隨著我國人口老齡化進程的加快、關節假體材料與設計的不斷革新，初次髖關節置換數量迅速增長，隨之而來的髖關節翻修術也與日俱增。髖關節翻修的常見原因包括假體無菌性松動、感染、聚乙烯內襯磨損、骨溶解、假體周圍骨折等。在髖關節翻修術中，骨缺損的處理可謂是最具挑戰性的難題。骨缺損以髖臼側多見，髖臼側骨性結構缺失過多將直接導致翻修術中臼杯固定不牢靠，假體穩定性難以保證。因此，髖臼骨缺損能否得到有效重建，將直接影響髖關節翻修手術的成敗。
目前臨床上用于翻修術中重建髖臼側骨缺損的填充置入物以成品鉭金屬墊塊最為常見。但由于人工鉭金屬墊塊形態單一，且價格昂貴，臨床較難推廣。近年來，隨著3D打印技術的迅速發展，利用計算機輔助設計（CAD）及電子束熔融技術（EBM）定制的個性化3D打印金屬墊塊及假體置入物則很好地解決了上述問題，為髖關節翻修術中骨缺損的重建帶來了新思路。本文介紹1例利用3D打印技術治療合并髖臼側骨缺損的全髖關節翻修病例。
病例資料
患者，女性，65歲，14年前因右股骨頭壞死于外院行右全髖關節置換術。3年前患者無明顯誘因出現右髖部疼痛，后進行性加重，近半年來右髖疼痛癥狀明顯加劇伴活動受限、跛行。查體右髖部前外側見約25CM陳舊性手術瘢痕，皮溫不高，無竇道。右下肢較健側短縮約2.5CM（圖1a），右側腹股溝區局部壓痛，右下肢縱向叩痛（+）。右髖屈曲100°時疼痛，伸直及內外旋活動尚可，4字試驗（+）。實驗室檢查血常規、ESR、CRP均正常。X線片及CT示右側小粗隆下緣較健側上移2.5CM，右側股骨頭假體旋轉中心較健側上移1.5CM，右側髖臼前壁、后壁及臼頂存在不同程度的骨缺損，髖臼內壁完整，Kohler線及淚滴無破壞，股骨柄假體下陷，周圍見透亮影。結合病史及影像資料可以初步判斷，該患者為右側全髖關節置換術后假體松動，松動的原因主要考慮為磨損所致的假體周圍進行性骨溶解。術前VAS評分7分，Harris評分52分。根據髖臼骨缺損Paprosky分型，此例患者屬于PaproskyⅡB型。
術前應用Mimics交互式醫學影像控制系統對骨盆薄層CT掃描圖像進行3D建模，利用UG工業設計軟件對三維數字模型數據進行編輯處理，再導入3D打印機制作出1:1半骨盆模型。根據半骨盆三維模型及骨缺損情況，利用計算機輔助設計繪制出用于填充骨缺損的個性化人工金屬墊塊及翻修所使用假體的三維數字化模塊，導入3D打印機中，借助電子束熔融技術（EBM）以鈦合金金屬粉末為原料在真空環境中通過分層加工、疊加成型的方式打印出個性化的人工金屬墊塊及翻修所使用的假體（由愛康醫療控股有限公司生產制作）見圖1。
手術采用改良Harding入路切開暴露，術中見股骨柄假體松動，髖臼側聚乙烯內襯磨損嚴重，臼杯周圍骨溶解和骨缺損與術前3D打印半骨盆模型所示一致。取出假體，髖臼側經磨搓后按照術前計劃方案在髖臼骨缺損處置入3D打印鈦金屬墊塊，并按術前設計制作的釘孔方向置入3枚6.5mm螺釘固定。置入54mm臼杯假體，壓配牢靠后安裝聚乙烯內襯。最后置入生物型股骨柄假體并安裝36mm陶瓷球頭。術后1、3、6個月定期攝X線片隨診，進行VAS評分及Harris功能評分。隨訪期間無感染、脫位、假體松動等并發癥，末次隨訪VAS評分0分，Harris評分90分。
討論
