3D打印輔助髖關節置換術個體化治療高原地區復雜髖關節疾病的臨床觀察

摘要：目的" 探討3D打印輔助髖關節置換個體化治療高原地區復雜髖關節病的臨床療效。方法" 回顧性分析2020年8月-2021年8月林芝市人民醫院收治的9例高原地區復雜髖關節疾病患者臨床資料。所有研究對象均進行3D打印輔助髖關節置換個體化治療。觀察患者手術時間、術中出血量、末次隨訪的髖關節Harris評分，術后測量髖臼假體置入外展角、前傾角，評估髖臼假體置入的準確程度。結果" 結合術前的計劃，所有患者的髖臼假體型號大小均與術前規劃一致。手術時間65～121 min，平均手術時間（87.78±16.75）min；術中出血量100～300 ml，平均術中出血量（208.33±56.47）ml；術后髖臼假體的外展角36°～47°，平均術后髖臼假體的外展角（41.00±3.43）°；前傾角13°～20°，平均前傾角（15.89±2.23）°。隨訪時間6～12個月，平均隨訪時間（9.44±1.64）個月，末次隨訪時Harris髖關節評分為83～95分，平均評分（86.22±5.22）分。結論" 3D打印輔助髖關節置換術個體化治療高原地區復雜髖關節疾病可以優化手術方案、縮短手術時間、減少術中出血、提高手術精確度和臨床效果，在高原復雜髖關節疾病的手術治療方面有較好的臨床應用價值。

關鍵詞：3D打印；高原地區；復雜髖關節病；關節置換

中圖分類號：R681.6" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2023.14.014

文章編號：1006-1959（2023）14-0076-05

Clinical Observation of 3D Printing Assisted Hip Replacement in Individualized Treatment

of Complex Hip Joint Diseases in Plateau Area

LI Rong-bin1，Jinmeiduoji1，Wangjiu1，WANG Ya-bing1，WEI Liang-long1，YUAN Song1，QIN Jun-liang1，CHEN Qunqun1，2，3

（1.The First Department of Surgery，Linzhi City People's Hospital，Linzhi 860000，Tibet，China;

2.Joint Center of the Third Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510378，Guangdong，China;

3.Joint Center of the Guangdong Research Institute for Orthopedics and Traumatology of Chinese Medicine，

Guangzhou 510378，Guangdong，China）

Abstract：Objective" To investigate the clinical effect of 3D printing-assisted hip replacement in individualized treatment of complex hip arthropathy in plateau areas.Methods" A retrospective study was conducted on 9 patients with complex hip joint disease in plateau areas treated with 3D printing-assisted total hip arthroplasty in Linzhi City People's Hospital from August 2020 to August 2021. All subjects underwent 3D printing-assisted hip replacement individualized treatment. The operation time， intraoperative blood loss and Harris hip score at the last follow-up were observed. The abduction angle and anteversion angle of acetabular prosthesis were measured after operation to evaluate the accuracy of acetabular prosthesis implantation.Results" Combined with the preoperative planning， the size of the acetabular prosthesis in all patients was consistent with the preoperative planning. The operation time was 65-121 min， and the average operation time was （87.78±16.75）min. The intraoperative blood loss was 100-300 ml， with an average intraoperative blood loss was （208.33±56.47）ml. The abduction angle of acetabular prosthesis was 36°-47 °， and the average abduction angle of acetabular prosthesis was （41.00±3.43）°. The anteversion angle was 13°-20 °， and the average anteversion angle was （15.89±2.23）°. The follow-up time was 6-12 months， with an average follow-up time was （9.44±1.64） months. The Harris hip score at the last follow-up was 83-95 scores， with an average score was （86.22±5.22） scores.Conclusion" 3D printing assisted hip arthroplasty for individualized treatment of complex hip joint diseases in plateau area can optimize the operation plan， shorten the operation time， reduce intraoperative bleeding， improve the operation accuracy and clinical effect， and has good clinical application value in the surgical treatment of complex hip joint diseases in plateau area.

