金属3D打印定制化人工全腕关节置换术临床应用的观察
2021-03-19刘畅陈山林
刘畅 陈山林
采用人工腕关节假体进行全腕关节置换术,已经成为了国外在治疗类风湿关节炎、继发于桡骨远端骨折及舟骨骨折的创伤性关节炎等腕关节疾患中的一种常见治疗措施[1]。国内手外科医生和患者苦于无假体可用,不得不选择全腕关节融合术的治疗方式;不论是医生还是患者都期望有更优异更多样的选择。本研究在充分考虑到人工假体的设计原则并参考国外新型假体的设计理念的前提下,结合钛合金3D打印骨小梁的新型制作方法,成功应用一款人工腕关节假体为患者进行了治疗。
资料与方法
一、资料
1.病例来源:患者男,19岁,因“腕关节疼痛活动受限4年”于北京积水潭医院门诊就诊。患者4年前无明显诱因,出现右腕关节疼痛,屈伸活动受限,于当地医院就诊,未予特殊治疗。后疼痛及活动受限加重,再次就诊后考虑为腕关节结核,给予规律抗痨治疗4个月,未见好转。这期间于腕关节镜下取腕关节滑膜,送病理检查,无类风湿表现,无感染表现,未做病理学诊断。后就诊于北京积水潭医院手外科门诊,诊断为“非特异性腕关节炎”。
2.体格检查:右腕关节皮肤颜色正常,无红肿,无色素沉着,无破溃。皮温正常。腕关节屈曲30°固定畸形,无被动屈伸活动。桡偏0°,尺偏30°,旋前旋后同健侧,旋前80°,旋后90°。握力2 kg。quick DASH评分40.9分;PRWE评分31分;VAS评分3分(图1)。
3.影像学检查:右腕关节正侧位示腕关节力线良好,无关节脱位。未见骨破坏征象,桡腕关节及腕中关节关节间隙消失(图2)。
图1 患者术前功能评估 A 双侧腕关节主动屈曲 B 双侧腕关节主动背伸 C 各评分均表示为患侧与健侧的比值 图2 右腕关节正、侧位X线片 A 右腕关节正位示腕关节力线良好,无关节脱位 B 右腕关节侧位示未见骨破坏征象,桡腕关节及腕中关节关节间隙消失
二、 方法
1.手术:患者于2020年11月3日在静脉全麻加臂丛神经阻滞麻醉下,行全腕关节置换术。患肢外展平放在专用手术台上,在气囊止血带下进行手术。在止血带充气前静脉预防用抗生素(头孢呋辛1.5 g)。术中备小C型臂X线机进行透视,并采用层流手术间。采用腕背正中入路,逐层切开浅层和深层筋膜,暴露伸肌支持带。从其桡侧起点开始至尺侧完整牵开,与周围皮肤软组织临时缝合固定,保留备用。松解腕背伸肌间室,向两侧分别牵开拇长伸肌及伸指总肌,暴露关节囊。以远侧为蒂,将关节囊U型掀开,在尽可能保留桡骨侧残端的前提下贴近桡骨侧切开。清理滑膜,摘除月骨后,将腕关节向掌侧脱位。以Lister结节和桡骨远端关节面做为参考,在桡骨背侧放置截骨器。调整截骨器直至指示杆在冠状面以及矢状面上均与桡骨轴线平行后,用克氏针临时固定截骨器,透视下再次确认指示杆位置,在正侧位上指示杆均与桡骨解剖轴线平行。用摆钻紧贴截骨器进行桡骨远端截骨,截骨平面控制在软骨下骨水平,并注意保留下尺桡韧带以及关节囊附着处。截骨后平面与桡骨轴线垂直。将腕关节掌侧脱位后,从桡骨截骨面置入髓腔锉,逐号扩大髓腔,在靠近桡侧皮质处逐渐打入髓腔锉,避免假体发生尺偏。当髓腔锉不能继续打入,与骨皮质有良好接触时停止扩髓。最终使用的髓腔锉型号为S号。由腕尺侧经皮横向置入克氏针,固定三角骨远极与头骨。