应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的临床研究

李俊豪　张帅　黄其志　孙小东　陈大乐　颜林飞

【摘要】 目的：探讨应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的临床效果。方法：选取2014年2月-2016年2月在本院治疗的成人先天性髋关节发育不良患者48例，其中21例接受数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗（3D组），27例接受常规人工全髋关节置换手术治疗（常规组），观察两组手术时间、术中出血量以及Harris评分等。结果：3D组手术时间和术中出血量均明显少于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05）。两组术后下床活动时间和骨愈合时间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。术后1年，两组Harris评分均较术前明显提高，差异均有统计学意义（P<0.05）;但术后1年两组Harris评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。结论：数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良，其效果与常规手术无明显区别，但其具有手术时间和术中出血量少的优点，值得临床推广使用。

【关键词】 3D打印技术; 人工全髋关节置换术; 先天性髋关节发育不良

【Abstract】 Objective：To explore the clinical effect of digital design and 3D printing technology total hip arthroplastyin the treatment of congenital hip dysplasia.Method：48 adult patients with congenital hip dysplasia treated in our hospital from February 2014 to February 2016 were selected，among them，21 patients underwent total hip arthroplasty with digital design and 3D printing technique（3D group），27 cases received conventional total hip arthroplasty（conventional group），the operation time，intraoperative blood loss and Harris score and so on of the two groups were observed.Result：The operative time and intraoperative blood loss in the 3D group were significantly less than those in the conventional group，with statistically significant differences（P<0.05）.There were no significant differences in postoperative activity time and bone healing time between the two groups（P>0.05）.1 year after surgery，Harris scores in both groups were significantly improved compared with those before surgery，the differences were statistically significant（P<0.05）;however，1 year after the operation，Harris score showed no significant difference between the two groups（P>0.05）.Conclusion：Treatment of congenital hip dysplasia with total hip arthroplasty by digital design and 3D printing technology，its effect is not significantly different from that of conventional surgery，however，it has the advantages of less operation time and less blood loss，is worthy of clinical application.

【Key words】 3D printing technique; Total hip arthroplasty; Congenital hip dysplasia

First-authors address：Yangjiang Traditional Chinese Medicine Hospital，Yangjiang 529500，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.08.001

先天性髖关节发育不良是一种常见的先天性畸形，主要是指股骨头在关节囊内丧失与髓臼的正常关系，导致不能正常发育，也是目前引起小儿跛行的常见原因之一[1-2]。成人髋关节发育不良大多是儿童期的误诊或漏治所致，其病理改变和临床表现已相当严重，若不能及时治疗，还会引起髓关节和脊柱产生疼痛及畸形，严重影响患者的生活质量[3-4]。

目前临床上对成人髋关节发育不良的治疗方式主要有间置关节囊关节形成术、关节周围截骨术、重定向截骨术和人工全髋关节置换术等，其中人工全髋关节置换术的治疗效果较好，但髓臼的修复难度较大[5-6]。3D打印技术是一种以数字化模型为基础，将黏合质料通过逐层打印的方式来创造实物的技术，其可为医师提供具体实物来了解患者的解剖异常，并针对病理解剖改变来制定个性化的手术治疗方案，进一步提高手术效率和安全性[7-8]。为了进一步探讨应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的临床效果，该研究对本院成人先天性髋关节发育不良患者分别采用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗和常规人工全髋关节置换手术治疗的效果进行了分析比较，旨在为临床上提供一定的理论与依据，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2014年2月-2016年2月在本院治疗的成人先天性髋关节发育不良患者48例，纳入标准：（1）临床表现符合Crowe分析标准;（2）无外伤、类风湿、强直性脊柱炎等疾病史。排除标准：（1）无法耐受手术者;（2）术前长期或围手术期使用抗凝药物;（3）合并有恶性肿瘤、免疫缺陷性疾病等严重基础性疾病。根据患者最终选取的治疗方案分为3D组（n=21）和常规组（n=27）。本次研究获得医院伦理委员会批准。患者及家属知情同意并签署同意书。

