成人髖臼發(fā)育不良髖臼重建的數(shù)字骨科技術(shù)應(yīng)用及相關(guān)研究

趙陽，王丹，陳世榮

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 骨科，重慶）

0 引言

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（developmental dysplasia of hip，DDH）是髖部畸形常見疾病之一，尤其對(duì)于高脫位的III及IV型患者髖部畸形更加嚴(yán)重，由于長(zhǎng)期處于脫位或半脫位 的狀態(tài)，負(fù)重區(qū)出現(xiàn)軟骨退變，軟骨下骨壞死，因此常常合并嚴(yán)重的髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎[1]。目前對(duì)于DDH的明確病因尚不清楚，在最新的ACR指南中指出引起發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的主要三個(gè)高危因素為：臀位生產(chǎn)、家族史、女性[2]。由于其髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的紊亂，髖臼壁的廣泛缺損，髖關(guān)節(jié)的高脫位的狀態(tài)，行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty,THA）將是對(duì)骨科醫(yī)師的一次巨大考驗(yàn)。但同時(shí)人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)也是治療發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良繼發(fā)嚴(yán)重骨關(guān)節(jié)炎，緩解患者癥狀的主要手段[3]。Hartofilakidis[4]等闡述了DDH的形態(tài)學(xué)改變通常表現(xiàn)為：髖臼上方骨缺損，同時(shí)繼發(fā)于關(guān)節(jié)炎的髖臼變淺，高脫位型存在整個(gè)髖臼周緣的缺損、髖臼淺、開口小、前傾過度增大及髖臼骨儲(chǔ)備分布異常。人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療髖關(guān)節(jié)疾病的主要方法，能解除關(guān)節(jié)疼痛、使關(guān)節(jié)功能得以恢復(fù)、維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)假體植入位置不正確是導(dǎo)致全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后關(guān)節(jié)不穩(wěn)定甚至假體脫位的重要原因[5-6]。因此髖臼重建對(duì)于全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者假體生存率、患者患肢功能及術(shù)后生活質(zhì)量至關(guān)重要。本文擬結(jié)合目前數(shù)字骨科技術(shù)在發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良中對(duì)于髖臼重建的相關(guān)研究略作一綜述。

1 臨床表現(xiàn)與分型

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良臨床表現(xiàn)通常為腹股溝區(qū)的疼痛、跛行，活動(dòng)后疼痛加重，當(dāng)出現(xiàn)盂唇撕裂及關(guān)節(jié)軟管損傷時(shí)可能出現(xiàn)關(guān)節(jié)彈響、絞鎖、黏滯感、下肢無力感[7]。青少年早期多無明顯癥狀，或僅有輕微不適感。隨年齡增加，癥狀逐漸出現(xiàn)癥狀，表現(xiàn)為形式各異、程度不等的疼痛。疼痛可反射至膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)，表現(xiàn)出膝關(guān)節(jié)周圍疼痛。癥狀明顯時(shí)可出現(xiàn)髖關(guān)節(jié)功能受限。

目前對(duì)于髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的相關(guān)分型較多，最主要、臨床使用最多的為Hartofilakidis分型和Crowe分型。Hartofilakidis根據(jù)脫位程度將DDH分為三型：A型半脫位，股骨頭呈半脫位狀態(tài)，仍位于髖臼內(nèi)，髖臼變淺；B型低脫位組，股骨頭向上形成假臼，但假臼與真臼有重疊部分；C型高脫位組，股骨頭高脫位與髂骨翼形成關(guān)節(jié)，在高處形成假臼，真臼發(fā)育扁平。Crowe等[8]通過股骨頭上移的距離以量化的指標(biāo)進(jìn)行分型：Ⅰ型脫位高度＜50%股骨頭高度，或＜10%骨盆高度; Ⅱ型脫位高度為50%～75%股骨頭高度，或10%～15%骨盆高度; Ⅲ型脫位高度為75%～100%股骨頭高度，或15%～20%骨盆高 度; Ⅳ型脫位高度＞100%股骨頭高度，或＞20%骨盆高度。

