3DACT助力“沈管”骨內壁重建技術,為臨床帶來髖翻修新解決方案
日期:2021-09-09


近日,周一新教授團隊一篇關於“沈管”骨內壁重建技術的文章在骨科權威雜誌JBJS旗下雜誌JBJS case connector上發表,該篇文章的發表,為股骨殘端重建這一世界難題提供了中國治療方案。

周一新
北京積水潭醫院

在骨關節領域,股骨骨缺損過於廣泛而導致的股骨殘端如何重建一直是懸而未決的世界難題,由於骨殘端殘留骨節段極短,且骨質強度弱,無法為非水泥生物型假體固定提供初始穩定性,殘端髓腔內的松質骨多孔結構缺失,骨水泥難以獲得交鎖固定,無法為骨水泥假體提供足夠的固定。因此,術後效果大多不盡人意。
為了解決這一困難,北京積水潭醫院矯形骨科主任周一新教授及其團隊經過多年的研究和探索,創造性地提出了用於骨殘端重建的“沈管”骨內壁重建技術(Endosteal Reconstruction)。周一新教授介紹:“在研究過程中,我們的團隊受到港珠澳大橋建設中采用隧道建設技術的啟發,設計並采用3D打印技術製作了類似於隧道預製件的多孔金屬圈,同時設計並製作了配套手術工具,並成功用於臨床實踐,使患者獲得了獲得滿意臨床療效,為股骨殘端重建這一世界難題提供了中國的治療方案。”

病例1
◆女性,45歲
患者14年前患有股骨近端骨肉瘤,並進行了左股骨近端切除+左股骨近端腫瘤假體置換術,在過去的兩年中,她因左髖關節和膝關節疼痛加重、跛行而就診。體檢時,她可以靠左拐行走。患者骨盆向左側傾斜,左下肢肌肉明顯萎縮。左下肢縮短2厘米,左膝外翻畸形。

術 前 影 像 資 料


◆術前雙側髖關節正位片(A)、左膝關節正位片(B)和左膝側位片(C)顯示股骨假體松動下沈至股骨髁內側軟骨下骨,內側皮質被侵蝕。



◆術前計劃:使用3D打印多孔鈦金屬圈重建股骨內壁來增強混合固定,以重建不支持峽部固定的股骨。

◆3D打印鈦金屬圈製作流程見上圖。


◆多孔鈦金屬圈:3D打印不同厚度、直徑、高度的多孔鈦金屬圈


針對這一新的術式,由周一新教授和愛康研發工程師團隊共同設計出相應配套工具。




◆手術技術:
采用後外側入路,切口延伸至股骨遠端外側,彎曲至膝關節中線,顯露髖關節和膝關節。由於聚乙烯內襯磨損,而且沒有類似的高交聯聚乙烯內襯可用,因此,決定翻修髖臼假體。術中發現股骨假體完全松動,很容易取出。剩余股骨遠端骨質較差,股骨內側皮質存在節段性骨缺損。采用高速磨鉆修整內側節段缺損,通過內側節段缺損可將組配式鉸刀末端、組配式金屬圈打擊頭和多孔鈦金屬圈置入股骨髓腔內,組配式鉸刀末端和組配式金屬圈打擊頭可以T行手柄連接。由於股骨遠端直徑近端小,遠端大,順行擴髓會限製擴髓尺寸;因此,決定逆向擴髓。在髁間窩處鉆孔,T形手柄插入其中。通過內側節段缺損處置入組配式鉸刀末端,並將其與T形柄在髓腔內組裝。人工逆行擴髓並取出擴髓鉸刀後,通過內側節段缺損置入尺寸合適的組配式金屬圈打擊頭,並將其與T形柄組裝。然後,多孔鈦金屬圈通過內側節段骨缺損處插入,采用連接T形手柄的組配式金屬圈打擊頭逆行擊打多孔鈦金屬圈,獲得壓配固定。 

然後使用定製的3D打印多孔鈦板和2根鈦纜重建內側節段骨缺損。為防止軟骨下骨塌陷,在內側髁軟骨下骨下腔內填充人工骨。采用3D打印多孔鈦金屬圈Ring打入股骨近端,以增強股骨柄的穩定性。首先在髓腔內灌入骨水泥,直到股骨髓腔和4個鈦金屬圈中空部分被骨水泥填充,然後股骨柄插入股骨髓腔和近端2環的中空部分。然而,由於鈦金屬圈的內徑僅比股骨柄遠端直徑大4毫米,且在髓腔內無法直視,很難通過把股骨柄插入遠端的兩個鈦金屬圈中。這兩個鈦金屬圈被股骨柄遠端擠壓移位和旋轉近90°。然而,這兩個遠端鈦金屬圈仍然實現了骨長入固定(圖K中的箭頭)。最後植入一個56mm髖臼杯和高度交聯聚乙烯內襯、36mm陶瓷頭。




