应用个性化生物臼杯进行髋关节翻修的近期评估

doi:10.12307/2023.368

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

髋关节翻修术：髋关节置换是一种把人工设计的关节假体置入体内以代替病变髋关节的手术技术，置入的关节假体具有一定的寿命，根据不同情况有不同的生存周期。医生将第1次人工关节置换术称为初次置换，把同一关节的第二次置换称为翻修术。翻修常见的原因有：机械性松动、感染、骨折、人工关节不稳定、磨损、骨溶解、假体断裂等。翻修的部位有单纯髋臼侧、单纯股骨侧和全髋关节翻修。
髋臼骨缺损的Paprosky分型：PAPROSKY教授于1994年提出髋臼骨缺损分型。Ⅰ型：髋臼缘无骨缺损或假体移位；Ⅱ型：髋臼缘有缺损，但起支撑作用的髋臼柱完整，假体向上内侧或上外侧移位小于2 cm(Ⅱa型指旋转中心上移< 3 cm，髋臼顶部结构完整；Ⅱb型指旋转中心出现上移及内移，髋臼上缘有缺损；Ⅱc型指旋转中心内移，髋臼内侧壁骨缺损)；Ⅲ型：上方移位大于2 cm，坐骨和内壁缺损严重[Ⅲa型为Kohler线完整，假体30%-60%的支撑需植骨提供(骨缺损位置：10点到2点位置)，Ⅲb型为Kohler线不完整，大于60%的假体支撑需植骨提供(骨缺损位置：9点到5点位置)]。

背景：随着接受人工全髋关节置换的患者越来越多，出现髋臼侧松动伴不同程度骨缺损的患者日趋增加，治疗方式有多种，包括结构植骨、颗粒植骨加钛网重建、钽金属垫块重建、Jumbo杯、Cup-Cage技术等。
目的：总结个性化生物臼杯翻修全髋关节置换后髋臼侧松动的近期临床疗效，为髋关节翻修提供一种可行的方法。
方法：选择2017年3月至2019年3月解放军第九八九医院平顶山医疗区收治的全髋关节置换后髋臼侧松动11例患者，其中男7例，女4例；年龄55-71岁，均采用个性化生物臼杯进行髋臼侧翻修并进行3年随访，记录术前和末次随访的髋关节Harris评分、目测类比评分和双下肢绝对长度差，观察X射线片表现，评估髋关节功能恢复状态和骨长入情况。
结果与结论：①所有患者均由同一医生主刀完成，随访满3年，无丢失病例，其中1例出现坐骨神经症状，口服甲钴胺片，6个月恢复；②末次随访的髋关节Harris评分、目测类比评分和双下肢绝对长度差与术前比较，差异有显著性意义(P < 0.05)；③末次随访X射线片显示有良好的骨长入；④结果表明，应用个性化生物臼杯翻修全髋关节置换后髋臼侧松动可获得假体的初始稳定性、恢复理想的关节功能和较好的骨长入，为髋关节翻修提供一种可行的方法。

https://orcid.org/0000-0002-3649-620X (周红星)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 生物臼杯, 翻修术, 个性化, 骨缺损, 髋关节置换术, 髋关节功能恢复

Abstract: BACKGROUND: More and more patients received the total hip arthroplasty, and the acetabular loosening occurrence is increasing day and day. Commonly used operative methods include structural bone graft, morselized bone grafting and titanium mesh reconstruction, tantalum metal pads reconstruction, Jumbo cup and Cup-Cage technology.
OBJECTIVE: To summarize the clinical effect of the individual biological acetabular cup application in acetabular loosening after total hip arthroplasty and supply a feasible method for the hip revision.
METHODS: Eleven patients with acetabular loosening after the total hip arthroplasty undergoing acetabular revision used individual biological acetabular cups admitted at Pingdingshan Medical District Second Department of Orthopedics, the 989 Hospital of Chinese People’s Liberation Army Joint Logistics Support Force between March 2017 and March 2019 were included in this study. Of them, there were 7 men and 4 women, with the age of 55-71 years. The individual biological cups were used in the hip revision surgery and followed up for 3 years. Harris score, visual analogue scale score and absolute length difference of both lower limbs were recorded preoperatively and at final follow-up. X-ray films were observed to assess hip functional recovery and bone ingrowth.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) All patients were underdone by the same doctor, followed up for 3 years and none lost. Among them, one case had symptoms of sciatic nerve, orally took mecobalamin tablets and recovered in 6 months. (2) Harris score, visual analogue scale score and absolute length difference of both lower limbs were significantly improved during the last follow-up (P < 0.05). (3) Last X-ray films showed good bone ingrowth. (4) These results imply that the individual biological acetabular cup application in acetabular loosening after total hip joint arthroplasty can restore the primary stability, restore ideal joint function and better bone ingrowth, and provide a feasible method for hip revision.