2 數(shù)字骨科技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

2.1 髖臼發(fā)育不良形態(tài)學(xué)分析

Yang等人[9]通過對(duì)79例Crowe(I-IV)髖臼發(fā)育不良患者骨盆圖像行數(shù)字化模擬，在3D環(huán)境中動(dòng)態(tài)分析了患側(cè)髖臼形態(tài)特點(diǎn)，Crowe I型及IV型髖臼邊緣較II型、III型更加完整，Crowe I型/III型由于其真臼與假臼的重疊，髖臼上方骨質(zhì)缺損更為嚴(yán)重，骨性覆蓋相對(duì)更少，CroweI-III型髖臼前柱及后柱較為完整，Crowe IV 髖臼開口形態(tài)呈銳角三角形同時(shí)伴有嚴(yán)重的骨缺損及過大的髖臼前傾角。Wang等人[10]通過數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)60名發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者髖臼行術(shù)前重建模擬，DDH患者大部分髖臼前淺平、前傾角大、髖關(guān)節(jié)前外側(cè)對(duì)股骨頭覆蓋明顯缺損，根據(jù)每位患者髖臼形態(tài)制定手術(shù)方式。Xu等人[11]通過數(shù)字重建軟件比較了76例發(fā)育不良髖臼與61例正常髖臼月狀面形態(tài)，從總體趨勢(shì)而言，髖臼發(fā)育不良患者月狀面普遍存在旋轉(zhuǎn)，與正常髖關(guān)節(jié)相比，發(fā)育不良的髖關(guān)節(jié)顯示出月牙表面的總面積大小和相對(duì)面積大小顯著減小。Bosse等人[12]通過數(shù)字模擬髖臼形態(tài)，得出發(fā)育不良的髖臼骨量情況不僅在單一維度上不足，而且在整體上也是不足的?；紓?cè)髖臼狹長(zhǎng)，半脫位的股骨頭位于髖臼后上方，隨著脫位程度的增加，髖臼逐漸變淺。通過數(shù)字模擬分析髖臼形態(tài)學(xué)特征，可實(shí)現(xiàn)虛擬模擬，動(dòng)態(tài)立體觀察髖臼各部位情況，更加準(zhǔn)確、清晰的了解髖臼幾髖臼周圍形態(tài)。

2.2 關(guān)于發(fā)育不良髖臼的相關(guān)模擬測(cè)量與分析

Yang等人[9]在髖臼發(fā)育不良形態(tài)學(xué)分析的基礎(chǔ)之上，對(duì)患者患側(cè)髖臼進(jìn)行模擬臼杯植入，測(cè)量了每位患者有效CE角、sharp CE角、髖臼內(nèi)側(cè)壁的最小厚度。得出髖臼發(fā)育不良Crowe II/III型患者有效CE角最小，sharp CE角最大，Crowe IV型平均髖臼內(nèi)側(cè)壁最小厚度值最小。Sakemi等人[13]通過數(shù)字化軟件模擬臼杯植入發(fā)育不良髖臼，通過向前后以2mm增量移動(dòng)臼杯10mm、以向上10mm的增量移動(dòng)臼杯20mm觀察臼杯處于不同旋轉(zhuǎn)中心下臼杯覆蓋率及髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度的情況。得出與旋轉(zhuǎn)中心垂直上移比較，旋轉(zhuǎn)中心向后上方移動(dòng)達(dá)到cup-CE角＞0°的例數(shù)更多。旋轉(zhuǎn)中心上移10mm時(shí)臼杯覆蓋率最大。由于髖關(guān)節(jié)存在撞擊，旋轉(zhuǎn)中心上移及后移將減小屈曲及內(nèi)旋度數(shù)，而外旋及伸直功能無明顯受限。Xu等人[14]通過模擬分析于患側(cè)髖臼建立坐標(biāo)系移動(dòng)臼杯觀察臼杯覆蓋率情況，同時(shí)術(shù)中于真臼后上方固定臼杯，早期隨訪患者無假體松動(dòng)及翻修情況。Liu等人[15]通過MPR技術(shù)，對(duì)21例患者進(jìn)行骨盆重構(gòu)，分析了Crowe I型及II/III型內(nèi)側(cè)壁最小厚度，同時(shí)得出髖臼內(nèi)側(cè)壁的骨量與半脫位程度和髖臼深度相關(guān)。Yoshitani等人[16]通過對(duì)42名髖臼發(fā)育不良Crowe IV患者行形態(tài)學(xué)幾何分析，確定了CroweIV髖臼形態(tài)為特殊三角形，旋轉(zhuǎn)中心固定的最佳位置并不是位于真臼處而是位于髖臼后上方骨質(zhì)區(qū)域。當(dāng)將1/3髖臼后壁定義為髖臼組件中心位置的界標(biāo)時(shí)，髖臼組件植入將接近理想的位置，同時(shí)有助于防止使用較小尺寸的臼杯或破壞髖臼前壁。

