作者:南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院  趙暢

人工關(guān)節(jié)置換是治療髖膝關(guān)節(jié)終末期疾病的有效方法。過(guò)去10～20年間，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)在我國(guó)發(fā)展迅猛，每年有超過(guò)20萬(wàn)患者接受初次髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，并以20%的速度增長(zhǎng)，使患者消除疼痛、恢復(fù)行走及運(yùn)動(dòng)能力、提高生活質(zhì)量。然而人工關(guān)節(jié)假體存在一定的使用壽命，且初期關(guān)節(jié)置換術(shù)技術(shù)及假體設(shè)計(jì)亦尚不完善，術(shù)后10～20年即有一定比例的患者因各種原因需要行翻修術(shù)。

我國(guó)現(xiàn)有已行初次髖膝人工關(guān)節(jié)置換的患者超過(guò)300萬(wàn)。近年來(lái)因各種原因行人工關(guān)節(jié)翻修術(shù)的患者已逐漸增多，并在5～10年內(nèi)將可預(yù)見(jiàn)地大量增加。關(guān)節(jié)置換翻修給社會(huì)帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，治療常常需要多種術(shù)式，住院時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的抗生素治療以及康復(fù)鍛煉。但隨著3D打印技術(shù)出現(xiàn)，給髖膝關(guān)節(jié)翻修帶來(lái)了新的一條道路?，F(xiàn)將髖膝關(guān)節(jié)翻修中的關(guān)鍵問(wèn)題及3D打印技術(shù)在其中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。


髖膝關(guān)節(jié)翻修的主要原因

髖膝關(guān)節(jié)翻修的原因可分為三大類:關(guān)節(jié)內(nèi)生物力學(xué)原因、關(guān)節(jié)內(nèi)生物學(xué)原因、關(guān)節(jié)外原因。主要包括:關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染、假體無(wú)菌性松動(dòng)、假體周圍骨折、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定和關(guān)節(jié)活動(dòng)受限等。但早期與晚期患者行翻修術(shù)的主要原因不同，早期行翻修術(shù)的主要原因是關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染、假體周圍骨折、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定；而晚期行翻修術(shù)的主要原因?yàn)闊o(wú)菌性松動(dòng)、假體的磨損。

髖膝關(guān)節(jié)翻修的關(guān)鍵問(wèn)題

骨缺損  髖膝關(guān)節(jié)初次置換和翻修的目標(biāo)都是保證關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和減緩關(guān)節(jié)的疼痛。但是，翻修比初次置換更加的復(fù)雜，其中最大的原因是往往需處理嚴(yán)重的骨缺損和韌帶止點(diǎn)的破壞。在翻修手術(shù)過(guò)程中移除骨水泥假體時(shí)會(huì)引起骨量嚴(yán)重丟失，然而假體感染翻修時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致更多的骨量丟失。一旦要將感染的假體移除，就要徹底清除所有壞死組織和感染的骨組織，通常會(huì)進(jìn)一步加重骨缺損。關(guān)于骨缺損的分型，膝關(guān)節(jié)現(xiàn)在普遍使用的是安德森骨科研究所分型系統(tǒng)(AORI)評(píng)分進(jìn)行分型，髖關(guān)節(jié)通常使用的是Paprosky分型，進(jìn)而根據(jù)不同的分型采用不同的處理方式。

骨移植作為髖膝關(guān)節(jié)翻修中骨缺損的主要治療方法，移植物的選擇主要包括:自體骨移植、同種異體骨移植、金屬移植物。自體移植骨主要用于輕度的骨缺損，取自于身體其他部位的骨組織，可以是松質(zhì)骨或骨皮質(zhì)，以及包括骨皮質(zhì)的松質(zhì)骨組織。從生物學(xué)角度來(lái)看，新鮮的自體骨擁有最好的適應(yīng)性，和宿主沒(méi)有排斥反應(yīng)，并且能為骨組織生長(zhǎng)提供生長(zhǎng)因子，且不會(huì)存在移植風(fēng)險(xiǎn)。但有報(bào)道，自體骨移植可導(dǎo)致患者取骨處疼痛、存在一定的供區(qū)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，且數(shù)量是有限的。

目前同種異體骨在臨床上已得到了廣泛的應(yīng)用。其主要的優(yōu)點(diǎn)是有多種的形狀和型號(hào)，無(wú)需切除自身的組織，避免了取材處的病理變化，并且有骨誘導(dǎo)活性，但是缺乏活細(xì)胞，因此較自體骨的成骨活性較差。此外，異體骨移植存在感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)，還可能出現(xiàn)免疫移植反應(yīng)。結(jié)構(gòu)性骨移植可適用于較大的骨缺損。結(jié)構(gòu)性骨移植的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)經(jīng)濟(jì)并可以恢復(fù)骨量以及韌帶附著點(diǎn)。但是有文獻(xiàn)報(bào)道，結(jié)構(gòu)性移植物術(shù)后存在較高的并發(fā)癥率(20%)和失敗率(22.8%)，5年生存期率為67%～92%。裴福興等認(rèn)為，在翻修中應(yīng)當(dāng)盡量減少結(jié)構(gòu)性異體骨移植，髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)中最難處理的問(wèn)題是連續(xù)性中斷型骨缺損，這種類型并發(fā)率高，即使采用鋼板固定髖臼的前后柱，并在骨缺損處植骨，但一旦出現(xiàn)愈合不良，所有的固定作用都化為烏有，最后導(dǎo)致翻修失敗。

與結(jié)構(gòu)性移植物相比，模塊化金屬植入材料，特別是鉭金屬具有良好的生物力學(xué)特性，接近松質(zhì)骨，并且翻修時(shí)無(wú)需切除大量的骨組織，術(shù)后骨重建的時(shí)間較短，但是成本要相對(duì)昂貴。近年來(lái)，Brown等報(bào)道稱79例患者在膝關(guān)節(jié)翻修中使用多孔鉭金屬后，10例(12%)患者需要行二次翻修手術(shù)，37例(45%)患者出現(xiàn)至少一個(gè)并發(fā)癥。