Key words：3D printing;Plateau area;Complex hip joint disease;Hip arthroplasty

受青藏高原地區高海拔、高寒缺氧氣候及群眾生活習慣影響，加之地廣人稀、交通不便利、醫療條件有限等導致髖關節疾病發病率較高，多數患者出現癥狀后不能及時就醫，直到疼痛不能忍受、關節面磨損嚴重、關節畸形明顯并對日常生活嚴重影響時才就診，進而使病情愈發復雜嚴重，造成嚴重的關節功能障礙[1]。高原地區復雜的髖關節疾病易在圍手術期出現各種并發癥，手術難度較大。目前臨床上主要依據X線、CT及MRI等影像資料在術前對類似復雜的髖關節疾病作出診斷并制定手術方案，這種方法具有一定的局限性，難以準確評估解剖結構和病變范圍等具體信息。3D打印技術為復雜髖關節置換手術實現個體精準化治療帶來了希望，現已成為精準醫療的一種有效手段[2]。本研究回顧性分析2020年8月-2021年8月林芝市人民醫院收治的9例高原地區復雜髖關節疾病患者的資料，探討3D打印輔助髖關節置換個體化治療高原地區復雜髖關節病的臨床療效，現報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料" 收集2020年8月-2021年8月林芝市人民醫院就診手術的9例高原地區復雜髖關節疾病患者資料，患者均為在高原地區長期生活的人群，具有10～20年的髖關節病病史，排除資料不完整者。其中，男5例，女4例，年齡53～67歲，平均年齡（59.67±4.71）歲。本研究對象均知情同意并簽署知情同意書。

1.2影像學數據采集" 患者入院后常規進行髖關節X線檢查，根據選定的興趣區域使用64排螺旋CT薄層掃描髖關節（GE公司），掃描的基本參數為電壓120 kV，電流220 mA，掃描間距1.25 mm，獲取的膝關節薄層CT影像學圖像據以DICOM格式上傳至PACS系統圖像工作站或刻盤保存。

1.3 3D模型建模和3D打印模型制作" 利用CT掃描的數據進行3D模型重建，使用三維醫學圖像重建軟件Mimics21.0（Materialise公司）、正向工程軟件3-matic12.0（Materialise公司）和Materialise Magics21.0切片軟件（Materialise公司）進行3D建模。將患者CT掃描的DICOM數據輸入Mimics軟件，選擇閾值、填充等功能進行分割，將所有CT二維圖像分割，然后進行骨盆3D模型重建，把重建好的3D模型輸出為3D打印格式STL，將STL文件導入3D打印機，使用工業級SLA600-SE光固化打印機（極光爾沃公司）進行3D模型打印。

1.4術前規劃" ①定義平面：利用獲取的骨盆數據，1∶1重建打印骨盆3D模型，根據解剖標志確立坐標平面；②術前模擬操作：在3D骨盆模型上模擬髖臼杯的精準置入，根據病變關節周圍的骨量情況，在滿足髖臼杯角度（外展45°、前傾15°）、骨量覆蓋良好的前提下，適當上移或內移臼杯以確保最佳的骨量覆蓋，并根據髖臼前后柱作為主要參考值來確定使用臼杯的直徑。

1.5 手術方法" 所有患者均采用椎管內麻醉或氣管插管全麻，取健側臥位，后外側入路，注意保護坐骨神經，暴露關節囊后“T”型切開，屈髖內旋，股骨頭脫位并截除，顯露髖臼，用Hohmann向前牽開股骨，切除前方關節囊，用一把Hohmann和一把“S”型拉鉤牽開切口后方軟組織，此時適當調整股骨位置使髖臼獲得最佳顯露，切除關節周圍殘留的關節囊、關節盂唇及圓韌帶殘端，刮匙刮除髖臼面增生骨化組織，顯露骨性結構，以馬蹄窩為髖臼內壁的最低點，依次銼磨，直至術前規劃的髖臼假體大小，參考髖臼橫韌帶準確安放髖臼假體，股骨側使用髓腔銼依次擴髓，選擇合適的股骨柄型號植入假體，假體均為Depuy（Pinnacle臼杯，Corail股骨柄）。

