3D打印技术在复杂型髋臼假体翻修术中应用1例

临床资料

患者，男，63岁，10年前因左髋关节发育不良、股骨头坏死，在我院行左侧人工全髋置换手术，术后恢复满意，正常参加农村重体力劳动。近2年出现左髋疼痛、跛行，并进行性加重。左下肢短缩4CM左右，左髋外展、外旋及屈曲功能均明显受限，肢端血管、神经功能均正常。右髋关节发育不良、股骨头坏死，肢体短缩，一直未予处理。X线平片及三维CT提示左髋关节臼杯向上、向后移位约4CM，臼顶及后壁巨大缺损并有新的假臼形成，股骨假体尚好。考虑左侧人工全髋置换术后髋臼假体松动并移位。患者无明显手术禁忌证。
髋臼假体的3D打印：对患者骨盆至膝关节水平进行薄层CT扫描（层厚0．8mm）三维重建，将薄层CT扫描原始数据用DICOM格式保存，并导入Mimics进行三维逆向重建模型。在虚拟的电脑三维空间里进行模拟重建、修正等工作，采用3D技术打印患者仿真骨盆模型（含髋臼变形、缺损模型）和同髋臼相匹配的人工髋臼模型。由于髋臼缺损的修复成形需要借助髋臼锉，因此会将正常髋臼部分和缺损部分模拟成规则的圆。术中需要打磨髋臼，将不规则髋臼作成规则形状，角度和旋转中心原则上参考对侧正常髋臼的角度和旋转中心位置。提前在3D打印模型上进行组装试验，观察角度、位置、大小及钉孔方向等情况，并进一步修正人工髋臼假体模型至满意。再根据模型“量身定制”，将相关数据导入3D打印机，用钛合金粉打印出同患者的髋臼高度相匹配的金属垫块一体式人工髋臼假体。
手术方法：取左髋后外侧切口进入，取出股骨柄假体，见髋臼假体向上、向后移位约4CM，顺利取出髋臼假体，清除增生的软组织及骨赘。发现真臼后上方有一假臼窝，中间有一骨脊相隔，臼顶及后壁巨大缺损，同3D技术打印出的骨盆模型完全一致。用髋臼锉分别处理真臼和假臼，直至同假体相对应的大小、深度和方向等，植入金属垫块一体式的人工髋臼假体，高度匹配，置入4枚螺钉固定，空隙处植入自体骨，再植入股骨侧假体（图1）。

手术时间3h，出血量约600ml。检查髋关节稳定性及活动度均满意，术后测量肢体延长约1CM。按常规处理，康复早期介入，患者术后第1天即可以翻身活动，第2天能坐起来，第3天能扶双拐下床。随访半年，无切口感染、深静脉血栓和髋关节假体脱位等并发症。髋关节功能Harris评分80分，其中疼痛44分、功能30分、畸形4分和活动范围2分，髋关节功能恢复较好。
讨论

随着人工髋关节置换手术的普及，人工髋关节翻修术也逐年增多，特别是复杂型髋臼假体翻修术临床并不少见，患者臼杯显著移位、臼壁巨大缺损并有新的假臼形成，多由患者过早、过多负重及没有早期翻修所致。虽然通过CT三维重建可以充分了解臼杯移位及髋臼缺损等情况，但平面显示的三维图像不能完全给人直观、立体的感觉，而且目前市场上未见到个体化的人工髋臼，导致人工髋臼同变形的髋臼严重不匹配，增加了手术的难度和风险，直接影响翻修的效果。本例患者臼杯显著移位、臼壁巨大缺损并有新的假臼形成，常规髋臼假体翻修十分困难。
3D打印技术是一种基于三维数字模型，应用粉末状或液体的金属或高分子材料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造实物。作为一项前沿制造技术，目前在颌面外科、骨科等手术中得到逐步应用和发展，主要用于制定手术方案、个性化假体制作及骨组织工程。1999年，有学者在小儿颅缝早闭的手术方案中运用3D打印技术取得了良好的效果。近年来，3D打印技术在创伤骨科临床中也得到了有效的应用。为提高人工髋关节置换术的成功率，Won等利用该技术进行精确植入，使手术时间明显缩短。对于人工髋关节置换术后发生的假体松动伴髋臼内陷，应用该技术同样获得了成功。
本例采用3D技术打印的金属垫块一体式人工髋臼假体，同患者的髋臼高度相匹配，使复杂型髋臼假体翻修手术更加、安全并减低手术难度，同时节约手术时间，术中出血量少，手术创伤小，肢体长度、髋关节稳定性及活动度均相对满意。患者术后第3天就能下床，从而减少了深静脉血栓、褥疮、坠积性肺炎、泌尿系统感染等术后并发症的发生。同时，仿真实物模型可使患者更加直观地了解病情，让医生更直观地解释手术方案，有利于和谐医患关系的建立。
该类复杂型髋臼翻修术，同陈旧性复杂型髋臼骨折行关节置换一样，髋臼变形严重，原则上一般采用生物型假体，骨水泥型假体失败率高，术后假体发生松动可能性大。值得注意的是髋臼缺损的修复成形需要借助髋臼锉，因此会将正常髋臼部分和缺损部分模拟成规则的圆，术中需要打磨髋臼，将不规则髋臼作成规则形状，角度和旋转中心原则上参考对侧正常髋臼的角度和旋转中心位置。
总之，3D打印技术有利于开展个体化量身定制手术，使复杂型髋臼假体翻修手术变得更加简单、和安全，具有很好的发展前景。
来源：中国骨伤2016年11月第29卷第11期