Lachiewicz等通過(guò)回顧性研究發(fā)現(xiàn)27例患者，因感染、假體松動(dòng)、骨磨損行膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中使用多孔鉭金屬，隨訪7年后發(fā)現(xiàn)1例患者需再次翻修，只有1例患者的骨與鉭金屬結(jié)合良好。
因此，在重建骨缺損的治療中，并沒(méi)有達(dá)成一致的意見(jiàn)，鉭金屬相對(duì)其他方式而言，目前是一個(gè)較為可行的方案。但仍存在外形與缺損不匹配、影響假體固定、初期穩(wěn)定性差、配件之間存在界面、松動(dòng)失敗率高等因素，限制了金屬移植物的應(yīng)用。

術(shù)前規(guī)劃  相對(duì)于髖膝關(guān)節(jié)初次置換，翻修手術(shù)更加復(fù)雜。目前關(guān)節(jié)翻修術(shù)前計(jì)劃中最大的困難是如何明確翻修假體的具體型號(hào)。明確假體的型號(hào)會(huì)有助于選擇合適的工具，使手術(shù)時(shí)間和骨量丟失，軟組織損傷降到最低?？s短翻修手術(shù)時(shí)間有助于降低并發(fā)癥率(深靜脈血栓、出血、心肌梗塞等)，提升患者對(duì)手術(shù)的耐受能力。通常只有在術(shù)中將原移植物去除后才能明確翻修假體型號(hào)，當(dāng)型號(hào)不確定，必須要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富、技藝嫻熟的外科醫(yī)生參與手術(shù)。擁有良好的術(shù)前規(guī)劃有助于減少翻修手術(shù)后出現(xiàn)各種并發(fā)癥的可能性。

目前髖膝關(guān)節(jié)翻修的術(shù)前規(guī)劃很大部分依賴于影像學(xué)手段。X線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能直觀顯示骨骼結(jié)構(gòu)及假體的位置，但其用于評(píng)估骨缺損和假體型號(hào)的準(zhǔn)確性不高。螺旋CT評(píng)估骨缺損相對(duì)X線更為敏感，但是不能很好顯示軟組織的改變，不能準(zhǔn)確軟組織的損害程度。MRI對(duì)軟組織評(píng)估有著重要作用，通過(guò)不同的序列對(duì)軟組織顯像，但MRI對(duì)金屬偽影較大，對(duì)置換后患者的假體難以清晰顯示。傳統(tǒng)術(shù)前規(guī)劃，臨床醫(yī)生必須依靠影像學(xué)的二維、三維圖像，然后通過(guò)在腦海構(gòu)出立體解剖圖像，對(duì)骨缺損進(jìn)行評(píng)估。但是，骨骼、軟組織是一個(gè)整體，單憑腦海想象難以得到解剖結(jié)構(gòu)、機(jī)械應(yīng)力、缺損范圍等方面的準(zhǔn)確信息，特別對(duì)于年輕的臨床醫(yī)生來(lái)說(shuō)，利用當(dāng)前的手段難以準(zhǔn)確地確定翻修假體的型號(hào)。

個(gè)性化假體的需求  假體在髖膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用中，不斷在追求個(gè)性化、精確化。從1891年德國(guó)醫(yī)生Cluck使用象牙做成的股骨頭與髖臼開創(chuàng)了人工關(guān)節(jié)置換，到1962年為了減少假體間的摩擦，JohnCharnley發(fā)明了聚四氟乙烯做髖臼，金屬材料做股骨柄的假體，并取得了巨大的成功。在20世紀(jì)70年代，由于骨水泥界面的老化，進(jìn)而引起假體松動(dòng)，非骨水泥開始興起，但同樣存在假體的問(wèn)題。于是，為了適應(yīng)人體的負(fù)荷傳導(dǎo)和生物力學(xué)環(huán)境，開始提倡個(gè)性化人工假體。

Aldinger等最早開始應(yīng)用CT數(shù)據(jù)來(lái)定制髖關(guān)節(jié)假體，發(fā)現(xiàn)這樣可以在相當(dāng)程度上改善預(yù)后和降低并發(fā)率。骨吸收和無(wú)菌性松動(dòng)是影響假體壽命的主要因素，然而個(gè)性化假體可以有效減少和防止骨缺損以及無(wú)菌性松動(dòng)。尤其在髖膝關(guān)節(jié)翻修中，有效減少假體周圍的骨缺損和松動(dòng)將大大降低髖膝關(guān)節(jié)二次翻修的可能性。在髖膝關(guān)節(jié)翻修過(guò)程中，不可避免地導(dǎo)致關(guān)節(jié)骨量丟失，以及假體周圍骨折后導(dǎo)致關(guān)節(jié)存在不規(guī)則，這些因素將導(dǎo)致術(shù)中假體的型號(hào)不確定，普通型號(hào)的假體不再適應(yīng)每位患者的情況。因此翻修術(shù)中由于患者型號(hào)的差別、骨缺損造成缺損形狀不規(guī)則，這將為手術(shù)帶來(lái)非常大的難度，不能準(zhǔn)確為患者換上個(gè)體化的假體，進(jìn)一步下肢力線糾正，重新讓患者下肢功能恢復(fù)。

假體周圍骨折  隨著人工髖膝關(guān)節(jié)技術(shù)開展的普及，已成為髖膝關(guān)節(jié)疾病的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)治療策略，大部分患者初次置換后，關(guān)節(jié)功能都能夠得到明顯的改善。但術(shù)后由于下肢應(yīng)力的改變和骨質(zhì)疏松，假體周圍骨折的病例日趨多見(jiàn)。臨床上常常會(huì)碰到一些復(fù)雜的假體周圍骨折手術(shù)。關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)生假體周圍骨折，往往復(fù)位困難，對(duì)骨折復(fù)位的要求更高，手術(shù)要依靠術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)和手術(shù)技巧來(lái)完成，耗時(shí)較長(zhǎng)，術(shù)后并發(fā)癥多，內(nèi)固定物的植入需要靠醫(yī)生的解剖知識(shí)、手術(shù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成。每個(gè)個(gè)體之間存在差異，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)腔的情況，不僅增加了手術(shù)時(shí)間，還增大了患者術(shù)中X線的暴露。因此復(fù)制損傷部位的骨骼模型及個(gè)性化內(nèi)固定材料設(shè)計(jì)對(duì)臨床醫(yī)生十分重要。