◆術後9個月x片顯示股骨體穩定固定(F-G)。術後20個月雙側髖關節(H)和左膝(圖I和J)的x線顯示假體的穩定固定,左膝的斷層融合造影片(圖K)顯示3D打印鈦金屬圈的獲得骨長入(箭頭)。 

病例2

◆男,45歲

左股骨近端組織細胞肉瘤行左股骨近端切除+左股骨近端腫瘤假體置換術後7年,可見假體松動下沈,采用3D打印“沈管” 骨內壁重建技術後,患者目前隨訪2年余,假體固定良好,臨床效果滿意。




病例2的系列x線片。術前雙側髖關節、左髖側位x線顯示股骨假體松動和下沈(圖A和B)。術後即刻x光片顯示混合式柄固定(圖C至E)。術後3個月(圖F至G)和22個月(圖H至J)的x線片顯示柄固定穩定。術後3個月(圖K)和22個月(圖-L) 斷層融合造影片顯示3D打印多孔鈦金屬圈獲得骨長入(箭頭)。


病例2的示意圖說明了多孔鈦金屬圈理論上是如何加強假體在股骨上的固定的:C1為骨水泥假體,C2為骨水泥層,C3為多孔金屬圈的實心層,C2和C3之間示意有骨水泥滲入金屬圈多孔層,C4示意骨小梁長入金屬圈的多孔層獲得生物固定,C5為皮質骨髓腔面。


總結

3D打印多孔鈦金屬圈為股骨遠端殘體重建股骨假體固定提供了一種新的治療方法,本文章細介紹了“沈管”骨內壁重建技術以及相應的臨床療效。盡管該論文僅報道了術後經2-3年隨訪的2個典型病例,但是周一新教授團隊已施行此類手術10余例,目前所有患者術後隨訪效果均滿意。

PI簡介

周一新,男,北京積水潭醫院矯形骨科行政主任,主任醫師,北京大學醫學部教授,博士生導師。曾獲國家科學技術進步獎二等獎,2020年度北京市科技進步獎一等獎,入選北京市高層次衛生人才215工程、北京市百千萬人才工程市級人選、北京市科技新星、北京市醫院管理中心“登峰”計劃。並擔任International Hip Society (IHS) 委員,International Congress of Joint Replacement國際委員,International Society of Technology of Arthroplasty (ISTA)董事,SICOT骨與關節感染委員會創始委員,老年醫學會骨與關節分會關節學組組長,北京醫學會骨科分會關節學組副組長,中國康復醫學會骨與關節委員會副主任委員,中華醫學會骨科學會分會關節外科學組膝關節外科工作委員會創始委員。
周一新在人工關節重建理論、技術、植入物、植入工具方面均有建樹。提出了外翻膝關節的積水潭分型,是Emphasy髖關節系統、Anthem膝關節系統、ABM髖關節翻修系統的植入物的主要設計者之一。 致力於將量化分析與數學決策引入髖膝關節重建手術,創立了統一“膝關節間隙平衡-下肢力線-關節內應力”的GAF膝關節重建理論,並設計了用於手術方案決策與為手術機器人確定目標值的”膝關節置換術求解器”(TKA Solver)。揭示了統治髖關節置換領域40余年的Lewinneck安全區不能成立之數學原理,將“患者個性化安全區”概念引入髖關節置換術,並發表了相應算法。在人工關節的失敗機製及重建方案上進行了系列研究,創立了 “圈-點-柱”的髖臼重建理論與股骨假體有效固定長度理論,延伸固定技術,並設計有相應假體和置入工具。顯著提升了髖關節翻術的療效和手術效率。同時,周一新教授團隊也是世界上率先將機器人輔助手術運用於人工髖關節翻修術的術者。近年來,周一新教授團隊在人工關節領域發表論文200余篇,其中SCI論文60余篇,逾20篇發表於JBJS(Am)、BJJ、CORR、JOA等骨科及關節外科頂級雜誌。獲得國家發明專利9項,實用新型專利 20余項,承擔國家級及省部級課題10余項。主編專著7部。

論文作者簡介

黃勇,男,住院醫師,2021年獲得國家自然科學基金青年項目資助1項,2019年獲得院級基金“自然基金培育計劃”項目資助1項。以第一作者發表英文論文4篇,中文核心期刊2篇。近5年主要從事人工髖關節翻修術中股骨和髖臼嚴重骨缺損的臨床、影像與生物力學研究,在導師周一新教授的指導下,揭示了人工髖關節翻修術後股骨假體周圍骨重塑的規律,為新的假體設計與植入技術提供了理論依據,相關研究成果在研究成果在骨科高水平雜誌JBJS Am及關節外科雜誌JOA上各發表SCI文章1篇,他引次數共27次。獲批實用新型專利4項,獲2020年北京市科學技術進步一等獎,BMC Muscloskeletal Disorders雜誌審稿人。