1.2 治疗方法

1.2.1 常规组 患者采用常规人工全髋关节置换手术进行治疗，具体方法如下：全麻或硬膜外麻醉后取侧卧位，以髓关节后外侧入路，依次切开皮肤、筋膜后钝性劈开臀大肌，切断臀大肌后显露并切断外旋肌止点，切除被拉长增厚的关节囊后松解肌腱和筋膜，将股骨头脱出后按术前制定的截骨线进行截骨。充分显露髓臼后寻找真臼，彻底清除髓臼内的软组织和骨赘，对中央髋白进行磨挫、加深，对于髓臼窝较浅者可采用加盖植骨的方式加深髓臼。依照术中的具体情况进行造臼，试模测试后在真臼内安放髓臼假体。利用髓腔锉扩大股骨近端骨髓腔，置入尺寸相当的股骨近端及股骨头假体，试模、复位后检查骸关节的稳定性和活动范围。假体安置完成后，复位髓臼，见位置满意后，放置引流管，逐层缝合。

1.2.2 3D组 采用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗，具体方法如下：术前采用64层螺旋CT（美国通用公司）对双侧髋关节进行薄层扫描，将所有图像传送到计算机CT三维重建工作平台，利用Mimics16.0软件完成对髋关节的三维重建，并建立患髋关节3D模型。利用3D-ORTHO打印机，以聚乳酸（PLA）为打印材料，打印患髋关节模型。同法打印健侧髋关节模型，并根据3D打印评估出髋臼缺损的大小和形状，制作符合修复该患者髋臼缺损的髋臼盖。手术方法如下：全麻或硬膜外麻醉后取侧卧位，以髓关节后外侧入路，依次切开皮肤、筋膜后钝性劈开臀大肌，切断臀大肌后显露并切断外旋肌止点，切除被拉长增厚的关节囊后松解肌腱和筋膜，将股骨头脱出后按术前制定的截骨线进行截骨。依据术前3D打印髋臼缺损的形状与大小，取同侧自体髂骨块进行髋臼缺损部位植骨，并用术前研制的髋臼盖固定植骨块来修复髋臼缺损，矫正患侧髋臼形状后进行髋臼打磨，置入髋臼假体。将股骨近端扩髓后置入股骨假体，复位髋关节，检测其稳定性、活动度，利用C臂X线机透视髋关节假体和髋臼盖与植骨块位置，满意后创面清洗止血置引流，放置引流管，逐层缝合。

两组患者均在术后给予支持和防治感染治疗，按计划进行患侧髋关节功能锻炼，术后4周开始扶双拐下地行走，3个月后弃拐行走。

1.3 观察指标与评价标准 （1）观察两组患者的手术时间、术中出血量、下床活动时间、骨愈合时间。（2）采用Harris评分对患者术后1年髋关节功能进行评定，患者到本科接受髋关节功能评价，评价内容包括疼痛、功能、关节活动度及畸形，总分为100分，分数越高，表面患者髋关节功能越好。

1.4 统计学处理 采用SPSS 20.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料用（x±s）表示，组间比较采用t检验，组内比较采用配对t检验;计数资料以率（%）表示，比较采用字2检验，等级资料采用Mann-Whitney U检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较 两组患者性别、年龄、Crowe分型等一般资料比较，差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性，见表1。

2.2 两组手术时间及术中出血量比较 3D组手术时间和术中出血量均明显少于常规组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表2。

2.3 两组下床活动时间及骨愈合时间比较 两组术后下床活动时间和骨愈合时间比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表3。

2.4 两组手术前后Harris评分比较 术后1年，3D组和常规组Harris评分均较术前明显提高（P<0.05）;但两组术后1年Harris评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表4。

2.5 典型病例 某男性患者，52岁，右侧先天性髋关节发育不良，术前Harris评分为52分，在本院行右髋关节人工全髋关节置换术，采用3D打印技术辅助髋臼盖加植骨修复髋臼缺损，患者手术切口一期愈合，无人工关节脱位、感染等并发症，术后1年Harris评分为91分，X线片显示植骨块已融合，髋臼盖和髋关节假体位置无松动，人工关节位置良好。见图1～6。