3D打印技術(shù)在髖膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中的應(yīng)用

近30年來(lái)骨科醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)有了快速的進(jìn)步:從開放手術(shù)到微創(chuàng)手術(shù)，從人工假體的研發(fā)到正在研發(fā)的高科技模擬器。最近一個(gè)具有創(chuàng)新性的事件是3D打印技術(shù)的應(yīng)用。它給組織工程、假體設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了革命性的改變，并成為了骨科手術(shù)的一部分。與傳統(tǒng)消材、減材相反，3D打印技術(shù)是在三維數(shù)字模型的基礎(chǔ)上采用逐層制造將材料堆積起來(lái)的新型技術(shù)，不僅可在術(shù)前給手術(shù)醫(yī)生復(fù)制出骨骼模型，還可以為患者定制個(gè)性化假體修復(fù)骨缺損，目前已經(jīng)在人工髖膝關(guān)節(jié)置換及翻修中得到應(yīng)用。

骨缺損  前面已經(jīng)敘述骨缺損是髖膝關(guān)節(jié)翻修中對(duì)于骨科醫(yī)生來(lái)說(shuō)最大的困難，骨移植是目前使用最多的治療方法，通過(guò)移植骨來(lái)保證重建術(shù)后假體穩(wěn)定性。骨移植材料用的最多的是自體骨移植、同種異體骨移植、金屬移植物。

3D打印技術(shù)作為一種新型技術(shù)開始得到了廣泛的認(rèn)可，可用于生產(chǎn)有生物特性的可以調(diào)控孔徑大小、孔隙率分布的組織工程材料，為組織再生提供支架。最近，已有報(bào)道使用3D打印技術(shù)生物活力良好制備大孔隙凝膠甲基丙烯酰胺，并有人使用3D打印技術(shù)聯(lián)合多孔仿生技術(shù)制作出個(gè)性化下頜骨假體，使植入物不僅具有精良的三維空間結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)還具有極好的生物相容性，有利于細(xì)胞的粘附和增殖，使活體骨與假體牢固地結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)骨組織修復(fù)。

目前β-TCP成為了3D打印的主要生產(chǎn)材料，其具有良好的生物性能，不僅可以促進(jìn)細(xì)胞增殖以及長(zhǎng)入孔隙中，還可以通過(guò)制造出不同孔隙率的假體。此外，β-磷酸鈣能通過(guò)加入SrO和MgO來(lái)改變材料的性能，這樣用β-磷酸鈣打印可以根據(jù)需要出不同性能的假體。此外隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印材料不僅促進(jìn)骨愈合，而且可以將藥物，例如萬(wàn)古霉素混合在打印粉末當(dāng)中，通過(guò)低溫打印可以確保藥物的作用，打印出來(lái)的假體具有良好的抗菌作用。

導(dǎo)航模塊及術(shù)前規(guī)劃  隨著3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在髖膝關(guān)節(jié)翻修中的應(yīng)用也有良好的前景。傳統(tǒng)手術(shù)利用髓內(nèi)外定位導(dǎo)向裝置進(jìn)行定位截骨，術(shù)中需要開放股骨、脛骨髓腔進(jìn)行定位，不可避免地存在一定的誤差。定制導(dǎo)航截骨板，術(shù)中安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需安裝定位器，能明顯減少術(shù)中出血量并減少循環(huán)系統(tǒng)血栓的形成，可減少肺栓塞等并發(fā)癥的發(fā)生。髖膝翻修手術(shù)的療效很大程度上決定于術(shù)前準(zhǔn)備及手術(shù)操作，通過(guò)常規(guī)影像學(xué)檢查獲取患者的髖膝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)軟件的輔助下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維模型，通過(guò)3D打印制作術(shù)中的截骨導(dǎo)板，有可能是一種減少髖膝關(guān)節(jié)置換或翻修的手術(shù)時(shí)間及出血量，提高假體生存率及膝關(guān)節(jié)功能的有效方法。

潘偉等術(shù)前利用CT及MRI掃描，建立膝關(guān)節(jié)3D解剖模型并模擬手術(shù)及設(shè)計(jì)導(dǎo)板，術(shù)中引導(dǎo)截骨來(lái)治療脛骨近端惡性腫瘤16例，術(shù)后隨訪31個(gè)月，無(wú)假體松動(dòng)、感染等并發(fā)癥發(fā)生。劉峰等通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組15例，利用CT掃描數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)3D建模，利用3D打印快速成型技術(shù)打印實(shí)體的截骨切模，術(shù)中引導(dǎo)行膝關(guān)節(jié)置換，對(duì)照組14例使用傳統(tǒng)手術(shù)方法，術(shù)后3個(gè)月發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血、術(shù)后引流量均明顯低于對(duì)照組，紐約特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分(HSS)明顯高于對(duì)照組。吳東迎等通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組應(yīng)用3D打印技術(shù)制作截骨模板，對(duì)照組使用傳統(tǒng)截骨模板，術(shù)后實(shí)驗(yàn)組在膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度、HSS評(píng)分、下肢力線均明顯優(yōu)于對(duì)照組。

在髖膝關(guān)節(jié)翻修中，3D打印技術(shù)因其可以為患者“量身定制”個(gè)體化模型，使關(guān)節(jié)翻修中假體型號(hào)的選擇、假體安放位置的準(zhǔn)確性以及畸形的矯正程度等技術(shù)難題得到解決。而制作截骨模板進(jìn)行髖膝關(guān)節(jié)翻修將會(huì)減少手術(shù)創(chuàng)傷、縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量和降低并發(fā)癥發(fā)生率等，提高患者預(yù)后。

個(gè)性化假體  髖膝關(guān)節(jié)置換或翻修后，維持生物型假體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的最重要因素是假體表面與骨界面之間的長(zhǎng)入狀況。傳統(tǒng)假體表面的處理技術(shù)有多種，早期有鈦粉噴涂、鈦珠燒結(jié)、金屬絲編制等，其最大的缺點(diǎn)就是孔隙率不足、孔徑不均一，不利于骨長(zhǎng)入。鉭金屬骨小梁因其孔徑大小、孔隙率、彈性模量接近于正常松質(zhì)骨，在臨床上廣泛應(yīng)用。

