个性化3D打印钛合金填充块在复杂髋关节翻修术中应用的可行性及疗效*

张宪彧,吴国保,江 建,王宏菁,孙志煌,刘光炜

(上饶市人民医院,江西 上饶 334000)

全髋关节置换术在骨科临床应用广泛,但每年髋关节翻修手术的总量也在不断地上升[1]。在髋关节翻修术中如何重建重度髋臼侧缺损是骨科医生一直关注的重点[2]。传统钽金属填充块形状和尺寸较为固定,很多情况下无法与实际骨缺损尺寸匹配,需要进行打磨,从而增加了骨量的流失,不利于患者术后髋臼假体的稳定,而个性化3D打印钛合金填充块的应用则能弥补这方面的缺陷[3-4]。本研究就个性化3D打印钛合金填充块在复杂髋关节翻修术中运用的可行性及效果进行研究,以期为复杂髋关节翻修重度髋臼骨缺损提供参考借鉴,可改善髋关节功能,现报道如下。

1 资料与方法

1.1资料

1.1.1一般资料 选取2021年3月至2023年1月就诊于本院行全髋关节置换术后需关节翻修的40例患者,将其随机分为3D打印组与对照组,各20例。对照组中男12例,女8例;年龄55～75岁,平均(67.75±6.47)岁;3D打印组中男11例,女9例;年龄56～75岁,平均(67.86±6.73)岁。2组患者基本资料比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。本研究通过本院医学伦理委员会批准[审批件(2021)医研伦审第(043)号]。

1.1.2纳入与排除标准 纳入标准:(1)经查体、髋关节正位X线片及超声检查符合翻修手术指征;(2)髋臼侧Paprosky Ⅲ型髋臼骨缺损;(3)无手术禁忌及金属过敏者。排除标准:(1)髋关节活动性感染者;(2)骨盆不连续者;(3)影像学资料不全者;(4)严重骨质疏松症者;(5)免疫系统性疾病者;(6)患侧肢体肌力小于4 级及患侧肢体偏瘫者。

1.2方法

1.2.1手术方法

1.2.1.13D打印组 (1)个性化钛合金填充块的3D打印:①CT扫描,术前进行平扫,将扫描数据储存上传至计算机;②在计算机上采用图像处理软件进行骨盆三维重建;③根据骨盆三维重建模型,构建三维模型,髋臼缺损以钛合金填充块填充;④打印出骨盆模型、填充块,在尼龙模型上进行手术模拟,根据髋臼杯的大小、位置,确认填充块的最终位置、大小及螺钉固定位置等;⑤根据手术模拟情况,对填充块三维模型进行修改,并完善内部结构参数、螺孔的设计,精确设计固定加强块的螺钉;⑥最终填充块设计为表面层厚1.00 mm的实心钛合金,将填充块模型数据导入到3D打印设备进行3D打印;⑦对填充块进行打磨抛光,并使用乙醇在超声波清洗机内反复清洗,消毒备用。(2)翻修手术方法:患者取手术体位,全身麻醉后,原手术切口逐层切开皮肤、皮下组织等,以显露髋关节,取出原人工假体。彻底清除髋臼内的病变组织并进行冰冻活检以排除感染可能。根据术前模拟手术选定的髋臼杯尺寸打磨髋臼,安装满意。将3D打印钛合金填充块植入髋臼骨缺损处,位置满意后用螺钉固定;安放髋臼假体,在填充块与髋臼假体缝隙间灌入骨水泥,待骨水泥凝固后植入髋臼内衬。之后翻修股骨柄、植入股骨头,复位髋关节,无出血后逐层缝合。术后根据患者情况进行康复训练指导。

1.2.1.2对照组翻修方法 手术前部分与3D打印组相同,将髋臼内的病变组织彻底清除及排除感染后,选定合适尺寸的钽金属填充块,根据钽金属填充块磨锉髋臼至合适大小,植入钽金属填充块并固定,选择合适的多孔金属涂层生物型髋臼杯压配固定,植入髋臼内衬。之后操作与3D打印组相同。

1.2.2观察指标 (1)统计手术时间、术中出血量;(2)采用Harris 髋关节评分量表(HHS)评估术后髋关节恢复,总分100分,得分越高,髋关节功能越好。(3)术后对患者随访1年,了解并统计并发症发生情况。