3 讨论

先天性髋关节发育在临床上较为常见，主要包括股骨头半脱位、髓臼发育不良、股骨头完全脱位等，若不能及时早期治疗，对患者以后的行走活动、工作、生活、甚至心理都会产生严重影响[9-10]。先天性髓关节发育不良的主要原因是股骨头在关节囊内丧失它与髓臼的正常关系，导致其在出生前或出生后不能正常发育，但若能在出生后就确立诊断及时进行治疗，可获得最佳的效果[11]。成人髋关节发育不良多与儿童期的误诊或漏治等有关，且其病理改变相当严重，且多伴有严重的髋关节炎等症状，给临床上治疗带来了不小的难度[12]。人工全髋关节置换术是目前治疗先天性髓关节发育不良合并晚期骨性关节炎的首选方法，其可在消除疼痛的同时大大地提高关节功能，给患者的工作和生活带来了方便。但文献[13]研究也表明，成人髓关节发育不良患者的手术难度较大，手术较为复杂，术中出血量较多，术后并发症的发生率也相对较高，尤其是骨盆骸臼骨量缺损和股骨近端发育不良的处理较为棘手。随着医疗技术的不斷发展，临床医疗也正向着个体化、精准化来发展，而个体化治疗也是骨科的一个重要发展方向，尤其是3D打印技术的问世极大地提高了手术的效果。为此，本研究对本院成人先天性髋关节发育不良患者分别采用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗和常规人工全髋关节置换手术治疗的手术时间、出血量以及效果进行了分析比较。

文献[14]研究表明，多数成人髋关节发育不良患者由于长期髋部畸形，其髋关节的解剖结构和形状与正常髋关节相差很大，这无疑增加了全髋关节置换时髋臼侧的处理难度，尤其是髋臼缺损多时，往往手术时间较长，术中出血量较大。3D打印是一种以数字化模型为基础，利用黏合质料通来创造实物的技术，其可制作与实体等大的骨关节模型，从而为医师提供具体实物来了解患者的解剖异常;而医师也可根据患者不同的病理解剖改变来制定个性化的手术治疗方案，不但能提高手术效率和安全性，还能缩短了手术时间[15-16]。本研究发现，3D组手术时间和术中出血量均明显少于常规组（P<0.05），提示应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的临床效果较好，其可明显缩短手术时间，并减少术中出血量。本研究认為，成人髋关节发育不良患者的髋臼形态结构发生率改变，常规的CT扫描三维重建难以反映髋臼缺损的部位和程度，而利用3D打印技术对髋关节、髋臼及髋臼缺损进行模拟打印，并以此为依据设计相应的修复材料可极大地方便术中修复髋臼缺损，进而缩短手术时间，术中出血量也相应减少。本研究中，笔者根据患者骨盆CT及三维重建数据，打印出与患者一样大小的骨盆模型，在模型上先操作，在原真臼地方打磨髋臼至合适大小，试模，在髋臼骨质缺损区用骨蜡填充，取出骨蜡。术中根据骨蜡块的大小和形状，在取出的股骨头上修整一大小和形状与骨蜡块一致的骨块植入髋臼骨质缺损区并用螺钉将其固定，植入的骨块能使髋臼假体得到很好的包容从而获得较好的稳定。

Harris评分是一个广泛应用的评价髋关节功能的方法，常常用来评价保髋和关节置换的效果，得分越高则恢复效果越好[17]。本研究发现，3D组和常规组术后1年Harris评分均较术前明显提高（P<0.05）;但3D组和常规组术后1年Harris评分比较，差异无统计学意义（P>0.05），提示两种治疗方式均能明显改善患者的髋关节功能，且效果相当。进一步分析发现，3D组和常规组术后下床活动时间和骨愈合时间比较，差异均无统计学意义（P>0.05），提示应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良完全可以达到常规人工全髋关节置换手术的治疗效果，患者的恢复效果也较好[18-19]。

本研究的创新之处在于探讨分析了应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的效果，发现治疗效果与常规人工全髋关节置换手术治疗的效果相当，且手术时间明显缩短，术中出血量较少，更有利于患者术后的恢复，这与方洪松[20]的研究结果基本一致。但本研究限于研究样本的不足，对于应用数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良的具体临床应用价值和并发症发生率仍需作进一步的深入研究。

综上所述，数字化设计结合3D打印技术人工全髋关节置换手术治疗先天性髋关节发育不良，其效果与常规手术无明显区别，但其具有手术时间和术中出血量少的优点，值得临床推广使用。

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（收稿日期：2018-08-29） （本文编辑：张爽）