隨著1983年CharlesHull研發的第一臺3D打印機問世以來，3D打印技術已在包括醫療衛生行業在內的眾多領域廣泛運用。3D打印技術是快速成形（RP）技術的一種，其以三維數據模型文件為基礎，通過計算機輔助設計（CAD）完成一系列數字切片處理，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，以粉末狀或液態的金屬、塑料等粘合材料為原料，通過分層加工、疊加成型的方式來構建實體物件，也稱為“增材制造”，與傳統的減材加工技術完全不同。電子束熔融技術（EBM），是近年來新興的快速成型制造技術，其原理是將三維實體模型數據導入EBM打印設備，在真空環境中以金屬粉末為原料，通過高能電子束經磁場誘導偏轉聚焦后所產生的高能使金屬微粒熔融，再通過凝固融合形成金屬薄層，經過逐層鋪設的方式完成金屬實體的構建。利用電子束熔融（EBM）3D打印技術制備的假體及金屬置入物具備多項傳統工藝無法實現的優勢特征。其一，EBM所需的真空熔煉環境排除了氧化物、氮化物等雜質產生的可能，保證了材料的高強度。同時，置入物為一體成型，避免了實體層與多孔層之間產生裂隙及涂層脫落問題。其二，金屬涂層骨小梁之間以三維立體結構連接，與人體松質骨骨小梁結構類似。此種類骨小梁的“微刺”表面結構既增加了假體與宿主骨的接觸面積又加大了界面摩擦系數，提高了把持力，為假體提供了良好的初始穩定性。其三，墊塊及假體涂層的金屬孔徑及孔隙率可通過計算機來調整，高孔隙率的三維類骨小梁金屬結構有利于誘導骨長入，為假體遠期穩定性提供了保障。
髖關節翻修術技術復雜，手術難度大，術中出血量多且耗時長，特別是合并髖臼嚴重骨缺損的翻修手術極具挑戰性，令廣大骨科醫生望而卻步。Johanson所報道的大樣本的髖關節置換術文獻報道，在髖關節翻修手術中合并髖臼骨缺損的僅占17％，但手術失敗率卻高達30％。如何借助3D打印技術有效解決髖臼骨缺損的重建從而提高髖關節翻修手術的成功率是本文探討的重點。3D打印技術在髖關節翻修手術中的應用主要包括兩個方面：（1）術前手術方案的輔助規劃；（2）置入物的個體化設計與制作。首先，利用3D打印技術可制作出1:1仿真骨盆模型以用于術前手術方案的規劃。傳統的二維影像資料難以直觀、精確地顯示骨缺損的具體大小、形態，而通過3D打印技術可重塑患者的1:1髖臼實體模型，能將骨缺損的具體情況以最直觀的方式呈現給手術醫生。同時，利用實體模型可在體外對翻修手術進行規劃預演，做到心中有數，從而縮短手術時間，提高手術效率。其次，利用計算機輔助設計的3D打印技術可定制個體化的金屬置入物。翻修術中骨缺損的情況形態多樣，而傳統的成品鉭金屬墊塊則形態單一，難以較好地與骨缺損實現完美契合，且價格昂貴。而根據患者CT三維數據經計算機輔助設計（CAD）定制的個體化3D打印金屬墊塊則能與骨缺損形成較好的匹配，最大限度地實現骨缺損部位的精確重建。而且借助計算機軟件可精確規劃墊塊內部的釘道方向，使得螺釘的置入更安全可靠，有助于避開重要的解剖結構，防止可能造成的神經血管損傷。
雖然3D打印技術在骨科領域的應用前景可觀，但總體來講仍處于起步階段，目前仍然面臨著諸多問題，例如硬件設施及軟件技術配備要求高，術前審批及置入物制作時間長，額外增加患者住院時間及經濟負擔等都給3D打印技術在基層醫院的推廣帶來了阻力。同時，3D打印置入物的金屬毒性、生物相容性、生物力學穩定性仍待長期隨訪觀察。但隨著3D打印技術在骨科相關領域的逐步推廣，其必將為骨科技術的發展帶來一場新的革命。