Key words: biological acetabular cup, revision, individual, bone defect, total hip arthroplasty, hip function recovery

中图分类号:

周红星, 张保健, 袁祥生. 应用个性化生物臼杯进行髋关节翻修的近期评估[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(22): 3521-3525.

Zhou Hongxing, Zhang Baojian, Yuan Xiangsheng. Recent evaluation of individual biological acetabular cup application in hip revision[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(22): 3521-3525.

图/表（结果） 4

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引言

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析，计量资料行配对t检验。
1.2 时间及地点试验于2017年3月至2019年3月在解放军第九八九医院平顶山医疗区骨二科完成。
1.3 对象选择2017年3月至2019年3月解放军第九八九医院平顶山医疗区骨二科收治的髋关节翻修髋臼侧骨缺损患者11例，其中男7例，女4例；年龄55-71岁，平均64.10岁；距前次手术时间0.5-12年，平均4.5年；翻修原因：髋臼假体松动移位伴不同程度的骨缺损11例，其中无菌性松动6例，全髋关节置换后感染旷置翻修术再次松动5例；PaproskyⅡC型1例，PaproskyⅢA型10例；首次翻修9例，二次翻修2例。所有患者均有不同程度的髋关节疼痛、跛行、行动困难、髋关节活动度丧失、患肢缩短等症状和体征，术前髋关节Harris评分平均(33.76±5.61)分。所有患者均知情并同意参与试验，试验获得解放军第九八九医院伦理委员会批准。
纳入标准：①全髋关节置换术后出现下肢缩短，髋关节疼痛跛行，影响下肢功能和日常生活；②翻修后再次出现类似症状和体征；③术前影像学检查示髋臼移位伴不同程度的骨缺损，股骨柄假体未发现松动影像；④对治疗方案知情并同意；⑤能按时随访，资料完整的患者。
排除标准：①有严重的心肺功能障碍，不能耐受手术；②强直性脊柱炎、自身免疫性疾病、脆骨病；③长期服用抗凝药物和降压药物者；④严重的全身疾病不能耐受手术者；⑤糖尿病患者；⑥术前彩超显示有下肢深静脉血栓的患者。
1.4 材料植入物材料特征见表1。

