两例3D打印垫块重建复杂髋臼骨缺损病例报告
临床资料
病例1患者女性，65岁，18年前因左髋疾病在外院行左髋人工关节置换术，13年前开始出现左侧髋关节疼痛，无外伤，疼痛一般，间歇性发病，活动行走时症状加重，休息卧床时症状减轻。近1个月来，患者因髋关节持续性疼痛到上海市第六人民医院关节外科门诊就诊。
体格检查:左侧髋关节屈曲挛缩畸形，左髋部外侧见一长约25CM的手术疤痕，局部皮肤无窦道、分泌物，髋关节压痛点位于左髋前侧、外侧，双下肢长度相差3CM，髋关节活动受限。X线摄片提示左髋人工关节置换术后假体松动伴股骨假体断裂，髋臼周围骨质缺损。患者有高血压病史二十余年，一直服用降血压药控制良好，无低热、盗汗、高热等症状获得医院伦理委员会批准3D个性化打印垫块后，告知患者并与患者签署知情同意书。主研与产品设计及加工工厂(相应产品生产资格证均已取得)共同完成个体化人工垫块的设计和制作。采用金属去伪影技术，手术前对患者的全骨盆进行层厚1mm的多层螺旋CT(西门子，德国)扫描。
应用交互式医学影像控制系统(Materialise，比利时)软件将骨盆CT扫描图像重建出患侧髋臼3D模型并转换成三维数字模型，将建立的三维模型导入工业设计软件UG(西门子，美国)软件中进行修改完善，导入到电子束熔融(EBM)金属3D打印机(ArcamA1，瑞典)主程序中进行分层切片处理，按照处理后建立的分层扫描程序打印出真人大小的半骨盆模型。手术医生与工程师通过半骨盆模型评估骨盆缺损类型，设计出个性化人工垫块(图1)和手术方案。在UG软件中建立出个性化人工垫块的三维数字模型，设置好孔隙率和孔径等参数后，最终使用电子束熔融金属3D打印机采用钛合金粉末(材料TC4钛合金)打印出个性化人工垫块，用于重建髋臼骨缺损(图2)。最终制备出的垫块的孔径大小在500～600μm之间，孔隙率62%到72%，屈服强度910～940MPa，抗拉强度950～990MPa，弹性模量120GPa，并可在快速成型(RP)模型上进行验证。
对该患者行全髋关节翻修术，髋臼骨缺损按照Paprosky分型分为ⅢB型。术后卧床6周后部分负重、3个月后完全负重；指导患者功能锻炼，避免禁忌动作。嘱术后1、3、6、12个月定期复查摄片，进行Harris髋关节功能评分、视觉模拟(VAS)评分。运用CT片评估骨长入情况。
病例2患者男性，58岁，28年前因双侧髋关节疼痛，无外伤，疼痛一般，间歇性发病，活动行走时症状加重，休息卧床时症状减轻，同时伴有髋关节僵硬，髋关节有持续性疼痛，服用止痛药有效，于当地医院就诊行双侧全髋关节置换术(分期)。2年前感左髋部疼痛复发且逐渐加重来上海市第六人民医院关节外科门诊就诊。体格检查:患侧髋关节屈伸、内外旋活动受限，左髋部外侧见一长约20CM的手术疤痕，局部皮肤无窦道、分泌物，髋关节压痛点位于腹股沟中段。双下肢长度相差2CM，髋关节活动范围下降，Harris评分为35分。X线及CT示左髋关节置换术后假体松动，髋臼骨缺损。患者无低热、盗汗、高热等症状，有类风湿性关节炎病史。3D打印个性化垫块的制备过程如病例1，设计出的个性化人工垫块见图3。对该患者行全髋关节翻修术，髋臼骨缺损按照Paprosky分型分为ⅢA型。术后卧床6周后部分负重、3个月后完全负重；指导患者功能锻炼，避免禁忌动作。嘱术后1、3、6、12个月定期复查摄片，进行Harris髋关节功能评分、视觉模拟(VAS)评分。运用CT片评估骨长入情况。
2例患者目前分别随访半年及1年，术中直视下及术后影像学评估均证实个体化人工垫块与髋臼面骨缺损完美匹配，髋臼假体安放、螺钉置入角度及位置均理想，髋臼正常旋转中心恢复。术后切口均Ⅰ期愈合。术后半年(图4)CT片示臼杯及垫块周围骨组织融合生长良好，术后半年及1年X线片显示臼杯及垫块周围无进行性透明线出现(图5，6)。没有出现假体松动、螺钉断裂、神经软组织损伤等并发症。两名患者末次随访Harris评分分别为95分和90分，较术前明显提高；VAS评分分别为1分和0分，较术前明显下降(表1)。
讨论
在全髋关节翻修手术(THR)中，由于关节不稳、感染、假体周围骨溶解和假体松动，髋臼侧骨缺损非常多见。一项涉及1094例髋关节研究的文献回顾显示，尽管严重的髋臼骨缺损仅占髋关节翻修手术量的17%，但相应的手术失败率却高达30%。骨性结构缺损的重建是否有效，直接影响翻修手术的成败。由于不同患者骨质缺损的程度不同、形态各异，传统的人工垫块与骨缺损匹配不完全，造成术中骨质磋磨过多或者残留无法填充的缺损间隙，不仅增加手术难度，而且影响假体的稳定性及使用寿命。近年来，3D打印(3DP)技术为个性化人工关节垫块的设计带来了曙光。基于CT三维重建髋臼侧骨质的缺损形态，计算机辅助设计(CAD)个性化人工垫块可以实现骨缺损的有效重建。
