個性化3D打印鈦合金填充塊在復雜髖關節翻修術中應用的可行性及療效*

張憲彧,吳國保,江 建,王宏菁,孫志煌,劉光煒

(上饒市人民醫院,江西 上饒 334000)

全髖關節置換術在骨科臨床應用廣泛,但每年髖關節翻修手術的總量也在不斷地上升[1]。在髖關節翻修術中如何重建重度髖臼側缺損是骨科醫生一直關注的重點[2]。傳統鉭金屬填充塊形狀和尺寸較為固定,很多情況下無法與實際骨缺損尺寸匹配,需要進行打磨,從而增加了骨量的流失,不利于患者術后髖臼假體的穩定,而個性化3D打印鈦合金填充塊的應用則能彌補這方面的缺陷[3-4]。本研究就個性化3D打印鈦合金填充塊在復雜髖關節翻修術中運用的可行性及效果進行研究,以期為復雜髖關節翻修重度髖臼骨缺損提供參考借鑒,可改善髖關節功能,現報道如下。

1 資料與方法

1.1資料

1.1.1一般資料 選取2021年3月至2023年1月就診于本院行全髖關節置換術后需關節翻修的40例患者,將其隨機分為3D打印組與對照組,各20例。對照組中男12例,女8例;年齡55～75歲,平均(67.75±6.47)歲;3D打印組中男11例,女9例;年齡56～75歲,平均(67.86±6.73)歲。2組患者基本資料比較,差異無統計學意義(P>0.05),具有可比性。本研究通過本院醫學倫理委員會批準[審批件(2021)醫研倫審第(043)號]。

1.1.2納入與排除標準 納入標準:(1)經查體、髖關節正位X線片及超聲檢查符合翻修手術指征;(2)髖臼側Paprosky Ⅲ型髖臼骨缺損;(3)無手術禁忌及金屬過敏者。排除標準:(1)髖關節活動性感染者;(2)骨盆不連續者;(3)影像學資料不全者;(4)嚴重骨質疏松癥者;(5)免疫系統性疾病者;(6)患側肢體肌力小于4 級及患側肢體偏癱者。

1.2方法

1.2.1手術方法

1.2.1.13D打印組 (1)個性化鈦合金填充塊的3D打印:①CT掃描,術前進行平掃,將掃描數據儲存上傳至計算機;②在計算機上采用圖像處理軟件進行骨盆三維重建;③根據骨盆三維重建模型,構建三維模型,髖臼缺損以鈦合金填充塊填充;④打印出骨盆模型、填充塊,在尼龍模型上進行手術模擬,根據髖臼杯的大小、位置,確認填充塊的最終位置、大小及螺釘固定位置等;⑤根據手術模擬情況,對填充塊三維模型進行修改,并完善內部結構參數、螺孔的設計,精確設計固定加強塊的螺釘;⑥最終填充塊設計為表面層厚1.00 mm的實心鈦合金,將填充塊模型數據導入到3D打印設備進行3D打印;⑦對填充塊進行打磨拋光,并使用乙醇在超聲波清洗機內反復清洗,消毒備用。(2)翻修手術方法:患者取手術體位,全身麻醉后,原手術切口逐層切開皮膚、皮下組織等,以顯露髖關節,取出原人工假體。徹底清除髖臼內的病變組織并進行冰凍活檢以排除感染可能。根據術前模擬手術選定的髖臼杯尺寸打磨髖臼,安裝滿意。將3D打印鈦合金填充塊植入髖臼骨缺損處,位置滿意后用螺釘固定;安放髖臼假體,在填充塊與髖臼假體縫隙間灌入骨水泥,待骨水泥凝固后植入髖臼內襯。之后翻修股骨柄、植入股骨頭,復位髖關節,無出血后逐層縫合。術后根據患者情況進行康復訓練指導。

1.2.1.2對照組翻修方法 手術前部分與3D打印組相同,將髖臼內的病變組織徹底清除及排除感染后,選定合適尺寸的鉭金屬填充塊,根據鉭金屬填充塊磨銼髖臼至合適大小,植入鉭金屬填充塊并固定,選擇合適的多孔金屬涂層生物型髖臼杯壓配固定,植入髖臼內襯。之后操作與3D打印組相同。

1.2.2觀察指標 (1)統計手術時間、術中出血量;(2)采用Harris 髖關節評分量表(HHS)評估術后髖關節恢復,總分100分,得分越高,髖關節功能越好。(3)術后對患者隨訪1年,了解并統計并發癥發生情況。

