位后，測試腕關節假體穩定性，以及前后抽屜試驗。可見腕關節穩定性良好，背伸可至0°。后進行掌側軟組織松解，背伸可被動活動至15°，屈曲至40°。取出試模，充分沖洗創面后，根據試模大小使用打器置入腕骨側假體，在兩側分別置入皮質螺釘。橈骨側通過第二腕掌關節進入第二掌骨髓腔，尺骨側螺釘指向第五腕掌關節，并不跨過此關節，置入鉤骨內。獲得腕骨側假體的初期穩定性。根據試模大小使用打器置入橈骨側假體，并將I 型墊片卡入腕骨側假體。取部分截骨內松質骨，填入遠排腕骨，行遠排腕骨間融合術。最后將腕關節復位后，再次檢查患者腕關節活動度，腕關節軟組織張力，并行前后抽屜試驗，測試假體穩定性滿意。術中透視示假體位置滿意。放置負壓引流管1根。采用伸肌支持帶遠1/3部分進行關節囊補充，修補縫合關節囊，完整覆蓋假體。逐層縫合,關閉手術切口(圖3)。

圖3 腕關節假體置換手術步驟 A 腕背正中入路 B 切開伸肌支持帶 C U型掀開關節囊 D 置入橈骨側截骨器 E 截骨器正位透視 F 截骨器側位透視 G 橈骨側髓腔銼至擴髓滿意 H 置入腕骨側截骨器 I 置入合適大小的模試 J 術后透視正位X線片 K 術后透視側位X線片

2.術后康復：術后給予患者可調式支具固定，固定在背伸0°位；可逐漸增加背伸角度。術后第2天消腫后，每3天將背伸度數增加3～5°。術后2周傷口拆線，被動背伸固定角度可至20°左右。在臂叢麻醉鎮痛下，進行術后第1次主動康復鍛煉。術后鍛煉視覺模擬評分法(visual analogue scale， VAS)評分7分，休息時VAS評分2分。此后進行常規主被動康復鍛煉。術后6周復查，VAS 0分，主動活動背伸12°，屈曲30°，旋后86°，旋前80°(圖4)。X線片示假體位置滿意(圖5，6)。

圖4 患者術后6周腕關節活動度 A 背伸 B 旋后 C 屈曲 D 旋前

圖5 術后X線片顯示假體位置滿意 A 正位 B 側位

圖6 本例人工腕關節假體

討 論

1.假體設計的理念：目前國外常見使用的第四代假體，包括Re-Motion，Universal Ⅱ，Maestro等，均采用三件式組配安裝，生物型固定[2-3]。假體摩擦界面同常見的髖膝假體一致，為鈷鉻鉬合金以及高分子聚乙烯材料。假體植入部分采用鈦合金材料，既與骨組織具有最為相近的彈性模量，降低術后應力遮擋的發生，又滿足組織相容性， 通過對部分骨-植入物接觸面噴涂羥基磷灰石，促進骨長入，進一步增加生物固定強度。這3款假體經臨床驗證，在中期隨訪中均獲得了較為滿意的結果。患者術后疼痛明顯減輕，可恢復滿足生活需要的腕關節活動度[4]。然而，假體翻修率仍然明顯高于髖膝關節假體，主要問題集中在假體腕骨組件的松動，以及進而發生的脫位[5]。針對組件松動的問題，本例引進了鈦合金3D打印金屬骨小梁技術。該技術在動物實驗中表現出優異的骨長入特性[6]，同時目前也臨床應用于髖關節定制化假體以及脊柱定制化假體中，可提高生物固定強度[7]。

本假體主體采用鈦合金3D打印制作，其為連通網格結構，表面結構和基體一體成型，不存在涂層脫落的問題。同時，多孔結構可使骨質長入假體，大大減輕假體與骨之間的機械剪切應力，使植入物獲得更好的長期穩定性。關節界面一側為鈷鉻鉬合金，另一側為高分子聚乙烯材料制作，二者均采用髖膝假體常用的關節界面材料制作。同時延續國外第四代假體設計的基本理念，采用三件式組配，生物型固定，整體參數依據患者解剖數據定制化制作(圖6)。

2.適應證：(1)類風濕性關節炎累及全腕關節，活動受限明顯。(2)橈腕關節骨性關節炎致疼痛活動受限明顯。(3)舟骨骨折不愈合腕關節進行性塌陷(SNAC)四期，舟月分離致腕關節進行性塌陷(SLAC)四期，月骨缺血性壞死四期等腕關節晚期疾患。(4)近排腕骨切除術后或是四角融合術后失敗。(5)除外禁忌情況的其他炎癥性腕關節炎。

3.禁忌證：(1)患者腕關節周圍骨骺未閉。(2)腕關節存在急慢性感染、滑膜炎活躍期的患者。(3)腕關節周圍存在嚴重骨性畸形。(4)患者從事重體力工作。(5)因多種原因至腕關節軟組織松弛，腕背伸肌支持帶缺損，術前嚴重的掌尺側半脫位等加重術后假體脫位的情況。

4.術前評估及假體定制：定制規劃：術前拍攝患者標準腕關節的正側位以及腕關節CT。采集相關假體制作數據，進行定制化假體制作。在制作時，除了制作匹配解剖數據的組件，同時需將橈骨側整體縮小2 mm制作小號組件，并配備多種高度的聚乙烯墊片，以滿足術中張力調整的需求。采集患者基本信息、年紀、年齡、慣用手，同時評估術前雙側腕關節功能,包括：(1)腕關節活動度：采用量角器置于腕關節尺側，測量屈曲，背伸。量角器置入腕背，以橈骨軸線和第三掌骨軸線做為基準，測量橈偏，尺偏。(2)握力：采用握力器評估患者握力。測量方式為上肢位于體側，屈肘90°，前臂以及腕關節中立位時的最大握力；分別測量健側及患側。測量3次取平均值，記錄形式為患側握力與健側握力的比值。(3)疼痛評分：采用VAS評分用于疼痛的評估。0分表示無痛，10分代表難以忍受的最劇烈的疼痛。(4)功能評分：利用問卷形式評價患者術后上肢功能。采用quick DASH量表以及PRWE量表進行。

5.術后康復：術后康復采用臨床醫師-康復醫師-麻醉醫師三方共同參與的多學科團隊進行。術后2周以內佩戴腕關節休息位支具。2周后在充分鎮痛下，開展腕關節主動活動鍛煉，包括屈伸和旋轉運動。夜間繼續佩戴休息位支具。在鎮痛下規律康復鍛煉，直至獲得滿意的腕關節活動度。術后6周以內避免提拉重物。分別在術后3、6、12個月進行腕關節功能評價，具體評價內容如同術前。在術后1、6個月行腕關節正側位X光片檢查，評估假體力線以及骨長入程度。

人工腕關節假體在國外已經歷經40余年的發展，目前在緩解疼痛與改善功能方面獲得了滿意效果，但仍然存在假體松動、下沉、脫位等問題[5]；而在國內，尚無任何成熟的腕關節假體上市。不論是醫生還是患者都極大的期望國內假體的成功應用。目前本假體采用第四代假體的設計理念，同時融合了3D打印鈦合金骨小梁技術，利用其優異的骨長入特性，期望可以降低假體松動的發生率。本假體目前尚處在臨床初期應用階段，期待可以開展多中心臨床應用，規范術前分類、評分及術后隨訪等方面的內容，以利于更客觀地評價各種假體的問題，獲得滿意的中長期療效結果，最終得到標準化生產，進行全國范圍內的應用。