3D打印技術(shù)制造骨盆模型對DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的研究

陳銀華，孫天祥，鐘易林

(綿陽市第三人民醫(yī)院(四川省精神衛(wèi)生中心)骨科,綿陽　621000;*通訊作者,E-mail:13508109927@qq.com)

隨著醫(yī)學(xué)科技的不斷提升,成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip in adults,DDH)的治療手段不斷增多,目前臨床治療DDH常見的方法有骨盆截骨、髖關(guān)節(jié)融合、股骨截骨以及人工髖關(guān)節(jié)置換等等[1]。其中骨盆、股骨截骨治療方法受限于年輕患者,雖然在緩解該類人群早期病癥和疼痛表現(xiàn)出理想效果,但對老年患者治療效果不佳[2];髖關(guān)節(jié)融合雖然適用于各類患者,且在改善患者疼痛方面具有顯著優(yōu)勢,但該治療方法無法確?；贾顒訖C能的有效恢復(fù),且患者滿意度較差[3]。為了探索最適合的理想治療手段,本次實驗圍繞人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)展開,同時采用3D打印技術(shù)制造骨盆模型,在治療方面取得了理想成效,具體報道如下。

1　資料與方法

1.1　一般資料

選擇2016-06～2017-01我院接受人工髖關(guān)節(jié)置換治療的84例成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip in adults,DDH)患者作為研究對象,參與患者符合以下納入標準[4]:①各個Crowe類型患者均有參與;②髖關(guān)節(jié)不存在外力造成的傷害,未伴隨出現(xiàn)其他疾病且符合手術(shù)適應(yīng)證;③患處疼痛感較明顯,對日常起居均有一定影響,臨床影像檢查結(jié)果顯示為髖關(guān)節(jié)發(fā)育性不良合并骨性關(guān)節(jié)炎;④患肢肌力超過Ⅳ級,表現(xiàn)正常。按照隨機編號方法(將患者順序編號,然后根據(jù)隨機數(shù)字表法將患者進行分組)平均分為兩組：3D打印組和對照組。3D打印組患者包括男性26例,女性16例,年齡43-69歲,平均年齡(43.7±6.4)歲,其中CroweⅠ型12例,CroweⅡ型9例,CroweⅢ型11例,CroweⅣ型10例；對照組患者包括男性23例,女性19例,年齡46-66歲,平均年齡(46.3±7.1)歲,其中CroweⅠ型11例,CroweⅡ型12例,CroweⅢ型14例,CroweⅣ型5例(見表1)。兩組患者的一般資料有可比性(P>0.05),本研究經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會批準，患者均知情同意。

1.2　方法

1.2.1對照組治療方法對照組患者應(yīng)用常規(guī)技術(shù)進行治療,首先通過64排螺旋CT掃描方式對患者的患肢髖關(guān)節(jié)進行全面檢查。檢查完畢后,醫(yī)生為患者實施手術(shù),將患者脫位的關(guān)節(jié)復(fù)位。

表1兩組患者Crowe型對比(例)

Table1ComparisonofCrowetypebetweentwogroups(cases)

組別nⅠ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型對照組4212911103D打印組421112145 χ21.3941.5911.5251.635 P0.8540.5580.5980.233

1.2.23D打印組治療方法首先通過64排螺旋CT掃描方式為患者的患肢髖關(guān)節(jié)進行全面檢查,將各項檢查數(shù)據(jù)輸入計算機后借助專用軟件建立3D模型,隨后將建立的三維數(shù)字模型進行分區(qū)操作,以層截面為單位完成分解后,將該模型相關(guān)參數(shù)值輸入3D打印機后輸出相應(yīng)的髖關(guān)節(jié)模型[5]。以某患者為例,在置換術(shù)前為該患者進行X線片檢查,并建立3D模型,將模型輸入并打印,之后實施THA操作,觀察患者股骨頭畸形狀態(tài),在實際操作中使真臼點與模型指示位置吻合,以確保置換關(guān)節(jié)狀態(tài)良好(見圖1)。