1.5 方法
1.5.1 术前处理患者入院后完善血常规、血凝4项、肝功能、肾功能、胸片及心电图等常规检查。测量患者双下肢的绝对长度差、患侧髋关节活动度，进行目测类比评分和髋关节的Harris评分。术前拍双侧髋关节正位X射线片，256层三维重建CT，层厚0.625 mm，将数据以DICOM格式导入至Mimics 10.0软件，重建并转换成三维数字模型，评估髋臼形态和骨缺损情况，设置孔隙率和孔径参数，北京市春立正达医疗器械股份有限公司制作个性化髋臼假体，同时给予相同的入院教育和功能锻炼指导，进行超前镇痛和皮肤清洁，术前备血，应用抗生素预防感染。
1.5.2 手术方法采用全身麻醉，所有手术均由同一组医生完成，取健侧卧位，骨盆架牢固固定耻骨联合和骶骨于手术台，取髋关节后外侧入路，切开皮肤皮下组织，仔细分离瘢痕和彻底止血，切开关节囊，切除瘢痕组织和肉芽组织，暴露关节假体，彻底松解软组织和充分止血，使术野清晰。取出髋臼假体，探查股骨柄情况，均未发现松动，故未翻修股骨侧，去除股骨头，彻底清理髋臼内的肉芽组织和周围增生瘢痕组织，暴露髋臼底，探查髋臼骨缺损情况，选择与现存髋臼轮廓匹配的髋臼锉，挫磨出新鲜骨面，未能挫磨的部位用钻头打磨或钻出小孔，评估骨缺损量，纱布填塞止血。取适量自体髂骨，修剪成1-5 mm大小的骨粒，进行缺损部位的打压植骨，并用髋臼锉的反向技术进行植骨区的逐层夯实，根据术前设计的臼杯形状和螺钉植入方向放置个性化生物臼杯，术中X射线透视下分别将不同长度的直径6 mm的松质骨螺钉拧入耻骨上支、髂骨和坐骨，检查臼杯稳定后，再次在臼杯边缘与髋臼间的缝隙内打压植入自体髂骨颗粒，在金属臼杯内以前倾15°、外展40°的位置植入聚乙烯内衬，安装金属股骨头，复位髋关节后检查各方向的稳定性，无脱位，脉冲枪彻底冲洗，常规留置引流管，关闭切口。
1.5.3 术后处理术后常规抗感染、预防下肢深静脉血栓形成，根据引流量的多少，于48 h内拔除引流管，麻醉清醒后开始活动患肢，包括主动和被动活动，第2天开始扶拐下床活动，部分负重行走，2周后拆除缝线，根据康复情况可完全负重行走。由专人对所有患者进行随访，如不能来院复查的，由负责评估的专人到家中评估。
1.6 主要观察指标采用单盲法评估，对研究对象设盲。①记录患者手术情况，其中手术时间是指从开始切皮到切口缝合完毕所经历的时间，术中出血量=吸引量+使用的纱布块数×20 mL。②记录术前和末次随访(随访3年)的髋关节Harris评分和目测类比评分评价髋关节的功能和疼痛程度。髋关节的Harris评分包括疼痛、功能、畸形和关节活动度4个方面，满分100分，其中关节活动度仅占5分，权重太低。因此，专门测量术前和末次随访的髋关节活动度进行比较，90分以上为优良、80-89分为较好、70-79分为尚可、小于70分为差。目测类比评分满分10分，0分无疼痛，其中1-3分为轻度疼痛，不影响睡眠，4-6分为中度疼痛，影响睡眠，7-10分为重度疼痛，无法睡眠。③术前和末次随访时测量双下肢绝对长度差，观察髋关节旋转中心和髋臼位置是否改变。④定期X射线片复查，观察假体与髋臼骨界面间的骨长入情况以及髋臼位置是否有改变。
1.7 统计学分析使用SPSS 22.0统计软件对试验数据进行统计分析，计量资料用x±s表示，采用配对t检验，P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学方法已经解放军九八九医院生物统计学专家审核。