但鉭金屬骨小梁微孔涂層采用傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)，通過(guò)燒結(jié)、噴涂等表面處理技術(shù)將假體與表面涂層相結(jié)合，假體和涂層之間不免存在力學(xué)薄弱地帶，粘接強(qiáng)度偏低，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中有可能發(fā)生表面涂層部分脫落，進(jìn)而造成假體松動(dòng)等需要翻修的情況。3D打印技術(shù)可運(yùn)用粉末金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，不需在傳統(tǒng)的機(jī)械加工和進(jìn)行模具切割等，可直接由計(jì)算機(jī)制作出零件的圖形和3D數(shù)據(jù)，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。國(guó)內(nèi)外臨床已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)，進(jìn)行個(gè)性化假體的制作、應(yīng)用。程文俊等在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中采用3D打印技術(shù)制作的鈦合金骨小梁金屬臼杯，他們認(rèn)為這種3D打印假體的初始穩(wěn)定性及早期骨長(zhǎng)入良好，短期療效滿意。

在一些特異性高的手術(shù)上，3D打印技術(shù)不僅可以模擬骨骼實(shí)體，還可以根據(jù)手術(shù)要求制備個(gè)體化手術(shù)器械。Lee等應(yīng)用該技術(shù)制備了個(gè)體化股骨假體和股骨髓腔導(dǎo)向器，使手術(shù)更精準(zhǔn)，成功為2例石骨癥患者施行人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。He等利用3D打印技術(shù)制備了半膝關(guān)節(jié)和人工骨模具，分別通過(guò)快速鑄造和粉末燒結(jié)成型技術(shù)制備出個(gè)體化鈦鋁合金半膝關(guān)節(jié)和多孔生物陶瓷人工骨，并將組裝后的復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體植入患者體內(nèi)，術(shù)后隨訪表明該復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體與周圍組織、骨骼匹配良好，并且具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。劉勝厚等通過(guò)利用術(shù)前影像學(xué)數(shù)據(jù)，利用3D打印技術(shù)繪制個(gè)體化Cage的設(shè)計(jì)圖紙，工廠按照?qǐng)D紙進(jìn)行制造Cage實(shí)物，成功對(duì)假體松動(dòng)的患者進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換，術(shù)后患者HSS評(píng)分85分，功能恢復(fù)良好，1年未見(jiàn)關(guān)節(jié)假體松動(dòng)。

假體周圍骨折  3D打印技術(shù)很好地幫助臨床醫(yī)生解決假體骨折問(wèn)題，通過(guò)3D模型可充分了解假體周圍骨折情況，選擇合適的術(shù)式、以及確定假體的大小、完善術(shù)前計(jì)劃，制作術(shù)中進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航、引導(dǎo)內(nèi)固定物植入的導(dǎo)板，進(jìn)而減少手術(shù)時(shí)間、出血量，幫助臨床醫(yī)生做出更好的決策。Xu等在10例髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)前1∶1打印出骨盆的模型，通過(guò)在模型上實(shí)驗(yàn)，選擇合適的髖臼杯，進(jìn)而減少術(shù)中手術(shù)時(shí)間和出血量，術(shù)后沒(méi)有發(fā)生關(guān)節(jié)再次翻修，關(guān)節(jié)功能評(píng)分得到了顯著的提高。

Won等利用3D打印技術(shù)制作患者髖臼模型，為21例髖關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形患者制定手術(shù)方案并施行了人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，明顯縮短了手術(shù)時(shí)間、出血量，術(shù)后影像學(xué)檢查結(jié)果證實(shí)假體組件均按計(jì)劃精確植入。此外，3D打印技術(shù)針對(duì)復(fù)雜骨折患者，相對(duì)于傳統(tǒng)骨折固定方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。曾參軍等用3D打印技術(shù)在術(shù)前制作出骨盆骨折的模型，Mimics軟件虛擬鋼板最佳位置，現(xiàn)實(shí)中將鋼板進(jìn)行預(yù)彎，在體外進(jìn)行模擬手術(shù)，術(shù)者在術(shù)中能得心應(yīng)手從而能減少手術(shù)誤差。臨床上，髖膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中也會(huì)有假體周圍骨折的患者，同樣也需要對(duì)骨折進(jìn)行固定，應(yīng)用3D打印技術(shù)將可大大降低手術(shù)的難度，通過(guò)術(shù)前模擬術(shù)中精準(zhǔn)固定，相對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)，不僅可減少手術(shù)時(shí)間，還可提高鋼板與骨面的敷貼能力，改善患者的預(yù)后功能。
3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景

隨著3D打印的技術(shù)不斷發(fā)展，成本越來(lái)越低，打印的速度越來(lái)越快，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，在術(shù)前打印3D模型、術(shù)前模擬、術(shù)中指導(dǎo)、假體移植成為必要。在觀察患處解剖、病理方面，雖然CT和MRI影像學(xué)技術(shù)是不可替代的，但是建立3D模型，可以為外科醫(yī)生治療提供最佳方案。此外，運(yùn)用這些影像學(xué)技術(shù)，可以在模型用不同的顏色表示不同的組織。這樣能使得隱藏在假體下的情況，更加直觀的反映在醫(yī)生的眼前，從而使得手術(shù)流程更加的流暢，進(jìn)而減少手術(shù)時(shí)間，提高患者預(yù)后。在術(shù)中，3D打印技術(shù)可以打印出導(dǎo)航模板，可以更加精確在髖膝關(guān)節(jié)翻修中截取出需要的骨平面，進(jìn)而利用3D打印技術(shù)，打印出所需的個(gè)性化假體，假體材料表面孔隙率更加符合要求，讓骨細(xì)胞更好的分化、增殖等。

盡管3D打印技術(shù)在目前仍存在局限性，但其在未來(lái)髖膝關(guān)節(jié)翻修發(fā)展中必會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已被應(yīng)用于器官模型的制造與手術(shù)分析策劃，個(gè)性化組織工程支架材料和假體植入物的制造，以及細(xì)胞或組織打印等方面。3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于組織工程骨和軟骨研究領(lǐng)域，在關(guān)節(jié)外科修復(fù)重建領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用。采用3D打印技術(shù)制備的組織工程支架材料不僅具有與缺損組織相匹配的解剖外形，同時(shí)也具有滿足細(xì)胞黏附、增殖的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)。

3D打印是一項(xiàng)振奮人心的技術(shù)，給以往困難棘手的問(wèn)題提供了一項(xiàng)新的解決方法，給髖膝關(guān)節(jié)置換翻修手術(shù)提供一條全新的道路。