A.置換術(shù)前患者X線片檢查; B. 3D模型的建立; C.模型輸入打印; D.實施THA操作后患者股骨頭畸形狀態(tài); E.真臼點與模型指示位置吻合; F.置換關(guān)節(jié)狀態(tài)良好圖1　3D打印組某患者建模過程影像圖Figure 1　Imaging of modeling process in a DDH patient in 3D group

待建模工作結(jié)束后結(jié)合模型確定手術(shù)治療方案,同時展開模擬治療操作,操作治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)集中在重建髖臼、確定生物假肢、股骨近端處理三個方面[6]。重建髖臼要根據(jù)不同Crowe類型的DDH患者制造不同的形態(tài),如CroweⅠ型和CroweⅡ型髖臼為淺杯狀,CroweⅢ型和CroweⅣ型髖臼窩貝殼狀[7]。在治療方案確定后要結(jié)合已建立的患肢一側(cè)髖關(guān)節(jié)模型和影像檢查結(jié)果展開模擬手術(shù),手術(shù)執(zhí)行小組需要在詳細分析治療方案的前提下實施治療,術(shù)前鎖定髖臼中心,并結(jié)合患者需求確定合理的髖臼假體完成置換手術(shù)[8]。

1.3　觀察指標

詳細記錄患者手術(shù)治療時間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量等指標,對3D打印技術(shù)在人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用情況進行評估[9];同時借助Harris評分觀察該技術(shù)在人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中使用效果,分別從疼痛、功能、畸形和運動范圍4個方面對患者術(shù)后髖關(guān)節(jié)情況進行評測;并觀察和統(tǒng)計術(shù)后患者出現(xiàn)的并發(fā)癥,如股骨劈裂骨折、神經(jīng)并發(fā)癥、截骨延遲愈合、術(shù)后脫位等[10]。

1.4　統(tǒng)計學(xué)方法

2　結(jié)果

兩組DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)結(jié)果顯示,3D打印組患者手術(shù)操作時間、出血量、術(shù)后引流量均顯著低于對照組(P<0.05,見表2)。

對比兩組DDH患者治療前后Harris評分情況可知,治療前兩組患者Harris評分相差不大,治療后3D打印組患者Harris評分結(jié)果明顯優(yōu)于對照組(P<0.05,見表3)。

組別n手術(shù)出血量(ml)手術(shù)操作時間(min)術(shù)后引流量(ml)對照組42510±2886±21312±113D打印組42460±2273±18270±15 t4.7686.4136.451 P0.0210.0360.038

組別時間 疼痛 功能 畸形運動范圍 對照組治療前28.6±4.327.8±3.92.1±0.22.2±0.4治療后31.7±4.9*30.4±9.7*2.6±0.4*2.9±0.6* 3D打印組治療前28.4±4.128.1±3.62.2±0.32.3±0.3治療后39.1±5.8*#37.8±10.4*#3.1±0.6*#3.5±0.7*#

同組與治療前比較,*P<0.05;治療后與對照組比較,#P<0.05

對比兩組DDH患者治療后不良反應(yīng)發(fā)生情況可知,3D打印組患者治療后并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組(P<0.05,見表4),可見采用3D打印技術(shù)相比其他制造骨盆模型方法在DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較低。

表4兩組DDH患者治療后不良反應(yīng)發(fā)生情況比較例(%)

Table4Comparisonofincidenceofadversereactionsbetweenthetwogroupsaftertreatmentcases(%)

組別n股骨劈裂骨折神經(jīng)并發(fā)癥截骨延遲愈合術(shù)后脫位對照組426(14.3)8(19.0)9(21.4)7(16.7)3D打印組423(7.1)3(7.1)2(4.8)3(7.1) χ25.4676.9417.4166.794 P0.0340.0150.0460.023

3　討論

3.1　3D打印技術(shù)簡述

3D打印技術(shù)是指以計算機技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及三維CT技術(shù)作為支撐,將相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)按照離散或者堆積的原理建立模型,同時將模型按照真實生物結(jié)構(gòu)塑造成實物[11]。該技術(shù)分為多種類型,包括光固化成型技術(shù)、電子束熔融技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、熔融沉積成型技術(shù)、分層實體制造技術(shù)、選擇性激光熔融技術(shù)和電子束熔融技術(shù)等[12]。本研究結(jié)果顯示,對照組患者手術(shù)操作時間、出血量、術(shù)后引流量均顯著高于3D打印組(P<0.05),由此可知3D打印技術(shù)相比其他制造骨盆模型方法在DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中具有明顯優(yōu)勢,可以縮短手術(shù)時間,降低術(shù)后出血量和引流量,促進DDH患者快速康復(fù)。