1.6圍術期處理" 術后常規使用抗生素24 h預防感染，常規抗凝預防深靜脈血栓，口服阿司匹林腸溶片100 mg，1次/d。術后鎮痛：在使用鎮痛泵的基礎上口服非甾體類藥物塞來昔布膠囊200 mg，1次/d。術后鍛煉：當天開始踝泵活動，配合肌四頭肌靜力性收縮鍛煉，術后6 h可以床邊坐位鍛煉，術后當天或術后第1天在肌力允許的情況下下床負重鍛煉，術后髖關節周圍常規冰敷治療。

1.7出院標準及隨訪" 術后患者生命體征平穩、精神食欲恢復、大小便正常；手術切口干燥、無紅腫滲液等感染征象；能扶助行器自主下地行走；患肢疼痛不嚴重，口服鎮痛藥可有效控制疼痛，同時無其它需住院處理的并發癥或合并癥即可出院。出院后遵循系統的康復治療方案，術后1、3、6、12個月時進行規律隨訪，強調出院后感染預防[3]。

1.8觀察指標" 觀察手術時間、術中出血量、末次隨訪的髖關節Harris評分，術后測量髖臼假體置入外展角、前傾角，評估髖臼假體置入的準確程度。

1.9統計學方法" 采用SPSS 25.0統計軟件錄入數據并分析，計量資料以（x±s）進行描述，計數資料以[n（%）]進行描述。

2結果

2.1術后資料" 結合術前計劃，所有患者髖臼假體型號大小均與術前規劃一致。手術時間65～121 min，平均手術時間（87.78±16.75）min；術中出血量100～300 ml，平均術中出血量（208.33±56.47）ml；術后髖臼假體的外展角36°～47°，平均術后髖臼假體的外展角（41.00±3.43）°；前傾角13°～20°，平均前傾角（15.89±2.23）°。隨訪時間6～12個月，平均隨訪時間（9.44±1.64）個月，末次隨訪時Harris髖關節評分為83～95分，平均評分（86.22±5.22）分。具體病例資料見表1。

2.2典型病例" 男，55歲，藏族，右側髖關節疼痛伴活動受限20余年，常年居住在高原地區。術前結合CT的薄層掃描數據（圖1）使用Mimics 21.0建模（圖2），利用3D打印技術1∶1重建打印骨盆3D模型（圖3），術前體外模擬演示手術操作，確定術中使用的假體型號及髖臼杯安放位置（圖4），術中按照術前計劃植入假體，術后測量植入假體的角度（圖5）。隨訪術后1、3、6個月定期復查髖關節CT及髖關節Harris評分，患者絕大部分日常均能自理完成，其疼痛、功能及關節活動在術后明顯改善。

3討論

高原地區地廣人稀，長期居住在高海拔地區的中老年人，因常年慢性缺氧使得軟組織對缺氧、寒冷的耐受力明顯降低，與平原地區長期居住的中老年人群相比，更容易在工作、活動時出現肌肉勞損。而肌肉對于穩定骨關節起到至關重要的作用，長期的肌肉勞損更容易引起骨關節的退變，久而久之往往導致高原骨關節病嚴重的關節畸形，大大增加了手術難度[4]。有研究表明[5]，利用3D打印技術輔助高原地區復雜的髖關節置換手術，術前通過3D打印模型對髖關節的形態進行個體化分析，術中參照3D打印模型和術前計劃進行精確的引導，可以確切的實現髖臼假體置入的理想角度[6，7]。