來(lái)源：中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版)2017年6月第11卷第3期

作者:南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院  趙暢

人工關(guān)節(jié)置換是治療髖膝關(guān)節(jié)終末期疾病的有效方法。過(guò)去10～20年間，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)在我國(guó)發(fā)展迅猛，每年有超過(guò)20萬(wàn)患者接受初次髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，并以20%的速度增長(zhǎng)，使患者消除疼痛、恢復(fù)行走及運(yùn)動(dòng)能力、提高生活質(zhì)量。然而人工關(guān)節(jié)假體存在一定的使用壽命，且初期關(guān)節(jié)置換術(shù)技術(shù)及假體設(shè)計(jì)亦尚不完善，術(shù)后10～20年即有一定比例的患者因各種原因需要行翻修術(shù)。

我國(guó)現(xiàn)有已行初次髖膝人工關(guān)節(jié)置換的患者超過(guò)300萬(wàn)。近年來(lái)因各種原因行人工關(guān)節(jié)翻修術(shù)的患者已逐漸增多，并在5～10年內(nèi)將可預(yù)見(jiàn)地大量增加。關(guān)節(jié)置換翻修給社會(huì)帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，治療常常需要多種術(shù)式，住院時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的抗生素治療以及康復(fù)鍛煉。但隨著3D打印技術(shù)出現(xiàn)，給髖膝關(guān)節(jié)翻修帶來(lái)了新的一條道路?，F(xiàn)將髖膝關(guān)節(jié)翻修中的關(guān)鍵問(wèn)題及3D打印技術(shù)在其中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。


髖膝關(guān)節(jié)翻修的主要原因

髖膝關(guān)節(jié)翻修的原因可分為三大類:關(guān)節(jié)內(nèi)生物力學(xué)原因、關(guān)節(jié)內(nèi)生物學(xué)原因、關(guān)節(jié)外原因。主要包括:關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染、假體無(wú)菌性松動(dòng)、假體周圍骨折、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定和關(guān)節(jié)活動(dòng)受限等。但早期與晚期患者行翻修術(shù)的主要原因不同，早期行翻修術(shù)的主要原因是關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染、假體周圍骨折、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定；而晚期行翻修術(shù)的主要原因?yàn)闊o(wú)菌性松動(dòng)、假體的磨損。

髖膝關(guān)節(jié)翻修的關(guān)鍵問(wèn)題

骨缺損  髖膝關(guān)節(jié)初次置換和翻修的目標(biāo)都是保證關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和減緩關(guān)節(jié)的疼痛。但是，翻修比初次置換更加的復(fù)雜，其中最大的原因是往往需處理嚴(yán)重的骨缺損和韌帶止點(diǎn)的破壞。在翻修手術(shù)過(guò)程中移除骨水泥假體時(shí)會(huì)引起骨量嚴(yán)重丟失，然而假體感染翻修時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致更多的骨量丟失。一旦要將感染的假體移除，就要徹底清除所有壞死組織和感染的骨組織，通常會(huì)進(jìn)一步加重骨缺損。關(guān)于骨缺損的分型，膝關(guān)節(jié)現(xiàn)在普遍使用的是安德森骨科研究所分型系統(tǒng)(AORI)評(píng)分進(jìn)行分型，髖關(guān)節(jié)通常使用的是Paprosky分型，進(jìn)而根據(jù)不同的分型采用不同的處理方式。

骨移植作為髖膝關(guān)節(jié)翻修中骨缺損的主要治療方法，移植物的選擇主要包括:自體骨移植、同種異體骨移植、金屬移植物。自體移植骨主要用于輕度的骨缺損，取自于身體其他部位的骨組織，可以是松質(zhì)骨或骨皮質(zhì)，以及包括骨皮質(zhì)的松質(zhì)骨組織。從生物學(xué)角度來(lái)看，新鮮的自體骨擁有最好的適應(yīng)性，和宿主沒(méi)有排斥反應(yīng)，并且能為骨組織生長(zhǎng)提供生長(zhǎng)因子，且不會(huì)存在移植風(fēng)險(xiǎn)。但有報(bào)道，自體骨移植可導(dǎo)致患者取骨處疼痛、存在一定的供區(qū)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，且數(shù)量是有限的。

目前同種異體骨在臨床上已得到了廣泛的應(yīng)用。其主要的優(yōu)點(diǎn)是有多種的形狀和型號(hào)，無(wú)需切除自身的組織，避免了取材處的病理變化，并且有骨誘導(dǎo)活性，但是缺乏活細(xì)胞，因此較自體骨的成骨活性較差。此外，異體骨移植存在感染疾病的風(fēng)險(xiǎn)，還可能出現(xiàn)免疫移植反應(yīng)。結(jié)構(gòu)性骨移植可適用于較大的骨缺損。結(jié)構(gòu)性骨移植的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)經(jīng)濟(jì)并可以恢復(fù)骨量以及韌帶附著點(diǎn)。但是有文獻(xiàn)報(bào)道，結(jié)構(gòu)性移植物術(shù)后存在較高的并發(fā)癥率(20%)和失敗率(22.8%)，5年生存期率為67%～92%。裴福興等認(rèn)為，在翻修中應(yīng)當(dāng)盡量減少結(jié)構(gòu)性異體骨移植，髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)中最難處理的問(wèn)題是連續(xù)性中斷型骨缺損，這種類型并發(fā)率高，即使采用鋼板固定髖臼的前后柱，并在骨缺損處植骨，但一旦出現(xiàn)愈合不良，所有的固定作用都化為烏有，最后導(dǎo)致翻修失敗。

與結(jié)構(gòu)性移植物相比，模塊化金屬植入材料，特別是鉭金屬具有良好的生物力學(xué)特性，接近松質(zhì)骨，并且翻修時(shí)無(wú)需切除大量的骨組織，術(shù)后骨重建的時(shí)間較短，但是成本要相對(duì)昂貴。近年來(lái)，Brown等報(bào)道稱79例患者在膝關(guān)節(jié)翻修中使用多孔鉭金屬后，10例(12%)患者需要行二次翻修手術(shù)，37例(45%)患者出現(xiàn)至少一個(gè)并發(fā)癥。

Lachiewicz等通過(guò)回顧性研究發(fā)現(xiàn)27例患者，因感染、假體松動(dòng)、骨磨損行膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中使用多孔鉭金屬，隨訪7年后發(fā)現(xiàn)1例患者需再次翻修，只有1例患者的骨與鉭金屬結(jié)合良好。
因此，在重建骨缺損的治療中，并沒(méi)有達(dá)成一致的意見(jiàn)，鉭金屬相對(duì)其他方式而言，目前是一個(gè)較為可行的方案。但仍存在外形與缺損不匹配、影響假體固定、初期穩(wěn)定性差、配件之間存在界面、松動(dòng)失敗率高等因素，限制了金屬移植物的應(yīng)用。

