3D打印辅助复杂髋关节置换术附1例报道*

白璧辉，谢兴文，徐世红，许伟，黄晋，李鼎鹏，柴利军，李建国

（1.甘肃中医药大学 中医临床学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省中医院 骨肿瘤科，甘肃 兰州 730050；3.甘肃省中医药研究院，甘肃 兰州 730050）

医学影像技术的发展，CT、MRI影像可以进行数字化传输和采集，影像技术和材料制造技术的结合，为临床的个体化提供了可能。随着3D打印在骨科领域的广泛应用，为临床医学提供了新的诊断和治疗方式，改进了传统手术方式和学习模式，促进了手术技术的提高普及，同时也使个体化医疗逐渐成为现实[1-3]。髋关节是人体最大、解剖复杂、对运动功能要求很高的关节之一。人工全髋关节置换术已逐渐发展起来，它是一种可以有效减轻关节炎关节畸形等患者的疼痛、改善关节功能、提高患者生活质量的治疗方法。每年有大量的患者接受人工髋关节置换术。如何选择更加匹配的假体、减少手术时间，提高患者恢复是全髋关节置换术普及和发展的关键。笔者通过运用3D打印技术辅助术前打印患侧髋关节假体段模型，全面细致地了解患髋的骨量与骨质，完成各种解剖学测量，为精确手术方案提供依据，降低手术风险，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

患者陈某，女，55岁，40年前摔伤后出现右髋关节及右膝关节疼痛伴活动受限，当地诊所给予右膝关节外敷治疗，疼痛症状消失、但逐渐出现右下肢跛行，未予以重视。1周前，患者右下肢无明显诱因突感疼痛、无力伴活动受限后到本科住院治疗。专科检查：脊柱未见明显后凸畸形，胸腰段轻微向右侧侧弯，又髋关节无明显肿胀，局部压痛（+），触之有凹陷感，叩击痛（-），右髋关节活动障碍（外展25°，内收、前屈、后伸、内旋及外旋均未见明显异常），右膝关节活动功能正常，右下肢较健侧缩短4 cm。Allis征（+），望眼镜征（+），Trendeleburg征（+），双下肢皮肤感觉正常，右下肢肌力Ⅲ级，末梢血运良好，生理反射存在，病理反射未引出。X线片示：右侧髋关节后脱位（图1）。

图1 术前X线正侧位片

1.2 术前准备

术前行骨盆MRI（图2）及骨盆三维CT重建（图3），并通过3D打印技术将患者骨盆情况以1∶1模型打印（图4），直观观察股骨移位与髋臼的变化，并在模型上选择合适的假体股骨柄（图5），模拟手术操作步骤，术前给予患者常规消肿止痛治疗，完善术前相关检查。

图2 术前MRI片

图3 三维CT片

图4 3D打印1∶1模型

图5 选择合适假体

1.3 手术方法

取髋关节后外侧切口，长约18 cm，钝性分离臀大肌，切断短外旋肌群，切开关节囊。暴露患者假臼。前期3D打印模型已完全展示了患者的假臼位置与真臼关系，所以直接清理假臼增生组织，显露真髋臼及髋臼底部，清理髋臼底部软组织，将髋臼挫保持外展45°，前倾15°进行打磨髋臼，选取40 mm髋臼假体植入髋臼，随后用髓腔开口器开口，装入预先模拟好的合适股骨柄试模，术中拍片，假体位置良好，取出模型，装入合适假体，复位后检查髋关节松紧合适，用锁定钢板给予一定的固定，反复冲洗后，留置引流，逐层缝合，包扎。术后给予广谱抗生素抗感染、脱水消肿。术后第3天开始患肢肌肉收缩功能锻炼，第6 天开始患侧膝、髋关节被动活动，1个月内积极行患肢不负重功能锻炼。

2 结果

手术顺利完成，手术时间120 min，术中自体血回收300 ml，术后行X线片（图6），恢复满意，术后无感染，无血管神经损伤症状。

图6 术后X线正位片

3 讨论

3D打印也称快速成型技术，是多种技术交叉结合的产物。近年来，伴随着3D打印技术的快速发展，其在骨科临床中得到广泛运用。3D打印可将CT、MRI等三维平面转为三维立体模型，提高临床医生的空间感及思维模式，更直观地了解患者的患病情况及其诊断与分型。同时为个性化的手术治疗提供模拟辅助，择优选择手术器械，预设手术入路，缩短手术时间，减少创伤，规避手术中可能的风险，并在术前谈话中，借助3D打印模型分析患者病情获得家属的理解与支持。3D打印技术充分突出其精准、快速的优势，为临床医学的诊治提供一种全新的模式。

