3D打印辅助术前设计指导成人髋发育不良全髋置换术与传统术前设计近期疗效分析比较

许燕飞 郭英 艾元亮 王涛 张俊 陈杰 李皎 袁长飞 李玉恒 蒋江丽

（昆明市中医医院骨科 云南 昆明 650011）

成人髋臼发育不良（DDH）指由于胚胎时期髋臼软骨发育障碍造成解剖形态及生物力学异常，导致局部关节软骨变性、坏死，从而继发髋骨性关节炎的先天性疾病[1]。人工全髋关节置换是目前公认的有效的治疗方式[2]。成人髋臼发育不良患者股骨-髋臼发育异常，传统的手术多依赖术者既往经验，术前设计局限过多，使得手术操作困难。由于RP技术可制作出与实物大小、结构完全一致的模型，近年来开始在关节外科领域广泛应用，对术前模拟和手术方案的设计具有重要参考价值对术前方案设计具有关键意义。通过3D打印设备对骨盆结构进行立体再现，可以给术者提供髋臼及股骨近端畸形程度和覆盖缺损的详细信息，评价的发育异常程度。

本文通过比较3D打印技术与传统二维术前设计的近期疗效，进步探讨其在成人髋发育不良全髋置换术中的指导价值，从而提高成人髋发育不良全髋置换术的准确性。

1.资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年6月—2017年12月间在我院住院治疗并行人工全髋关节置换的成人DDH患者60例，随机分为两组，每组30例，(Ⅰ组)传统全髋关节置换组，（Ⅱ组）3D打印辅助术前设计置换组。两组患者年龄、性别、Crowe分型、体重指数差异无统计学意义。

1.2 病例入选标准（同时满足下列条件者可纳入本研究）

（1）明确诊断为成人DDH并且Crowe 分型为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的患者；（2）严格按髋关节置换适应证入选；（3）影像学表现：均可见髋臼浅平、髋臼边缘增生硬化等病理表现；（4）患者对治疗相关内容均知情同意；（5）年龄在20岁以上，能够耐受手术，且2014年6月至2017年12月于我院成功实施初次人工THA；（6）统一术者、术式。

1.3 病例排除标准：

（1）合并严重器质性疾病，如脑梗死、脑出血后遗症等；（2）合并影响局部骨质疾病者，如骨纤维结构不良、骨肿瘤等；（3）风湿、类风湿性关节炎患者；（4）创伤性关节炎、退行性骨关节炎；（5）合并严重感染患者等。

2.方法

2.1 术前3D模型制作

所有患者均行螺旋CT扫描，计算完整髋关节3D模型、不含股骨头及股骨上段的髋关节3D模型，通过3D快速成形机对髋关节模型进1∶1等大的打印。

2.2 打印模型的效度验证

邀请医学专业人员、术者、5名关节外科专家(主任医师)进行问卷Ⅰ开放性调查，评估采用3D打印模型进行术前规划的有用性、逼真度和假体吻合度。

2.2 术前设计方法

Ⅰ组：利用胶片模板法在患者正位骨盆X线片上进行术前设计，预测假体型号。

Ⅱ组：将患者数据导入M3D数字化软件进行三维特征数字化分析。

（1）对骨盆及股骨结构进行三维重建；（2）准确定位真臼，参照Ranawat标准安放髋臼假体；（3）在数据库中选择臼杯假体模型，通过调节臼杯的位置和型号，拟定臼杯型号，保证髋臼完整及对臼杯的骨性包容度；（4）在臼杯模型确定髋臼旋转中心。（5）模拟臼杯假体植入，拟定最佳的髋臼杯前倾角等角度；（6）利用Silber法确定臼杯的覆盖率，必要时植骨。

2.3 手术方法

取90°健侧卧位，髋关节后外侧切口，彻底松解患髋周围软组织，显露出髋臼，截骨，取出股骨头。显露髋臼骨性结构并明确髋臼发育不良类型和骨缺损程度，与术前三维重建图像进行对比。根据术前计划确定真臼位置、安放假体，评估髋臼对臼杯包容度及稳定性，最后置放真臼杯、股骨柄假体，检查髋关节活动度及稳定性。

2.4 疗效评定标准

2.4.1 手术及康复情况评估 比较两组患者手术时间、术中出血量、术后引流量、平均住院天数、平均下地时间，统计分析两者比较差异是否具有统计学意义（P＜0.05）。

2.4.2 功能评估 术后采用Harris评分标准]对髋关节功能进行评定，总分为100分：＞90分为优，80～90分为良，70～79分为中，＜70分为差。

2.4.3 术后影像学评估 术后拍摄骨盆标准前后位X线片，分别测量髋臼旋转中心至泪滴连线的水平距离、垂直距离，通过上述指标评估旋转中心恢复情况。

2.4.4 三维CT评估 术后利用M3D软件测量臼杯影像学前倾角、外倾角及联合前倾角角度，前倾角安全范围为（15±10）°，外倾角为（40±10）°，联合前倾角安全范围为（40±5）°。评估两组患者术前拟定和实际放置臼杯假体型号吻合率，根据术后臼杯前倾角、外倾角及联合前倾角与标准范围的误差情况评价臼杯安放的合格率。