2 結 果

2.12組手術相關指標比較 3D打印組手術時間、術中出血量[(120.56±8.13)min、(312.57±24.65)mL]均低于對照組[(132.67±8.27)min、(342.64±25.47)mL],差異有統計學意義(t=5.720,P<0.001;t=4.647,P<0.001)。

2.22組髖關節功能恢復情況比較 治療前,3D打印組髖關節功能評分[(34.65±5.33)分]與對照組[(34.57±5.32)分]比較,差異無統計學意義(P>0.05)。治療后,3D打印組髖關節功能評分[(87.69±6.35)分]高于對照組[(72.56±6.27)分],差異有統計學意義(P<0.05)。

2.32組并發癥發生情況比較 3D打印組并發癥發生率低于對照組,差異有統計學意義(P<0.05),見表1。

表1 2組并發癥發生情況比較[n(%)]

3 討 論

全髖關節置換術是骨科常見手術,主要用于對各種髖關節疾病進行治療,而且手術后患者各項癥狀一般可得到緩解,髖關節功能可明顯提升[5-6]。近年來,在手術方式不斷改進的背景下,相關手術器械制作越發精煉,髖關節假體也越發優化,這促使廣大患者更易接受人工全髖關節置換術。不同于初次髖關節置換術,很多復雜髖關節手術患者由于髖臼缺損,致使假體安放難度較大,假體更易出現松動,極易出現感染,導致髖關節功能受損,影響翻修手術的實施效果。故而在此類患者治療中,如何重建髖臼骨缺損是關節外科醫師面臨的一大挑戰。而且由于患者存在明顯的個體差異,所以在髖關節翻修術中如何重建重度髖臼側缺損也是骨科醫生一直關注的重點[7-8]。髖臼骨缺損重建的目標是在盡量保留患者原始骨量的基礎上恢復髖關節正常旋轉中心,通過骨長度獲得髖臼假體的長期穩定性,對于Paprosky Ⅲ型髖臼骨缺損,鉭金屬填充塊與生物型髖臼杯在重度髖臼骨缺損重建中應用廣泛,具有一定的效果[9]。但由于患者髖臼骨缺損程度不一,傳統鉭金屬填充塊形狀和尺寸較為固定,很多情況下無法與實際骨缺損尺寸匹配,需要進行打磨,從而增加了骨量的流失,但不利于患者術后髖臼假體的穩定,而個性化3D打印鈦合金填充塊的應用能彌補這方面的缺陷[10]。

3D 打印技術最初是在工業領域內廣泛應用,其是綜合激光快速成型技術、三維CT技術和高分子材料技術構建而成的現代化工業制造技術。借助計算機輔助作用,通過3D打印,可精確采集并分析零件信息,結合設計要求,實施深層次的加工,獲得三維重建模型,之后借助打印機和制造材料,構建出實體模型。在醫學技術快速發展下,3D打印技術在臨床中的應用越發廣泛,這可降低因個體差異引發的醫療事故發生風險,提高治療安全性。而且3D打印簡單,便于推廣[11-12]。個性化3D打印鈦合金填充塊設計理念是術前進行骨盆CT掃描,利用CT原始數據重建患者骨盆三維圖像,根據髖臼骨缺損的解剖形態和位置設計出適合骨長入最佳孔隙結構和參數,且能完美匹配患者髖臼骨缺損部位、范圍、程度等特征的個性化多孔鈦合金加強塊。利用選擇性激光燒結或電子束熔融技術打印鈦合金粉末制備個性化多孔鈦合金加強塊,完成后續的拋光、清洗和消毒等處理后植入患者體內,術中依靠術前模擬設計的螺釘大小、位點和方向將加強塊固定在骨缺損的最佳位置,在保留原始骨量的同時有助于更好地恢復正常髖臼解剖形態和旋轉中心位置[13-14]。

本研究結果顯示,3D打印組手術時間、術中出血量均低于對照組,髖關節功能評分高于對照組,并發癥發生率低于對照組,差異均有統計學意義(P<0.05),表明個性化3D打印鈦合金填充塊在髖臼側嚴重骨缺損髖關節翻修術中的應用效果顯著。綜上所述,將個性化3D打印鈦合金填充塊應用在髖臼側嚴重骨缺損髖關節翻修術中,可促進患者髖關節功能的恢復,臨床可行性高。