術(shù)前規(guī)劃  相對(duì)于髖膝關(guān)節(jié)初次置換，翻修手術(shù)更加復(fù)雜。目前關(guān)節(jié)翻修術(shù)前計(jì)劃中最大的困難是如何明確翻修假體的具體型號(hào)。明確假體的型號(hào)會(huì)有助于選擇合適的工具，使手術(shù)時(shí)間和骨量丟失，軟組織損傷降到最低?？s短翻修手術(shù)時(shí)間有助于降低并發(fā)癥率(深靜脈血栓、出血、心肌梗塞等)，提升患者對(duì)手術(shù)的耐受能力。通常只有在術(shù)中將原移植物去除后才能明確翻修假體型號(hào)，當(dāng)型號(hào)不確定，必須要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富、技藝嫻熟的外科醫(yī)生參與手術(shù)。擁有良好的術(shù)前規(guī)劃有助于減少翻修手術(shù)后出現(xiàn)各種并發(fā)癥的可能性。

目前髖膝關(guān)節(jié)翻修的術(shù)前規(guī)劃很大部分依賴于影像學(xué)手段。X線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能直觀顯示骨骼結(jié)構(gòu)及假體的位置，但其用于評(píng)估骨缺損和假體型號(hào)的準(zhǔn)確性不高。螺旋CT評(píng)估骨缺損相對(duì)X線更為敏感，但是不能很好顯示軟組織的改變，不能準(zhǔn)確軟組織的損害程度。MRI對(duì)軟組織評(píng)估有著重要作用，通過(guò)不同的序列對(duì)軟組織顯像，但MRI對(duì)金屬偽影較大，對(duì)置換后患者的假體難以清晰顯示。傳統(tǒng)術(shù)前規(guī)劃，臨床醫(yī)生必須依靠影像學(xué)的二維、三維圖像，然后通過(guò)在腦海構(gòu)出立體解剖圖像，對(duì)骨缺損進(jìn)行評(píng)估。但是，骨骼、軟組織是一個(gè)整體，單憑腦海想象難以得到解剖結(jié)構(gòu)、機(jī)械應(yīng)力、缺損范圍等方面的準(zhǔn)確信息，特別對(duì)于年輕的臨床醫(yī)生來(lái)說(shuō)，利用當(dāng)前的手段難以準(zhǔn)確地確定翻修假體的型號(hào)。

個(gè)性化假體的需求  假體在髖膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用中，不斷在追求個(gè)性化、精確化。從1891年德國(guó)醫(yī)生Cluck使用象牙做成的股骨頭與髖臼開創(chuàng)了人工關(guān)節(jié)置換，到1962年為了減少假體間的摩擦，JohnCharnley發(fā)明了聚四氟乙烯做髖臼，金屬材料做股骨柄的假體，并取得了巨大的成功。在20世紀(jì)70年代，由于骨水泥界面的老化，進(jìn)而引起假體松動(dòng)，非骨水泥開始興起，但同樣存在假體的問(wèn)題。于是，為了適應(yīng)人體的負(fù)荷傳導(dǎo)和生物力學(xué)環(huán)境，開始提倡個(gè)性化人工假體。

Aldinger等最早開始應(yīng)用CT數(shù)據(jù)來(lái)定制髖關(guān)節(jié)假體，發(fā)現(xiàn)這樣可以在相當(dāng)程度上改善預(yù)后和降低并發(fā)率。骨吸收和無(wú)菌性松動(dòng)是影響假體壽命的主要因素，然而個(gè)性化假體可以有效減少和防止骨缺損以及無(wú)菌性松動(dòng)。尤其在髖膝關(guān)節(jié)翻修中，有效減少假體周圍的骨缺損和松動(dòng)將大大降低髖膝關(guān)節(jié)二次翻修的可能性。在髖膝關(guān)節(jié)翻修過(guò)程中，不可避免地導(dǎo)致關(guān)節(jié)骨量丟失，以及假體周圍骨折后導(dǎo)致關(guān)節(jié)存在不規(guī)則，這些因素將導(dǎo)致術(shù)中假體的型號(hào)不確定，普通型號(hào)的假體不再適應(yīng)每位患者的情況。因此翻修術(shù)中由于患者型號(hào)的差別、骨缺損造成缺損形狀不規(guī)則，這將為手術(shù)帶來(lái)非常大的難度，不能準(zhǔn)確為患者換上個(gè)體化的假體，進(jìn)一步下肢力線糾正，重新讓患者下肢功能恢復(fù)。

假體周圍骨折  隨著人工髖膝關(guān)節(jié)技術(shù)開展的普及，已成為髖膝關(guān)節(jié)疾病的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)治療策略，大部分患者初次置換后，關(guān)節(jié)功能都能夠得到明顯的改善。但術(shù)后由于下肢應(yīng)力的改變和骨質(zhì)疏松，假體周圍骨折的病例日趨多見(jiàn)。臨床上常常會(huì)碰到一些復(fù)雜的假體周圍骨折手術(shù)。關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)生假體周圍骨折，往往復(fù)位困難，對(duì)骨折復(fù)位的要求更高，手術(shù)要依靠術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)和手術(shù)技巧來(lái)完成，耗時(shí)較長(zhǎng)，術(shù)后并發(fā)癥多，內(nèi)固定物的植入需要靠醫(yī)生的解剖知識(shí)、手術(shù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成。每個(gè)個(gè)體之間存在差異，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)腔的情況，不僅增加了手術(shù)時(shí)間，還增大了患者術(shù)中X線的暴露。因此復(fù)制損傷部位的骨骼模型及個(gè)性化內(nèi)固定材料設(shè)計(jì)對(duì)臨床醫(yī)生十分重要。