人工髋关节不论从假体本身而言还是从手术操作技术方面已经成为非常成熟的人工关节，人工髋关节目前广泛地应用于临床并取得了良好的临床效果。但在髋关节置换术中如何保留更多的正常骨是髋关节手术常见临床问题，减少正常骨的处理直接关系到假体的稳定和手术的成败，保留骨的最终目的是实现术后早期完全负重并保留尽可能的活动度，术后假体的长期稳定以及最大限度地保留患者自身骨质[4-7]。根据股骨头与髋臼的位置和程度不同，其手术的方式有很大差异。传统的修复方式通过标准化的髋臼挫与髓腔挫进行，对于很多患者，上述方式处理不够理想。一方面，容易因血运缺乏和骨吸收造成远期的结构不稳和假体松动，而标准的假体关节具有规则的几何形态，而每一位患者的病变形态通常不规则，因此需要进行反复多次的修挫整以容纳标准垫块，这进一步加重了正常骨的损害。

基于患者的CT、MRI影像数据，进行逆向成型，进行关节的三维模型重建[8-11]。依据3D模型，提前模拟手术方式及定制关节假体，提高假体和缺损的匹配度，减少术中试模测试的时间，降低手术难度，减少术中出血，降低感染风险与患者痛苦，可一次性精准地完成置换手术。

伴随着生物技术的革新，3D打印给骨关节外科领域带来革命性的进展。通过3D打印模拟手术、选定假体的临床应用，为那些选择关节置换来改善生活质量并希望健康无痛地活动的患者带来希望。但就目前情况而言，该研究仍处于实验探索阶段，相关的临床经验和文献支持较少，因此该技术的临床效果还有待进一步观察，需要进一步开展相关的基础研究和大规模的临床试验研究，评价其临床效能，但不失为在髋关节置换方面的全新探索。

[1]王法佳, 王华. 人工全髋关节置换术研究现状与展望[J]. 北华大学学报(自然科学版), 2017, 18(5)： 620-625.

[2]周进, 姚庆强, 胡军, 等. 3D打印快速原型辅助全髋关节置换术在治疗成人发育性髋关节发育不良中的应用[J]. 中国数字医学 , 2017, 12(2)： 36-38+111.

[3]夏志勇, 马康康, 李凯, 等. 3D打印钛合金骨小梁金属臼杯、垫块在全髋关节置换翻修术中的应用[J]. 中国骨与关节损伤杂志 , 2017, 32(2)： 121-124.

[4]何勇, 刘欣伟, 张敬东, 等. 3D打印技术在髋关节翻修手术中应用[J]. 创伤与急危重病医学, 2016, 4(5)： 269-272.

[5]李靖扬, 刘振峰, 乔为民, 等. 骨水泥型假体和生物型假体中年全髋关节置换： 5年随访比较[J]. 中国组织工程研究, 2015,19(26)： 4107-4111.

[6]池晓文. 在进行人工全髋关节置换术中使用骨水泥固定法和生物固定法的疗效对比[J]. 当代医药论丛, 2014, 12(5)： 36-37.

[7]王坤正. 初次全髋关节置换术选择骨水泥或生物型固定方式的比较[J]. 中华关节外科杂志(电子版), 2012, 6(4)： 492-495.

[8]Meneghini RM, Daluga A, Soliman M. Mechanical stability of cementless tibial components in normal and osteoporotic bone[J].J Knee Surg, 2011, 24(3)： 191-196．

[9]Haenle M, Lindner T, Ellenrieder M, et al. Bony integration of titanium implants with a novel bioactive calcium titanate(Ca4Ti3O10)surface treatment in a rabbit model[J]. J Biomed MaterRes A, 2012,45(10)： 2710-2716．

[10]Hayakawa K, Date H, Tsujimura S, et al. Mid-term results of total knee arthroplasty with a porous tantalum monoblock tibial component[J]. Knee, 2014, 21(1)： 199-203．

[11]Meneghini RM, de Beaubien BC. Early failure of cementless porous tantalum monoblock tibial components[J]. J Arthroplasty, 2013,28(9)： 1505-1508．