讨论

髋关节置换后出现假体松动，可导致严重的骨缺损，给翻修手术带来困难和挑战，髋臼侧骨缺损比较常见，翻修时都要通过植骨和填充材料重建髋臼床，增加金属臼杯和髋臼床间的接触面积以达到早期和长效稳定性，植骨方法有结构性植骨、颗粒植骨和混合植骨[7-8]。植骨来源有自体骨、同种异体骨和人工骨等材料，但各有优缺点，自体髂骨是优良的松质骨，自体组织相容性最好，是理想的植骨来源，单纯植骨出现不愈合的概率较高，MORALES等[9]认为髋臼翻修中移植骨与臼杯的接触面积至关重要，接触面> 50%骨长入良好，< 50%则失败率高。而个性化设计的金属臼杯可充分填充髋臼床，减少骨缺损量和植骨量，取自体髂骨可满足手术需求，增加了骨长入的机会，提高成功率。有研究使用金属垫块填充[10]、Jumbo杯重建，虽然可最大限度与宿主骨接触，增加稳定性，但旋转中心可上移和内衬磨损，从而发生松动、激惹髂腰肌致慢性疼痛等问题[11]，钽金属块植入可填充骨缺损，起到加强型异体骨的作用，有类似骨小梁结构利于骨长入，不利于细菌聚集，可有效控制感染[12]，但设计用时长、费用昂贵且操作复杂。
3D打印制作个体化髋臼杯是现代数字化技术、3D打印技术和骨科临床相结合的产物，可根据每位患者的具体情况和需求进行设计和制作，其优点是批量生产所不能比拟的[13-14]。
PaproskyⅢ型髋臼缺损是髋关节翻修中的难点，由于缺损骨量大，形状不规则，给假体选择和术前设计都带来困难，应用常规翻修假体在植入时往往因型号问题延长手术时间甚至导致手术失败[15-16]，随着3D打印技术的逐渐成熟和在临床的普遍应用，给解决这类骨缺损的翻修带来希望。通过该技术可对髋臼和骨盆骨折进行诊断、术前规划，甚至术中导航，并能制作个性化植入物，有效缩短手术时间、减少周围软组织损伤、减少骨量丢失、减少感染等并发症的发生[17]。PaproskyⅠ型髋臼骨缺损因缺损量小，可使用Jumbo杯翻修，PaproskyⅡ型髋臼骨缺损也可应用Jumbo杯或垫块翻修，但部分PaproskyⅡ型髋臼骨缺损较多，虽然髋臼环完整，但底部深，内壁硬化缺损，应用Jumbo杯或垫块有可能失败，也可选择使用个体化生物臼杯[18]。该研究纳入的11例患者均采用术前拍双侧髋关节正位X射线片，256层三维重建CT，层厚0.625 mm，将数据以DICOM格式导入至Mimics 10.0软件，结合对侧髋臼数据，在计算机上建立三维数据模型，打印模型，术前评估后根据标准金属臼杯结构参数，结合髋臼侧测量结果，打印出髋臼侧金属假体，消毒后使用[19]。
目前，髋关节翻修手术追求精确化、个体化[20-22]，应用个性化生物臼杯的优势主要在于个性定制，力争恢复髋臼的正常位置，继而恢复正确髋关节的旋转中心，不仅有利于恢复下肢的长度和外展肌的张力，不容易脱位，而且有利于恢复正常的步态。11例患者均有效恢复旋转中心和下肢长度，消除临床症状，恢复了髋外展肌张力，维持正常步态。髋臼假体的选择尤为重要，骨水泥型臼杯通过增加植骨量，使臼杯与宿主骨紧密贴合，达到即时固定的效果[23]，但其并发症多，远期疗效欠佳[24-25]。生物型假体为骨长入提供充分的空间，有利于假体和骨床铆合，尽管早期稳定性欠佳，但可获得长效稳定和提高远期优良率[26]。由此可见翻修时髋臼假体的初始稳定性至关重要，直接决定手术的成败，有研究表明，尽管髋臼关节面有大于50%的缺损，只要髋臼顶及前、后柱存在大部分皮质骨可起到支撑作用，就可以采用多孔非骨水泥型臼杯[27]。该组病例选择的个性化臼杯为生物型，设计外表面为微孔型，表面孔隙率达到80%，有利于骨长入实现臼杯与宿主骨的铆合，内表面可使用骨水泥，调整内衬的方向，控制前倾角和外翻角，防止早期脱位的发生，螺钉为6 mm自攻型松质骨螺钉，可有效固定于耻骨上支、坐骨支和髋臼顶部的髂骨，实现有效的三点固定和良好的应力分散[28]，既有利于早期牢固固定，又可以分散应力，减少螺钉疲劳断裂的发生率。术中彻底清除肉芽和瘢痕组织，对髋臼骨床的硬化骨进行打磨，凹陷部分进行粗糙化处理后打压植入自体髂骨粒，提升了骨床的粗糙度和与髋臼假体的贴合度，为远期骨长入奠定基础，以达到长效稳定的目的[29-30]。
应用个性化生物臼杯翻修髋臼侧骨缺损可有效恢复下肢长度、缓解疼痛，获得满意的髋关节功能。关键是个性化生物臼杯有良好生物相容性的外表面、可使用骨水泥内衬的内表面以及不同长度的自攻型松质骨螺钉，获得牢固的早期稳定性，臼杯壁厚不均匀，可根据缺损形态而加厚，保证旋转中心不改变，有效恢复下肢长度。随着材料学的发展，将来可以在臼杯外表面微孔内植入骨形态发生蛋白和骨诱导因子，促进其骨诱导性，加快臼杯表面的骨长入，实现早期臼-杯髋臼床的铆合。自体髂骨具有良好的骨诱导和骨传导能力，无排异反应和发生传染病的风险。取自体髂骨手术方便，对供区影响小，但仍有不同程度并发症的发生[31]。近年来，骨组织工程发展迅速，当这一技术广泛应用于临床时，就会避免取自体髂骨的痛苦和并发症。
综上所述，翻修髋臼骨缺损时要根据术前CT数据，充分评估髋臼骨缺损形态、残存骨量及部位，预制好个性化臼杯，评估取自体髂骨量，确保植骨充分、臼杯放置到位、固定钉位置和长度适度，确保臼杯的初始稳定和良好的髋臼骨床。该研究虽然取得了短期满意的临床疗效，但随访时间短，不同患者有不同的处理方法，尚不能统一手术方式，随访可能出现偏倚。另外，缺乏远期随访结果，纳入研究的病例数不多，在以后的工作中将继续总结，进一步随访研究远期疗效。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程