3D打印技術(shù)在髖膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中的應(yīng)用

近30年來(lái)骨科醫(yī)療技術(shù)已經(jīng)有了快速的進(jìn)步:從開放手術(shù)到微創(chuàng)手術(shù)，從人工假體的研發(fā)到正在研發(fā)的高科技模擬器。最近一個(gè)具有創(chuàng)新性的事件是3D打印技術(shù)的應(yīng)用。它給組織工程、假體設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了革命性的改變，并成為了骨科手術(shù)的一部分。與傳統(tǒng)消材、減材相反，3D打印技術(shù)是在三維數(shù)字模型的基礎(chǔ)上采用逐層制造將材料堆積起來(lái)的新型技術(shù)，不僅可在術(shù)前給手術(shù)醫(yī)生復(fù)制出骨骼模型，還可以為患者定制個(gè)性化假體修復(fù)骨缺損，目前已經(jīng)在人工髖膝關(guān)節(jié)置換及翻修中得到應(yīng)用。

骨缺損  前面已經(jīng)敘述骨缺損是髖膝關(guān)節(jié)翻修中對(duì)于骨科醫(yī)生來(lái)說(shuō)最大的困難，骨移植是目前使用最多的治療方法，通過(guò)移植骨來(lái)保證重建術(shù)后假體穩(wěn)定性。骨移植材料用的最多的是自體骨移植、同種異體骨移植、金屬移植物。

3D打印技術(shù)作為一種新型技術(shù)開始得到了廣泛的認(rèn)可，可用于生產(chǎn)有生物特性的可以調(diào)控孔徑大小、孔隙率分布的組織工程材料，為組織再生提供支架。最近，已有報(bào)道使用3D打印技術(shù)生物活力良好制備大孔隙凝膠甲基丙烯酰胺，并有人使用3D打印技術(shù)聯(lián)合多孔仿生技術(shù)制作出個(gè)性化下頜骨假體，使植入物不僅具有精良的三維空間結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)還具有極好的生物相容性，有利于細(xì)胞的粘附和增殖，使活體骨與假體牢固地結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)骨組織修復(fù)。

目前β-TCP成為了3D打印的主要生產(chǎn)材料，其具有良好的生物性能，不僅可以促進(jìn)細(xì)胞增殖以及長(zhǎng)入孔隙中，還可以通過(guò)制造出不同孔隙率的假體。此外，β-磷酸鈣能通過(guò)加入SrO和MgO來(lái)改變材料的性能，這樣用β-磷酸鈣打印可以根據(jù)需要出不同性能的假體。此外隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印材料不僅促進(jìn)骨愈合，而且可以將藥物，例如萬(wàn)古霉素混合在打印粉末當(dāng)中，通過(guò)低溫打印可以確保藥物的作用，打印出來(lái)的假體具有良好的抗菌作用。

導(dǎo)航模塊及術(shù)前規(guī)劃  隨著3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在髖膝關(guān)節(jié)翻修中的應(yīng)用也有良好的前景。傳統(tǒng)手術(shù)利用髓內(nèi)外定位導(dǎo)向裝置進(jìn)行定位截骨，術(shù)中需要開放股骨、脛骨髓腔進(jìn)行定位，不可避免地存在一定的誤差。定制導(dǎo)航截骨板，術(shù)中安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需安裝定位器，能明顯減少術(shù)中出血量并減少循環(huán)系統(tǒng)血栓的形成，可減少肺栓塞等并發(fā)癥的發(fā)生。髖膝翻修手術(shù)的療效很大程度上決定于術(shù)前準(zhǔn)備及手術(shù)操作，通過(guò)常規(guī)影像學(xué)檢查獲取患者的髖膝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)軟件的輔助下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維模型，通過(guò)3D打印制作術(shù)中的截骨導(dǎo)板，有可能是一種減少髖膝關(guān)節(jié)置換或翻修的手術(shù)時(shí)間及出血量，提高假體生存率及膝關(guān)節(jié)功能的有效方法。

潘偉等術(shù)前利用CT及MRI掃描，建立膝關(guān)節(jié)3D解剖模型并模擬手術(shù)及設(shè)計(jì)導(dǎo)板，術(shù)中引導(dǎo)截骨來(lái)治療脛骨近端惡性腫瘤16例，術(shù)后隨訪31個(gè)月，無(wú)假體松動(dòng)、感染等并發(fā)癥發(fā)生。劉峰等通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組15例，利用CT掃描數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)3D建模，利用3D打印快速成型技術(shù)打印實(shí)體的截骨切模，術(shù)中引導(dǎo)行膝關(guān)節(jié)置換，對(duì)照組14例使用傳統(tǒng)手術(shù)方法，術(shù)后3個(gè)月發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血、術(shù)后引流量均明顯低于對(duì)照組，紐約特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分(HSS)明顯高于對(duì)照組。吳東迎等通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組應(yīng)用3D打印技術(shù)制作截骨模板，對(duì)照組使用傳統(tǒng)截骨模板，術(shù)后實(shí)驗(yàn)組在膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度、HSS評(píng)分、下肢力線均明顯優(yōu)于對(duì)照組。

在髖膝關(guān)節(jié)翻修中，3D打印技術(shù)因其可以為患者“量身定制”個(gè)體化模型，使關(guān)節(jié)翻修中假體型號(hào)的選擇、假體安放位置的準(zhǔn)確性以及畸形的矯正程度等技術(shù)難題得到解決。而制作截骨模板進(jìn)行髖膝關(guān)節(jié)翻修將會(huì)減少手術(shù)創(chuàng)傷、縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量和降低并發(fā)癥發(fā)生率等，提高患者預(yù)后。

個(gè)性化假體  髖膝關(guān)節(jié)置換或翻修后，維持生物型假體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的最重要因素是假體表面與骨界面之間的長(zhǎng)入狀況。傳統(tǒng)假體表面的處理技術(shù)有多種，早期有鈦粉噴涂、鈦珠燒結(jié)、金屬絲編制等，其最大的缺點(diǎn)就是孔隙率不足、孔徑不均一，不利于骨長(zhǎng)入。鉭金屬骨小梁因其孔徑大小、孔隙率、彈性模量接近于正常松質(zhì)骨，在臨床上廣泛應(yīng)用。