以第三掌骨做为参考点,置入腕骨侧截骨器,调整截骨平面位于头骨远极2 mm水平,使用摆锯进行截骨。截骨面与前臂长轴垂直。取出三角骨固定克氏针,从头骨截骨平面处沿头骨长轴置入克氏针,正侧位透视下均位于头骨中心,使用4.5 mm钻头扩髓,置入腕骨侧试模。继续置入S号桡骨侧试模。根据软组织张力情况,放入Ⅰ型高度(高度最低)的垫片,腕关节复位后,测试腕关节假体稳定性,以及前后抽屉试验。可见腕关节稳定性良好,背伸可至0°。后进行掌侧软组织松解,背伸可被动活动至15°,屈曲至40°。取出试模,充分冲洗创面后,根据试模大小使用打器置入腕骨侧假体,在两侧分别置入皮质螺钉。桡骨侧通过第二腕掌关节进入第二掌骨髓腔,尺骨侧螺钉指向第五腕掌关节,并不跨过此关节,置入钩骨内。获得腕骨侧假体的初期稳定性。根据试模大小使用打器置入桡骨侧假体,并将I 型垫片卡入腕骨侧假体。取部分截骨内松质骨,填入远排腕骨,行远排腕骨间融合术。最后将腕关节复位后,再次检查患者腕关节活动度,腕关节软组织张力,并行前后抽屉试验,测试假体稳定性满意。术中透视示假体位置满意。放置负压引流管1根。采用伸肌支持带远1/3部分进行关节囊补充,修补缝合关节囊,完整覆盖假体。逐层缝合,关闭手术切口(图3)。
图3 腕关节假体置换手术步骤 A 腕背正中入路 B 切开伸肌支持带 C U型掀开关节囊 D 置入桡骨侧截骨器 E 截骨器正位透视 F 截骨器侧位透视 G 桡骨侧髓腔锉至扩髓满意 H 置入腕骨侧截骨器 I 置入合适大小的模试 J 术后透视正位X线片 K 术后透视侧位X线片
2.术后康复:术后给予患者可调式支具固定,固定在背伸0°位;可逐渐增加背伸角度。术后第2天消肿后,每3天将背伸度数增加3~5°。术后2周伤口拆线,被动背伸固定角度可至20°左右。在臂丛麻醉镇痛下,进行术后第1次主动康复锻炼。术后锻炼视觉模拟评分法(visual analogue scale, VAS)评分7分,休息时VAS评分2分。此后进行常规主被动康复锻炼。术后6周复查,VAS 0分,主动活动背伸12°,屈曲30°,旋后86°,旋前80°(图4)。X线片示假体位置满意(图5,6)。
图4 患者术后6周腕关节活动度 A 背伸 B 旋后 C 屈曲 D 旋前
图5 术后X线片显示假体位置满意 A 正位 B 侧位
图6 本例人工腕关节假体
讨 论
1.假体设计的理念:目前国外常见使用的第四代假体,包括Re-Motion,Universal Ⅱ,Maestro等,均采用三件式组配安装,生物型固定[2-3]。假体摩擦界面同常见的髋膝假体一致,为钴铬钼合金以及高分子聚乙烯材料。假体植入部分采用钛合金材料,既与骨组织具有最为相近的弹性模量,降低术后应力遮挡的发生,又满足组织相容性, 通过对部分骨-植入物接触面喷涂羟基磷灰石,促进骨长入,进一步增加生物固定强度。这3款假体经临床验证,在中期随访中均获得了较为满意的结果。患者术后疼痛明显减轻,可恢复满足生活需要的腕关节活动度[4]。然而,假体翻修率仍然明显高于髋膝关节假体,主要问题集中在假体腕骨组件的松动,以及进而发生的脱位[5]。针对组件松动的问题,本例引进了钛合金3D打印金属骨小梁技术。该技术在动物实验中表现出优异的骨长入特性[6],同时目前也临床应用于髋关节定制化假体以及脊柱定制化假体中,可提高生物固定强度[7]。