3D打印輔助技術是精準的快速成型技術，以數字模型為模板，使用黏合材料，通過逐層堆疊累積的方式制造出三維實體，包括解剖模型、導航導板、假體、內植物等，廣泛應用于骨科臨床治療。近年來，3D打印技術不斷的發展與成熟，如熔融沉積成型、選擇性激光燒結等技術的發展，使其在關節外科個體化假體定制方面發揮更好的作用，可有效解決在傳統的置換手術治療中不同患者對假體型號選擇不同的問題、對假體置入位置選擇以及對關節畸形的矯正問題，從而提高關節置換術的手術精準度與手術療效[8，9]。目前，3D打印在髖關節置換中實現了個體化的髖臼假體設計及制作，強化對髖臼骨缺損的有效處理，促進髖臼導航模板的個體化制作水平，提高了手術的精準度[10，11]。在全髖關節置換術中，理想的髖關節假體植入的方向和定位是預防術后脫位、滿足日常生活活動和延長假體壽命的重要條件[12]。結合3D打印技術的輔助，術前用患者的三維CT結果設計模型，利用3D打印技術制備1∶1實體骨盆模型，術前通過對3D打印模型的測量評估、手術操作，初步估算假體的大小及置入位置，對髖臼假體行精準置入，同時也可以對嚴重的關節畸形進行矯正等難點問題[13]。大部分的3D打印局限于模型的制作，便于術者在術前對高原地區復雜骨關節形態的準確分析并確定合適的假體型號及放置位置，借助3D打印技術制備1∶1實體骨盆模型，解剖模型的使用并結合常規二維或三維影像可以幫助醫師更好地全方位的直觀觀察，了解關節及病變周圍解剖結構，提高診斷的準確性，同時三維模型允許對髖臼部件在體外進行模擬手術，以確定臼杯的大小、位置和螺釘的方向，預估手術中可能出現的問題，使術前計劃更加完善，手術時間更短[14]。

由于高原地區髖關節病病史一般較久，患者病情相對復雜，關節畸形、骨贅較多、骨缺損嚴重，同時往往還伴有嚴重的骨質疏松，術中將假體安放在髖臼的充足骨量區域，可以提高假體長期的穩定性，實現假體的長期在位，這既是手術的難點也關乎手術的成敗，因此來講在術前對患髖解剖結構進行個體化的分析十分必要。傳統做法是通過CT影像資料評估術區解剖變異情況，醫師借助影像圖像構思髖臼的安放位置，手術效果會因術者的經驗而產生個體差異化。而3D打印技術利用三維CT重建患者的骨盆形態，1∶1真實復原病變關節的解剖結構，術者可以在術前對患者的髖關節解剖變異進行充分直觀的評估，分析患髖臼解剖特點和變異的情況，術前進行預手術操作，準確判斷髖臼安放的位置，同時明確髖臼假體的大小、外展角及前傾角，從而提高手術的精準性和安全性[15]。本研究結果顯示，結合術前計劃，所有患者髖臼假體型號大小均與術前規劃一致。手術時間65～121 min，平均手術時間（87.78±16.75）min；術中出血量100～300 ml，平均術中出血量（208.33±56.47）ml；術后髖臼假體的外展角36°～47°，平均術后髖臼假體的外展角（41.00±3.43）°；前傾角13°～20°，平均前傾角（15.89±2.23）°。隨訪時間6～12個月，平均隨訪時間（9.44±1.64）個月，末次隨訪時Harris髖關節評分為83～95分，平均評分（86.22±5.22）分，提示術前借助3D打印的骨盆模型，對解剖結構有了詳細的評估，術前可以確定明確的手術計劃，術中可以減少術中暴露操作，可以縮短手術時間，減少術中出血，實現髖臼假體的精準安放，短期隨訪結果優良，這與既往研究結果一致[14]。此外，3D打印輔助髖關節置換術個體化治療可以在術前根據病變模型分析髖關節周圍增生的骨贅，判斷術中需清除以及需保留的骨贅，不但節省了手術時間，同時合理的保留了髖臼壁增生的骨贅，科學的保留了髖關節周圍的骨量，增加了髖臼假體的覆蓋，增加了假體的穩定性。此外，3D模型將虛擬的CT數據用可視化的模型呈現，可讓術者更加直觀地分析患者髖臼形態，在此基礎上進行手術規劃，使假體位置更為接近術前設定目標，借助模型而非僅個人經驗，術中對解剖結構有疑惑時，可再次觀摩消毒后的3D模型來綜合判斷，利于手術的安全操作[16]。