2.4.5 术后早期并发症情况 比较两组患者术后关节感染、髋关节脱位、下肢深静脉血栓、肺栓塞、双下肢不等长情况，统计分析两者比较差异是否具有统计学意义(P＜0.05)。

2.5 随访标准

要求患者术后第1月、3月、6月及第1年、以后每年返院复查，随访形式为来院复诊及电话随访，随访记录时间为术后第1个月开始。

2.6 统计学方法

使用SPSS14.0软件进行统计学分析，计量资料均采用均数±s标准差表示，组间比较采用配对t检验，计数资料采用小χ²检验，P＜0.05认为有统计学意义。

3.结果

3.1 Harris评分

Ⅰ组术前Harris评分为（46.2±5.33）分，随访时评分为（89.32±4.27）分，差异有统计学意义（P＜0.05），Ⅱ组术前Harris评分（43.22±4.23）分，随访时评分为（90.63±4.33）分(P＜0.05)，说明全髋关节置换术明显改善了髋关节的总体功能，但两组间比较无明显差异(P＞0.05)。

3.2 两组患者手术及康复情况

比较两组患者手术时间、术中出血量、术后引流量、术后输血量、平均住院天数、平均下地时间，统计分析两者无明显统计学差异（P＞0.05）。

3.3 两组术后早期并发症情况

比较两组患者术后关节感染、髋关节脱位、下肢深静脉血栓、肺栓塞、双下肢不等长情况，统计分析两者比较无明显统计学差异（P＞0.05）。

3.4 旋转中心恢复

Ⅰ组30例患者中术后通过拍摄骨盆标准前后位X线片进行测量，其中2例患者髋臼旋转中心水平距离为18.4mm，超出髋臼内壁＞25%，另2例患者髋臼旋转中心垂直距离22.5亦超出安全范围，所有病例合格率为79.7%；Ⅱ组30例患者中术后通过拍摄骨盆标准前后位X线片进行测量，其中1例患者髋臼旋转中心水平距离为16.5mm，其余各例髋臼旋转中心均在安全范围内，病例合格率为96.3%，两组在髋臼假体安放角度方面有明显差异（P＜0.05）。

3.5 臼杯外展角、前倾角和联合前倾角

Ⅰ组患者术前预测髋臼外展角平均为（41.10±4.58）、前倾角度为（14.23±4.38），联合前倾角为（39.21±2.21），与术后实际测量平均值比较有明显差异（P＜0.05)，说明二维影像学术前计划准确率较低；Ⅱ组患者术前预测髋臼外展角平均为（39.10±3.18）、前倾角度为（12.13±3.78），联合前倾角为（39.21±2.21），与术后实际测量平均值比较无明显差异（P＜0.05)，说明三维影像术前计划准确率较高。

3.6 臼杯覆盖率

Ⅰ组术前预测臼杯覆盖率平均为（65.23%±2.25%），术中实际测量值为（75.78%±3.28%），吻合率为（78.25%±2.36%），Ⅱ组术前预测臼杯覆盖率平均为（69.45±2.23），术中实际测量值为（71.96%±1.65%），吻合率为（88.36%±3.36%），两组吻合率比较有明显差异（P＜0.05),说明术前三维影像学测量臼杯覆盖率明显高于传统二维影像学测量。

4.讨论

由于成人DDH髋臼-股骨发育异常，进行髋臼重建时恢复旋转中心，安放臼杯假体，结构植骨等操作时较为困难。传统的术前设计是将假体模板胶片覆盖于X射线片上进行测量，准确率较低[3]。对于复杂畸形的DDH患者，X线不适合精确量化和明确髋臼发育异常的位置、程度。因此，根据患者特异的髋臼骨性结构特点制定精确、个体的术前计划显得尤为重要。

我们使用3D打印辅助术前计划分析如下：（1）精确提取髋臼特征参数，为准确重建髋臼提供参考标准。（2）使用软件剖面观察不同轴面上髋臼形态，选择最匹配的臼杯假体，模拟植入过程。（3）分别从不同轴面观察假体与股骨髓腔的压配情况，使股骨假体与骨组织实现精确匹配。本研究中所有病例术后通过骨盆标准前后位X线片测量，1例患者髋臼水平距离，1例髋臼垂直距离超出安全范围，1例影像前倾角超出安全范围，合格率85.7%。

5.结论

利用3D打印辅助术前设计对成人髋发育不良全髋置换术进行术前规划，可提高手术操作的准确性，对临床具有较高的指导价值，按拟定的方案进行全髋置换术可恢复理想的旋转中心、获得最佳的臼杯安放角度、同时可获得最匹配的假体型号，提高假体的生存率，缩短手术时间、减少术后并发症的发生，减轻患者经济负担。

[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.