3.2　全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者情況

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者出現(xiàn)不同程度的并發(fā)癥反應(yīng),集中表現(xiàn)為血管損傷、神經(jīng)并發(fā)癥、創(chuàng)口感染、脫臼、靜脈血栓、生物假體松動或者四周骨組織出現(xiàn)移位和骨折現(xiàn)象等[13]。對比兩組DDH患者治療后不良反應(yīng)發(fā)生情況可知,3D打印組患者治療后并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組(P<0.05),可見采用3D打印技術(shù)相比其他制造骨盆模型方法在DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較低。相關(guān)實踐證實[14],3D打印技術(shù)在DDH患者進行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生與手術(shù)治療方案的確定、生物假肢、術(shù)中和術(shù)后精細處理等有直接關(guān)系,此外還可能與隨訪時間等因素有相關(guān)聯(lián)系[15]。對比兩組DDH患者治療前后Harris評分情況可知,治療前兩組患者Harris評分相差不大,治療后3D打印組患者Harris評分結(jié)果明顯優(yōu)于對照組(P<0.05),由此可知該技術(shù)有利提升Harris評分,對患者患肢運動功能改善具有積極作用。

3.3　3D打印術(shù)的應(yīng)用

當前臨床治療DDH中,3D打印技術(shù)在生物假體、關(guān)節(jié)置換術(shù)中發(fā)揮了關(guān)鍵的建模作用,就其在生物體支架方面的貢獻而言,水凝膠支架解決了一直困擾操作的軟骨填充問題,科學(xué)實驗證實3D打印技術(shù)制造的纖維蛋白已經(jīng)滿足骨填充的需要[16]。種子細胞打印技術(shù)作為傳統(tǒng)打印細胞方法近年來得到有效的改進,不斷突破技術(shù)瓶頸[17]。利用周圍環(huán)境實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制的激光技術(shù)直接、高效地提升種子細胞存活率[18]。人體骨髓間質(zhì)干細胞可同時分化為不同細胞,通過外界環(huán)境的激發(fā)和誘導(dǎo)干細胞分化為不同組織細胞,從而提升各種組織細胞的獲取能力,因此該細胞作為生物置換術(shù)的基礎(chǔ)細胞在關(guān)節(jié)置換圍術(shù)期發(fā)揮了重要作用[19]。當前階段3D打印技術(shù)依然實現(xiàn)了固化生物活性因子的目標,使得該類因子在水凝膠支架上完成對種子細胞的調(diào)控[20]。生物關(guān)節(jié)材料后期分解及置換后關(guān)節(jié)機能的恢復(fù)已經(jīng)成為繼置換術(shù)后受到廣泛關(guān)注的議題[21]。當前醫(yī)學(xué)水平,伴隨著3D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換方面的不斷深入應(yīng)用,以及滲透到各個骨科范疇,具有巨大的發(fā)展、使用價值[22]。

綜上所述,3D打印技術(shù)在人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)方面已經(jīng)取得理想效果,隨著醫(yī)學(xué)研究的不斷發(fā)展,該技術(shù)在生物假體模型制作和關(guān)節(jié)置換術(shù)方面的優(yōu)勢不斷凸顯。

參考文獻：

[1]方洪松,陳森,彭昊.3D打印技術(shù)在成人CroweⅣ型發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位關(guān)節(jié)置換中的臨床應(yīng)用[J].臨床外科雜志,2016,24(6):458-460.

[2]閆文龍,楊小中,張華,等.生物型與骨水泥型人工髖關(guān)節(jié)置換治療高齡轉(zhuǎn)子間骨折早期療效的比較[J].創(chuàng)傷外科雜志,2015,17(1):28-32.

[3]周進,姚慶強,胡軍,等.3D打印快速原型輔助全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)在治療成人發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良中的應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2017,12(2):36-38.