綜上所述，3D打印輔助髖關節置換術個體化治療高原地區復雜髖關節病可以有效的縮短手術時間，減少術中出血量，提高髖臼假體安放精準度，臨床效果確切滿意，有一定的臨床應用價值。但本研究也有一定的局限性：①缺乏傳統術前規劃下的手術資料作為對照，且病例數相對較少；②本研究以骨盆CT數據為基礎，運用電腦技術，制作髖臼假體，引導臼杯置入角度，實現了髖臼假體的精準安放，相較于其它研究，只局限于模型制作；③3D打印成本較高、設計和制作的周期相對較長，使得其臨床應用也有一定的局限性。相信在不遠的將來3D打印輔助技術必定會在個體化治療高原地區骨關節病的關節置換手術中發揮出越來越大的作用。

參考文獻：

[1]于伯泉，丁海濤，劉璟，等.高原與老年膝關節骨性關節炎的相關性研究[J].中國老年保健醫學，2017，15（6）：15-16.

[2]Moon KH，Kang JS，Won MH，et al.The Usefulness of Three-dimensional Computed Tomography as an Assessment of Periacetabular Osteolysis in Revision Total Hip Arthroplasty[J].Hip Pelvis，2015，27（2）：90-97.

[3]黃強，楊惠林，康鵬德，等.骨科擇期手術加速康復預防手術部位感染指南[J].中華骨與關節外科雜志，2020，13（1）：1-7.

[4]肖勇，楊洋，李楊.高壓氧輔助治療高原地區膝關節損傷的臨床研究[J].武警醫學，2018，29（4）：403-405.

[5]王梓健，梅榮成.3D打印技術在髖關節置換術中的臨床應用[J].臨床外科雜志，2020，28（4）：310-312.

[6]Choi YJ，Yi HG，Kim SW，et al.3D Cell Printed Tissue Analogues： A New Platform for Theranostics[J].Theranostics，2017，7（12）：3118-3137.

[7]Jones DB，Sung R，Weinberg C，et al.Three-Dimensional Modeling May Improve Surgical Education and Clinical Practice[J].Surg Innov，2016，23（2）：189-195.

[8]Yin Q，Liu W，Wang S.Application of customized augments fabricated by rapid prototyping for severe bone defects of the knee[J].Chin Med J （Engl），2014，127（15）：2870-2871.

[9]何勇，劉欣偉，張敬東，等.3D打印技術在髖關節置換術后感染Ⅱ期翻修手術中應用[J].臨床軍醫雜志，2016，44（10）：999-1002.

[10]Won SH，Lee YK，Ha YC，et al.Improving pre-operative planning for complex total hip replacement with a Rapid Prototype model enabling surgical simulation[J].Bone Joint J，2013，95-B（11）：1458-1463.

[11]黎慶鈿，林博夫，陳學潘，等.3D技術輔助鉭金屬塊植入修復嚴重髖臼骨缺損的早期療效[J].中華骨科雜志，2020，40（3）：129-137.

[12]李宏斌，駱劍敏，駱宏偉，等.全髖關節置換術中髖臼位置安放不良的預防[J].臨床骨科雜志，2017，20（2）：165-168.

[13]郭宇，馮德宏，王凌，等.3D打印技術在髖關節置換中的應用及價值[J].中國組織工程研究，2020，24（12）：1962-1968.

[14]Gross BC，Erkal JL，Lockwood SY，et al.Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences[J].Anal Chem，2014，86（7）：3240-3253.

[15]陳銘，范海泉，黃海訊，等.應用3D打印結合人工股骨頭置換治療高齡不穩定股骨轉子間骨折療效觀察[J].醫學信息，2019，32（6）：110-113.

[16]陳擁，張斌.3D打印技術輔助全髖關節置換治療成人發育性髖關節發育不良[J].中國組織工程研究，2019，23（36）：5772-5776.

收稿日期：2022-08-28；修回日期：2022-09-15

編輯/杜帆

基金項目：廣東省自然科學基金博士啟動縱向協同項目（編號：2018A030310606）

作者簡介：李榮斌（1995.9-），男，廣東羅定人，本科，住院醫師，主要從事骨科創傷、骨關節置換等臨床工作

通訊作者：陳群群（1984.7-），男，河南唐河人，博士，副主任醫師，主要從事髖膝骨關節疾病的基礎和臨床研究工作