本假体主体采用钛合金3D打印制作,其为连通网格结构,表面结构和基体一体成型,不存在涂层脱落的问题。同时,多孔结构可使骨质长入假体,大大减轻假体与骨之间的机械剪切应力,使植入物获得更好的长期稳定性。关节界面一侧为钴铬钼合金,另一侧为高分子聚乙烯材料制作,二者均采用髋膝假体常用的关节界面材料制作。同时延续国外第四代假体设计的基本理念,采用三件式组配,生物型固定,整体参数依据患者解剖数据定制化制作(图6)。
2.适应证:(1)类风湿性关节炎累及全腕关节,活动受限明显。(2)桡腕关节骨性关节炎致疼痛活动受限明显。(3)舟骨骨折不愈合腕关节进行性塌陷(SNAC)四期,舟月分离致腕关节进行性塌陷(SLAC)四期,月骨缺血性坏死四期等腕关节晚期疾患。(4)近排腕骨切除术后或是四角融合术后失败。(5)除外禁忌情况的其他炎症性腕关节炎。
3.禁忌证:(1)患者腕关节周围骨骺未闭。(2)腕关节存在急慢性感染、滑膜炎活跃期的患者。(3)腕关节周围存在严重骨性畸形。(4)患者从事重体力工作。(5)因多种原因至腕关节软组织松弛,腕背伸肌支持带缺损,术前严重的掌尺侧半脱位等加重术后假体脱位的情况。
4.术前评估及假体定制:定制规划:术前拍摄患者标准腕关节的正侧位以及腕关节CT。采集相关假体制作数据,进行定制化假体制作。在制作时,除了制作匹配解剖数据的组件,同时需将桡骨侧整体缩小2 mm制作小号组件,并配备多种高度的聚乙烯垫片,以满足术中张力调整的需求。采集患者基本信息、年纪、年龄、惯用手,同时评估术前双侧腕关节功能,包括:(1)腕关节活动度:采用量角器置于腕关节尺侧,测量屈曲,背伸。量角器置入腕背,以桡骨轴线和第三掌骨轴线做为基准,测量桡偏,尺偏。(2)握力:采用握力器评估患者握力。测量方式为上肢位于体侧,屈肘90°,前臂以及腕关节中立位时的最大握力;分别测量健侧及患侧。测量3次取平均值,记录形式为患侧握力与健侧握力的比值。(3)疼痛评分:采用VAS评分用于疼痛的评估。0分表示无痛,10分代表难以忍受的最剧烈的疼痛。(4)功能评分:利用问卷形式评价患者术后上肢功能。采用quick DASH量表以及PRWE量表进行。
5.术后康复:术后康复采用临床医师-康复医师-麻醉医师三方共同参与的多学科团队进行。术后2周以内佩戴腕关节休息位支具。2周后在充分镇痛下,开展腕关节主动活动锻炼,包括屈伸和旋转运动。夜间继续佩戴休息位支具。在镇痛下规律康复锻炼,直至获得满意的腕关节活动度。术后6周以内避免提拉重物。分别在术后3、6、12个月进行腕关节功能评价,具体评价内容如同术前。在术后1、6个月行腕关节正侧位X光片检查,评估假体力线以及骨长入程度。
人工腕关节假体在国外已经历经40余年的发展,目前在缓解疼痛与改善功能方面获得了满意效果,但仍然存在假体松动、下沉、脱位等问题[5];而在国内,尚无任何成熟的腕关节假体上市。不论是医生还是患者都极大的期望国内假体的成功应用。目前本假体采用第四代假体的设计理念,同时融合了3D打印钛合金骨小梁技术,利用其优异的骨长入特性,期望可以降低假体松动的发生率。本假体目前尚处在临床初期应用阶段,期待可以开展多中心临床应用,规范术前分类、评分及术后随访等方面的内容,以利于更客观地评价各种假体的问题,获得满意的中长期疗效结果,最终得到标准化生产,进行全国范围内的应用。