2 结 果

2.12组手术相关指标比较 3D打印组手术时间、术中出血量[(120.56±8.13)min、(312.57±24.65)mL]均低于对照组[(132.67±8.27)min、(342.64±25.47)mL],差异有统计学意义(t=5.720,P<0.001;t=4.647,P<0.001)。

2.22组髋关节功能恢复情况比较 治疗前,3D打印组髋关节功能评分[(34.65±5.33)分]与对照组[(34.57±5.32)分]比较,差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后,3D打印组髋关节功能评分[(87.69±6.35)分]高于对照组[(72.56±6.27)分],差异有统计学意义(P<0.05)。

2.32组并发症发生情况比较 3D打印组并发症发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

表1 2组并发症发生情况比较[n(%)]

3 讨 论

全髋关节置换术是骨科常见手术,主要用于对各种髋关节疾病进行治疗,而且手术后患者各项症状一般可得到缓解,髋关节功能可明显提升[5-6]。近年来,在手术方式不断改进的背景下,相关手术器械制作越发精炼,髋关节假体也越发优化,这促使广大患者更易接受人工全髋关节置换术。不同于初次髋关节置换术,很多复杂髋关节手术患者由于髋臼缺损,致使假体安放难度较大,假体更易出现松动,极易出现感染,导致髋关节功能受损,影响翻修手术的实施效果。故而在此类患者治疗中,如何重建髋臼骨缺损是关节外科医师面临的一大挑战。而且由于患者存在明显的个体差异,所以在髋关节翻修术中如何重建重度髋臼侧缺损也是骨科医生一直关注的重点[7-8]。髋臼骨缺损重建的目标是在尽量保留患者原始骨量的基础上恢复髋关节正常旋转中心,通过骨长度获得髋臼假体的长期稳定性,对于Paprosky Ⅲ型髋臼骨缺损,钽金属填充块与生物型髋臼杯在重度髋臼骨缺损重建中应用广泛,具有一定的效果[9]。但由于患者髋臼骨缺损程度不一,传统钽金属填充块形状和尺寸较为固定,很多情况下无法与实际骨缺损尺寸匹配,需要进行打磨,从而增加了骨量的流失,但不利于患者术后髋臼假体的稳定,而个性化3D打印钛合金填充块的应用能弥补这方面的缺陷[10]。

3D 打印技术最初是在工业领域内广泛应用,其是综合激光快速成型技术、三维CT技术和高分子材料技术构建而成的现代化工业制造技术。借助计算机辅助作用,通过3D打印,可精确采集并分析零件信息,结合设计要求,实施深层次的加工,获得三维重建模型,之后借助打印机和制造材料,构建出实体模型。在医学技术快速发展下,3D打印技术在临床中的应用越发广泛,这可降低因个体差异引发的医疗事故发生风险,提高治疗安全性。而且3D打印简单,便于推广[11-12]。个性化3D打印钛合金填充块设计理念是术前进行骨盆CT扫描,利用CT原始数据重建患者骨盆三维图像,根据髋臼骨缺损的解剖形态和位置设计出适合骨长入最佳孔隙结构和参数,且能完美匹配患者髋臼骨缺损部位、范围、程度等特征的个性化多孔钛合金加强块。利用选择性激光烧结或电子束熔融技术打印钛合金粉末制备个性化多孔钛合金加强块,完成后续的抛光、清洗和消毒等处理后植入患者体内,术中依靠术前模拟设计的螺钉大小、位点和方向将加强块固定在骨缺损的最佳位置,在保留原始骨量的同时有助于更好地恢复正常髋臼解剖形态和旋转中心位置[13-14]。

本研究结果显示,3D打印组手术时间、术中出血量均低于对照组,髋关节功能评分高于对照组,并发症发生率低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05),表明个性化3D打印钛合金填充块在髋臼侧严重骨缺损髋关节翻修术中的应用效果显著。综上所述,将个性化3D打印钛合金填充块应用在髋臼侧严重骨缺损髋关节翻修术中,可促进患者髋关节功能的恢复,临床可行性高。