[4]Agus H, ?nvural B, Kazimoglu C,etal. Medial percutaneous hemi-epiphysiodesis improves the valgus tilt of the femoral head in developmental dysplasia of the hip (DDH) type-Ⅱ avascular necrosis[J]. Acta Orthopaedica, 2015, 86(4):506-510.

[5]Phelan N, Thoren J, Fox C,etal. Developmental dysplasia of the hip: incidence and treatment outcomes in the Southeast of Ireland[J]. Irish J Med Sci, 2015, 184(2):411-415.

[6]孫海濱,呂尚軍,朱書朝,等.3D打印技術(shù)在制作人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染臨時間隔器中的臨床應(yīng)用[J].中國矯形外科雜志,2016,24(13):1239-1241.

[7]劉恒,王建偉.髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨假體周圍骨折的分型及治療的研究進展[J].創(chuàng)傷外科雜志,2016,18(10):632-634.

[8]何勇,劉欣偉,張敬東,等.3D打印技術(shù)在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染Ⅱ期翻修手術(shù)中應(yīng)用[J].臨床軍醫(yī)雜志,2016,44(10):999-1002.

[9]楊龍,王建吉,劉國勇,等.3D打印技術(shù)在髖臼發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)置換中的初步應(yīng)用[J].中國矯形外科雜志,2016,24(17):1550-1553.

[10]戚大春,安新榮.全髖關(guān)節(jié)置換假體位置的確定方法及生物力學(xué)特性[J].中國組織工程研究,2016,20(26):3811-3816.

[11]燕華,史強,吳偉平,等.3D打印技術(shù)在兒童髖關(guān)節(jié)脫位翻修術(shù)中的臨床應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2015,13(5):18-19.

[12]常繼輝,羅斌,羅健.骨水泥型雙極人工股骨頭置換術(shù)治療老年股骨轉(zhuǎn)子間粉碎性骨折臨床分析[J].創(chuàng)傷外科雜志,2015,1(2):127-130.

[13]Souza BGSE, Melo TED, Resende TM,etal. Developmental dysplasia of the hip: do the responsible for screening know what to do?[J]. Acta Ortop Bras, 2016, 24(6):312-317.

[14]陶正剛,吳芳芳,莫文海,等.人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療成人先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的效果[J].中國臨床保健雜志,2017,20(3):315-316.

[15]段宏,高輝,郭曉東,等.組織工程與骨關(guān)節(jié)損傷:置換與修復(fù)[J].中國組織工程研究,2015,19(48):7831-7831.

[16]毛兆光,姜岳武,毛建華,等.3D打印技術(shù)在復(fù)雜型髖臼假體翻修術(shù)中應(yīng)用1例報告[J].中國骨傷,2016,29(11):1058-1060.

[17]周鵬,趙輝,吳宇黎,等.鈦合金假體表面涂層微孔孔徑和孔隙率對骨整合的影響[J].山東醫(yī)藥,2017,57(16):12-15.

[18]Shin CH, Yoo WJ, Park MS,etal. Acetabular remodeling and role of osteotomy after closed reduction of developmental dysplasia of the hip[J].J Bone Joint Surg Am, 2016, 98(11):952-953.

[19]Basit S, Hannan MA, Khoshhal KI. Developmental dysplasia of the hip: usefulness of next generation genomic tools for characterizing the underlying genes—a mini review[J].Clin Genet, 2016, 90(1):16-20.

[20]潘衛(wèi)宇,袁梅梅,寇曉平,等.應(yīng)用3D打印技術(shù)對嚴重骨缺損患者行髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)的護理[J].中華護理雜志,2016,51(9):1064-1067.

[21]Elsayed MM, Hegazy M, Abdelatif NM,etal. Dega osteotomy for the management of developmental dysplasia of the hip in children aged 2-8 years: results of 58 consecutive osteotomies after 13-25 years of follow-up[J].J Child Orthop,2015,9(3):191-198.

[22]楊晶,張麗娜,李飛,等.數(shù)字導(dǎo)航技術(shù)在成人CroweⅣ型髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良手術(shù)治療中的應(yīng)用研究[J].中國骨與關(guān)節(jié)損傷雜志,2015,30(12):1233-1235.