應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)研究異常髖臼的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)

魏陽(yáng)光 殷力 王丹 韓奇財(cái) 婁超舉 李弘帥 王海濤

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 骨科 河南 鄭州 450052)

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)研究異常髖臼的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)

魏陽(yáng)光 殷力 王丹 韓奇財(cái) 婁超舉 李弘帥 王海濤

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 骨科 河南 鄭州 450052)

目的 應(yīng)用醫(yī)學(xué)三維重建軟件和逆向工程技術(shù)為異常髖臼的人工全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的髖臼選擇提供精確的方法。方法 篩選2008年2月～10月就診于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的40例存在異常髖臼的全髖關(guān)節(jié)置換患者，按照治療方法分為對(duì)照組與觀察組，各20例。對(duì)照組采用常規(guī)法完成術(shù)中髖臼假體定位的手術(shù)方案。對(duì)觀察組患者的骨盆及髖臼進(jìn)行連續(xù)64層CT掃描，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 10.0軟件重建患側(cè)髖臼，明確髖臼假體的大小及位置；采用逆向工程技術(shù)重建髖臼假體模板；術(shù)中將髖臼假體模板與髖臼表面相匹配進(jìn)行置入方向定位，術(shù)后對(duì)髖臼前傾角、外展角進(jìn)行測(cè)量，并與對(duì)照組結(jié)果比較。結(jié)果 觀察組的髖臼假體外展角、前傾角、Harris評(píng)分均優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 通過(guò)醫(yī)學(xué)三維重建軟件及逆向工程技術(shù)構(gòu)建的髖臼假體模板可為存在異常髖臼的人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)髖臼大小及定位提供有利的指導(dǎo)。

數(shù)字化；三維重建；異常髖臼；全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)；術(shù)前規(guī)劃

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)作為目前骨外科常見(jiàn)手術(shù)之一，目的在于通過(guò)部分截骨恢復(fù)髖部正常的生物力學(xué)特性及關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，手術(shù)成敗的關(guān)鍵是假體的選擇與定位，但由于各種原因造成的髖臼異常如髖臼骨折、先天性髖臼發(fā)育不良、股骨頭壞死等給髖關(guān)節(jié)假體選擇及定位造成巨大困擾。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與金屬3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為外科植入物的發(fā)展提供了保障，現(xiàn)階段國(guó)外已將數(shù)字化技術(shù)與3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于整形外科、器官移植、定制個(gè)性化內(nèi)置物等領(lǐng)域，本研究的目的在于應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建髖臼假體模板來(lái)指導(dǎo)術(shù)中髖臼假體的選擇與安放。

1 資料與方法

1.1 一般資料 篩選2008年2月～10月就診于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的40例存在異常髖臼的全髖關(guān)節(jié)置換患者，其中男10例，女30例，年齡63～80歲，以患側(cè)髖部疼痛、行走困難、嚴(yán)重影響日常生活為主要臨床癥狀，無(wú)明顯手術(shù)禁忌。按照治療方法分為對(duì)照組與觀察組，各20例。兩組患者一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2 髖臼假體方位及髖臼大小的確定 使用64排螺旋CT(Discovery CT750 HD)對(duì)觀察組患者進(jìn)行連續(xù)斷層掃描，掃描區(qū)域?yàn)轺那吧厢盏焦晒侵邢?/3段，數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 10.0軟件進(jìn)行分析設(shè)定骨組織閾值，采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)區(qū)域生長(zhǎng)算法重建髖臼及骨盆，根據(jù)重建髖臼的表面數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)，計(jì)算出髖臼旋轉(zhuǎn)中心，設(shè)定理想的髖臼外展角45°、前傾角15°，計(jì)算出患側(cè)髖臼假體中心軸，其通過(guò)患側(cè)髖臼旋轉(zhuǎn)中心，與冠狀面成45°，與冠狀面的垂直面成15°。

1.3 生成髖臼模板 根據(jù)重建的髖臼曲面數(shù)據(jù)采用逆向工程技術(shù)建立髖臼假體模板(見(jiàn)圖2)，重建的假體模板經(jīng)等離子消毒后在手術(shù)中使用，指導(dǎo)手術(shù)操作[1]。

1.4 手術(shù)方案 觀察組采用患側(cè)后外側(cè)入路方案進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，術(shù)中通過(guò)將逆向工程技術(shù)重建髖臼模板與患側(cè)髖臼表面相匹配即可確定假體的放置方位及髖臼假體的規(guī)格型號(hào)，正確安裝髖臼假體、股骨假體完成手術(shù)(見(jiàn)圖3)；對(duì)照組采用常規(guī)法完成術(shù)中髖臼假體定位的手術(shù)方案。兩組患者的術(shù)者相同，術(shù)中均以髖臼假體前傾角15°、外展角45°為標(biāo)準(zhǔn)值。術(shù)后兩組患者均行雙髖正位X線(xiàn)平片檢查(均包括患側(cè)全部關(guān)節(jié)假體)。

1.5 評(píng)估方法

1.5.1 髖臼前傾角 即髖臼中心軸偏離冠狀面的角度，髖臼投影在冠狀面上成橢圓形，在X線(xiàn)平片上直接測(cè)量髖臼投影的長(zhǎng)短徑，設(shè)長(zhǎng)徑為a，短徑為b，c為髖臼前傾角，c=arcsin(b/a)。