但鉭金屬骨小梁微孔涂層采用傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)，通過(guò)燒結(jié)、噴涂等表面處理技術(shù)將假體與表面涂層相結(jié)合，假體和涂層之間不免存在力學(xué)薄弱地帶，粘接強(qiáng)度偏低，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中有可能發(fā)生表面涂層部分脫落，進(jìn)而造成假體松動(dòng)等需要翻修的情況。3D打印技術(shù)可運(yùn)用粉末金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，不需在傳統(tǒng)的機(jī)械加工和進(jìn)行模具切割等，可直接由計(jì)算機(jī)制作出零件的圖形和3D數(shù)據(jù)，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。國(guó)內(nèi)外臨床已經(jīng)開始使用3D打印技術(shù)，進(jìn)行個(gè)性化假體的制作、應(yīng)用。程文俊等在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中采用3D打印技術(shù)制作的鈦合金骨小梁金屬臼杯，他們認(rèn)為這種3D打印假體的初始穩(wěn)定性及早期骨長(zhǎng)入良好，短期療效滿意。

在一些特異性高的手術(shù)上，3D打印技術(shù)不僅可以模擬骨骼實(shí)體，還可以根據(jù)手術(shù)要求制備個(gè)體化手術(shù)器械。Lee等應(yīng)用該技術(shù)制備了個(gè)體化股骨假體和股骨髓腔導(dǎo)向器，使手術(shù)更精準(zhǔn)，成功為2例石骨癥患者施行人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。He等利用3D打印技術(shù)制備了半膝關(guān)節(jié)和人工骨模具，分別通過(guò)快速鑄造和粉末燒結(jié)成型技術(shù)制備出個(gè)體化鈦鋁合金半膝關(guān)節(jié)和多孔生物陶瓷人工骨，并將組裝后的復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體植入患者體內(nèi)，術(shù)后隨訪表明該復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體與周圍組織、骨骼匹配良好，并且具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。劉勝厚等通過(guò)利用術(shù)前影像學(xué)數(shù)據(jù)，利用3D打印技術(shù)繪制個(gè)體化Cage的設(shè)計(jì)圖紙，工廠按照?qǐng)D紙進(jìn)行制造Cage實(shí)物，成功對(duì)假體松動(dòng)的患者進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換，術(shù)后患者HSS評(píng)分85分，功能恢復(fù)良好，1年未見(jiàn)關(guān)節(jié)假體松動(dòng)。

假體周圍骨折  3D打印技術(shù)很好地幫助臨床醫(yī)生解決假體骨折問(wèn)題，通過(guò)3D模型可充分了解假體周圍骨折情況，選擇合適的術(shù)式、以及確定假體的大小、完善術(shù)前計(jì)劃，制作術(shù)中進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航、引導(dǎo)內(nèi)固定物植入的導(dǎo)板，進(jìn)而減少手術(shù)時(shí)間、出血量，幫助臨床醫(yī)生做出更好的決策。Xu等在10例髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)前1∶1打印出骨盆的模型，通過(guò)在模型上實(shí)驗(yàn)，選擇合適的髖臼杯，進(jìn)而減少術(shù)中手術(shù)時(shí)間和出血量，術(shù)后沒(méi)有發(fā)生關(guān)節(jié)再次翻修，關(guān)節(jié)功能評(píng)分得到了顯著的提高。

Won等利用3D打印技術(shù)制作患者髖臼模型，為21例髖關(guān)節(jié)嚴(yán)重畸形患者制定手術(shù)方案并施行了人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，明顯縮短了手術(shù)時(shí)間、出血量，術(shù)后影像學(xué)檢查結(jié)果證實(shí)假體組件均按計(jì)劃精確植入。此外，3D打印技術(shù)針對(duì)復(fù)雜骨折患者，相對(duì)于傳統(tǒng)骨折固定方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)。曾參軍等用3D打印技術(shù)在術(shù)前制作出骨盆骨折的模型，Mimics軟件虛擬鋼板最佳位置，現(xiàn)實(shí)中將鋼板進(jìn)行預(yù)彎，在體外進(jìn)行模擬手術(shù)，術(shù)者在術(shù)中能得心應(yīng)手從而能減少手術(shù)誤差。臨床上，髖膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)中也會(huì)有假體周圍骨折的患者，同樣也需要對(duì)骨折進(jìn)行固定，應(yīng)用3D打印技術(shù)將可大大降低手術(shù)的難度，通過(guò)術(shù)前模擬術(shù)中精準(zhǔn)固定，相對(duì)于傳統(tǒng)手術(shù)，不僅可減少手術(shù)時(shí)間，還可提高鋼板與骨面的敷貼能力，改善患者的預(yù)后功能。
3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景

隨著3D打印的技術(shù)不斷發(fā)展，成本越來(lái)越低，打印的速度越來(lái)越快，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，在術(shù)前打印3D模型、術(shù)前模擬、術(shù)中指導(dǎo)、假體移植成為必要。在觀察患處解剖、病理方面，雖然CT和MRI影像學(xué)技術(shù)是不可替代的，但是建立3D模型，可以為外科醫(yī)生治療提供最佳方案。此外，運(yùn)用這些影像學(xué)技術(shù)，可以在模型用不同的顏色表示不同的組織。這樣能使得隱藏在假體下的情況，更加直觀的反映在醫(yī)生的眼前，從而使得手術(shù)流程更加的流暢，進(jìn)而減少手術(shù)時(shí)間，提高患者預(yù)后。在術(shù)中，3D打印技術(shù)可以打印出導(dǎo)航模板，可以更加精確在髖膝關(guān)節(jié)翻修中截取出需要的骨平面，進(jìn)而利用3D打印技術(shù)，打印出所需的個(gè)性化假體，假體材料表面孔隙率更加符合要求，讓骨細(xì)胞更好的分化、增殖等。

盡管3D打印技術(shù)在目前仍存在局限性，但其在未來(lái)髖膝關(guān)節(jié)翻修發(fā)展中必會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)已被應(yīng)用于器官模型的制造與手術(shù)分析策劃，個(gè)性化組織工程支架材料和假體植入物的制造，以及細(xì)胞或組織打印等方面。3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于組織工程骨和軟骨研究領(lǐng)域，在關(guān)節(jié)外科修復(fù)重建領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用。采用3D打印技術(shù)制備的組織工程支架材料不僅具有與缺損組織相匹配的解剖外形，同時(shí)也具有滿足細(xì)胞黏附、增殖的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)。

3D打印是一項(xiàng)振奮人心的技術(shù)，給以往困難棘手的問(wèn)題提供了一項(xiàng)新的解決方法，給髖膝關(guān)節(jié)置換翻修手術(shù)提供一條全新的道路。

來(lái)源：中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版)2017年6月第11卷第3期