3D打印技术在髋关节置换术后感染Ⅱ期翻修手术中应用

周广福，朱伟民，唐本森，伍旭林

(贵州省骨科医院关节科，贵阳 550007)

术后感染是髋关节置换术后最严重的一类并发症，不仅增加患者经济负担，更威胁其生活质量和心理健康，同时也加大了骨科医师治疗难度，对于初期感染再次进行Ⅱ期翻修手术的患者，需要就不同感染情况，采取相应的手术方案[1-3]。在关节外科的临床手术中，髋关节翻修手术属于难度较高的一类，其术后疗效要显著低于初次髋关节置换手术。以往对患者进行髋关节置换术后感染进行Ⅱ期翻修手术，依赖于手术医师的临床经验及手术过程中的技巧，在术前根据患者CT结果，对其骨损及感染情况进行预估；在实施手术及清创过程中，需要临时根据患者的实际情况做出判断并选择相应的假体植入，不仅耗时耗力，且对手术医师的主观依赖性较高[4-5]。随着科学技术的进步，新兴的3D打印技术开始逐渐运用于医学领域，本院骨科尝试在髋关节感染翻修手术开展前，采用3D打印技术进行手术的预演，取得了满意疗效，现报道如下。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2014年7月至2016年7月本院收治的髋关节置换术后感染患者需要进行Ⅱ期翻修手术21例作为3D打印组，其中男12例，女9例，平均年龄(67.4±8.2)岁；选取同期未通过3D技术而直接进行的髋关节置换手术21例患者为对照组，其中男11例，女10例，平均年龄(66.7±8.9)岁，两组一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2方法

1.2.1制作髋关节3D模型 手术前对患者进行双侧髋关节及股骨CT扫描，厚度0.625 mm，并将得到的数据以DICOM格式存储。将扫描的DICOM格式文件导入MIMICS10.01软件，构建患者股骨近端3D模型。将初步构建的3D模型导入MAGICS18.0软件，对模型进行微调处理，并对其进行逆向加工处理，得到反向股骨模型，同时将髋关节与股骨近端结合，合成STL文件，再将模型导入3D打印机，并采用ABS树脂对模型进行打印。将打印得到的3D髋关节模型取出，根据该实体模型，推测患者体内骨缺损的真实情况，并尝试进行手术前的预演及手术实施具体方案的设计，在手术开始前将磨具消毒放入手术室待用。

1.2.2手术 3D打印组患者在进行髋关节置换手术前，主要病变类型包括股骨头坏死、股骨颈骨折等，术后感染均属于晚期慢性感染，手术前进行髋关节腔穿刺，细菌培养结果均为阳性。Ⅰ期患者在本院首先进行清创、髋关节清洗、植入假体取出及抗生素骨水泥占位器植入，且对该期患者进3～4个月的规范化抗感染治疗，再进行Ⅱ期髋关节翻修手术。

3D打印组患者在术前则是通过3D模型对其体内骨缺损的真实情况进行推断，可提前确定患者体内假体的安放位置以制订手术开展方案，并参考手术过程中消毒后的骨模型，对骨缺损进行重建以便植入翻修后的假体。对照组患者假体植入则需要根据手术过程中、手术医师所观察到的骨缺损情况，通过经验判断，确定最为合适的植入假体。

1.2.3术后观察及随访 在术后第1、3、6个月及1、2、3年进行定期随访，随访内容主要是Harris髋关节功能评分。术后两组患者均需要进行X射线检查盆骨正位及股骨正侧位(包括全部假体)，判断植入假体位置是否正确，假体是否发生松动，以及其旁组织是否出现骨溶解现象等。最后将上述各组患者的末次随访结果作为各项指标的最后评分，并与术前的评分结果进行比较。

2 结 果

2.1两组手术时间比较 3D打印组患者术前均成功应用3D打印实体模型进行手术预演，在手术中，依据3D打印实体模具了解骨缺损情况，选择合适翻修假体。3D打印组平均手术时间(90.2±25.4)min，对照组为(126.6±28.8)min，3D打印组手术耗时明显缩短，差异有统计学意义(t=5.99,P<0.05)。

A:X射线检测结果；B:假体取出、抗生素占位器植入手术后的X射线检测结果；C、D、E：体外3D假体模拟并进行实体模型打印；F、G、H：依据3D模型，进行体外手术预演；I：采用3D打印技术进行髋关节置换后的X射线结果，可见假体置入效果较佳

图1典型病例

2.2两组Harris髋关节功能评分比较 两组患者术后3年内定期进行随访，平均随访时间(25.5±11.2)个月。两组患者术前与术后末次随访平均Harris髋关节功能评分比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。两组患者术后末次随访平均Harris髋关节功能评分比较，3D打印组高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 两组手术前后Harris髋关节功能评分比较分)

2.3患者预后及恢复 对髋关节置换感染的患者经过此次Ⅱ期翻修手术后，其手术切口均正常愈合，髋部无剧烈疼痛或不适，手术部位无感染，植入假体未有错位或移位，血管无破损，内部神经均正常。术后患者在半年内均恢复正常，无不适反应。典型的临床病例，68岁女性，见图1。

3 讨 论

髋关节置换手术的术后感染，是临床外科医师在治愈髋关节损伤患者时面临的一个巨大难题，目前医学界还未有一致的治疗标准[6-8]。对于髋关节置换手术后发生感染患者，仅仅使用抗生素是很难对体内植入的假体病灶进行有效治疗，对该类患者通常建议进行Ⅱ期翻修置换手术[9-10]。相比于第1次的髋关节置换手术，Ⅱ期的翻修置换手术难度显著提高，因而在手术前后不可避免地出现无法预料的状况，且术后并发症发生率较高，影响患者预后[11-15]。

为详尽了解手术感染患者髋关节的真实情况，本院通过CT扫描等其他相关数据进行体外3D建模，利用3D打印技术将建模的结果进行实体打印，从而建立患者个体化的髋臼及股骨端模型，为术中适宜假体的选择及突发事件做好充分准备，从而降低术中组织损伤，减少不必要的假体植入调试，缩短了手术时间，多方面提高了Ⅱ期翻修手术治愈率及预后恢复水平。

本研究中3D打印组患者术前使用3D打印模型进行了手术预演。对于未出现明显缺损的患者，植入的假体选用初次置换的髋臼假体；对于出现骨缺损的患者，需要植入金属杯加内衬或椭圆形髋臼杯，或大头臼等进行置换翻修。本研究3D打印组患者置换翻修效果也表现突出，手术过程中方案的实施与术前的预演较为一致。相比于对照组，3D打印组患者末次随访的Harris髋关节功能评分显著高于对照组，其手术过程所耗费的时间也显著短于对照组。

综上所述，虽然髋关节术后感染是髋关节置换手术所面临的一大挑战，大部分患者需要进行Ⅱ期置换翻修，但在3D打印技术的应用下，取得了很好的临床效果，可显著缩短手术耗时、降低手术成本，提高翻修置换术效率，改善患者的预后评价，值得在临床中推广和应用。

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