1.5.2 髖臼外展角 即患者兩坐骨結(jié)節(jié)最低點(diǎn)連線(xiàn)與髖臼投影長(zhǎng)徑a之間的夾角。

1.5.3 Harris評(píng)分 應(yīng)用Harris評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[2]對(duì)兩組患者術(shù)后6個(gè)月的疼痛、活動(dòng)度、功能、畸形等方面進(jìn)行評(píng)分，得分90～100分為優(yōu)，80～89分為良，70～79分為中，70分以下為差。

圖1 Mimics 10.0軟件重建的患側(cè)髖臼

圖2 逆向工程技術(shù)重建的髖臼模板

圖3 術(shù)后X線(xiàn)示假體匹配良好

2 結(jié)果

2.1 前傾角與標(biāo)準(zhǔn)值比較 對(duì)照組髖臼假體前傾角為(13.69±6.26)°與標(biāo)準(zhǔn)值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，觀察組髖臼假體前傾角為(15.17±1.24)°與標(biāo)準(zhǔn)值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 外展角與標(biāo)準(zhǔn)值比較 對(duì)照組髖臼假體外展角為(42.37±6.23)°與標(biāo)準(zhǔn)值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，觀察組髖臼假體外展角為(45.32±1.61)°與標(biāo)準(zhǔn)值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.3 兩組外展角、前傾角、Harris評(píng)分比較 觀察組的髖臼假體外展角、前傾角、Harris評(píng)分與對(duì)照組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組外展角、前傾角、Harris評(píng)分比較

3 討論

隨著全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)技術(shù)、人工關(guān)節(jié)理論的不斷進(jìn)步，對(duì)髖關(guān)節(jié)假體放置的要求越來(lái)越嚴(yán)格。精確置入髖關(guān)節(jié)假體成為衡量手術(shù)質(zhì)量、術(shù)后患者功能恢復(fù)的重要指標(biāo)，臨床實(shí)踐中關(guān)節(jié)假體的使用壽命、穩(wěn)定性、松動(dòng)、周?chē)侨芙饧靶g(shù)后患肢長(zhǎng)度的恢復(fù)與置入假體的大小、方向息息相關(guān)[3]。目前全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中放置髖臼杯主要依靠施術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)，髖臼杯的方向與位置被認(rèn)為是患者術(shù)后脫位的重要原因[4]，髖臼杯的位置對(duì)人工髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用[5]。

髖臼骨折、先天性髖臼發(fā)育不良，重度股骨頭壞死等所致的髖臼異常解剖形態(tài)，明顯增加了術(shù)中髖臼選擇及安放位置操作的難度。目前關(guān)節(jié)置換術(shù)前預(yù)測(cè)假體規(guī)格主要依賴(lài)X線(xiàn)的模板測(cè)量法，但術(shù)前常規(guī)的X射線(xiàn)片僅提供一個(gè)單純二維圖像，無(wú)法準(zhǔn)確直觀的了解髖臼前后壁及髖臼周?chē)侨睋p的變化。而異常髖臼的患者常存在旋轉(zhuǎn)中心的變化，髖臼大小及位置有較大的變異，X線(xiàn)提供的信息非常有限。64層螺旋CT可以在掃描的基礎(chǔ)上進(jìn)行髖臼及骨盆解剖結(jié)構(gòu)的三維重建，精確顯示髖臼的解剖，如髖臼旋轉(zhuǎn)中心[6]、髖臼的外展角及前傾角，彌補(bǔ)X線(xiàn)測(cè)量法的不足。因此，術(shù)前進(jìn)行CT掃描和重建，能準(zhǔn)確判斷置入髖臼假體的大小及精確定位髖臼假體外展角和前傾角。從而減少手術(shù)時(shí)間和準(zhǔn)確安放髖臼假體，減少手術(shù)并發(fā)癥[7]。

本研究通過(guò)應(yīng)用醫(yī)學(xué)三維軟件及逆向工程技術(shù)，計(jì)算出異常髖臼患者的髖臼旋轉(zhuǎn)中心、髖臼假體的大小和方向[8]。根據(jù)髖臼旋轉(zhuǎn)中心的改變選擇松解軟組織的范圍和幅度。因?yàn)轶y臼假體是根據(jù)髖臼周?chē)墓切詷?biāo)志制作的，術(shù)中必須清除干凈髖臼窩里的軟組織使髖臼假體與髖臼表面緊密貼合[9]，避免出現(xiàn)髖臼松動(dòng)、移位等術(shù)后并發(fā)癥，而且手術(shù)中假體位置與患者體位的改變和移動(dòng)無(wú)關(guān)，避免了因主、客觀因素造成的誤差，從而達(dá)到預(yù)期手術(shù)效果。

數(shù)字化技術(shù)及逆向工程技術(shù)為關(guān)節(jié)外科提供了新的發(fā)展方向[10]，CT數(shù)據(jù)重建的三維模型可以直觀、準(zhǔn)確的觀察手術(shù)區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)，不僅可以提高植入物放置的精確度，還可以提高手術(shù)的安全性，逆向工程技術(shù)重建的假體，保證了與患者的準(zhǔn)確匹配，本研究通過(guò)與常規(guī)術(shù)中定位的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，認(rèn)為術(shù)中應(yīng)用重建髖臼模板對(duì)髖臼假體外展角、前傾角進(jìn)行定位更加準(zhǔn)確；在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者功能恢復(fù)方面，術(shù)中應(yīng)用術(shù)前設(shè)計(jì)的髖臼模板明顯優(yōu)于常規(guī)定位，本研究也存在諸多不足之處，如選擇的患者例數(shù)較少，研究中考慮患者本身因素過(guò)少，如存在明顯患側(cè)畸形、如何解決髖臼骨溶解、髖臼周?chē)侨睋p對(duì)髖臼放置的影響等。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.02.012

2016-03-26)