2.3 通過CT導(dǎo)航系統(tǒng)輔助行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)

Ueoka等人[17]使用CT導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)CroweIV型和I型髖臼發(fā)育不良進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，得出兩組在術(shù)前計(jì)劃和術(shù)后記錄關(guān)于髖臼組件大小，角度（傾斜度，前傾角）和3D位置方面無明顯差異。證明了導(dǎo)航系統(tǒng)在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的準(zhǔn)確性。通過使用基于CT的導(dǎo)航系統(tǒng)，即使對(duì)于Crowe IV型，也可以準(zhǔn)確植入髖臼組件。CT的導(dǎo)航系統(tǒng)是一種非常有用的術(shù)中工具，尤其是對(duì)于嚴(yán)重的骨盆畸形（例如Crowe型IV）而言。Tsutsui等人[18]評(píng)估了基于CT的導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)DDH患者THA中杯的對(duì)準(zhǔn)和空間定位的功效。比較了導(dǎo)航組與非導(dǎo)航組術(shù)后杯的對(duì)準(zhǔn)及空間定位，證明使用基于CT的導(dǎo)航系統(tǒng)的THA在DDH患者的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)術(shù)中獲得了非常精準(zhǔn)的臼杯角度及空間定位。Inori等人[19]在對(duì)80例發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)使用無圖像導(dǎo)航技術(shù)，在術(shù)中對(duì)臼杯杯高及中位度進(jìn)行定位和導(dǎo)航，所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在臨床中是令人滿意的。目前，在關(guān)節(jié)置換術(shù)手術(shù)過程中，導(dǎo)航系統(tǒng)的使用能使假體的定位更加準(zhǔn)確，使髖關(guān)節(jié)功能得到明顯改善[20,21]。

2.4 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良髖臼重建的相關(guān)有限元分析

有限元是集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元分析（FEA）方法在骨科方面已被確立為計(jì)算植入骨中變形，應(yīng)變和應(yīng)力模式的另一種工具[22,23]。有限元（FE）模型可在植入物骨結(jié)構(gòu)中提供三維（3D）應(yīng)變預(yù)測(cè)，并能夠分析無法通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量應(yīng)變的區(qū)域中已形成的應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)。髖臼發(fā)育不良，解剖結(jié)構(gòu)異常，髖部力學(xué)從而相應(yīng)發(fā)生改變。Zhao等人[24]通過對(duì)DDH患者髖臼模擬髖臼周圍截骨（PAO），觀察到了髖臼受力的變化情況，同時(shí)得出DDH模型顯示髖臼邊緣和接觸股骨頭的應(yīng)力集中，并且應(yīng)力值較高。PAO后模型顯示髖臼和股骨頭的應(yīng)力分布接近正常模式，應(yīng)力集中區(qū)域從外側(cè)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)。在嚴(yán)重的髖臼發(fā)育不良模型中，應(yīng)力分散尤其明顯。Tikhilov等人[25]通過有限元分析嚴(yán)重發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的患者在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中估計(jì)了能夠安全地固定髖臼組件的未覆蓋面的臨界值。證實(shí)了在滿足髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定地可以將髖臼假體在不使用螺釘?shù)那闆r下未覆蓋部分可以達(dá)到25%，在使用兩枚螺釘?shù)那闆r下髖臼假體未覆蓋部分可以達(dá)到35%。Lke等人[26]通過有限元分析來研究髖臼發(fā)育不良患者髖臼截骨術(shù)（RAO）的機(jī)械效果，并分析各種放射學(xué)測(cè)量結(jié)果與髖關(guān)節(jié)機(jī)械應(yīng)力之間的相關(guān)性。得出RAO后，DDH患者的髖臼等效應(yīng)力降低。 CE角，髖臼頭指數(shù)、髖臼角及髖臼頂角的矯正被認(rèn)為對(duì)于減少髖關(guān)節(jié)的機(jī)械應(yīng)力很重要。

3 展望與未來

數(shù)字骨科技術(shù)應(yīng)用于DDH的相關(guān)研究與探討，提高了人們對(duì)于DDH髖臼解剖結(jié)構(gòu)、受力情況等方面的認(rèn)識(shí)，提高了THA假體植入的準(zhǔn)確性，通過一系列的模擬、分析盡可能的延長(zhǎng)患者假體生存率，降低假體松動(dòng)、脫位，提高醫(yī)療質(zhì)量與醫(yī)療安全，提高患者生活質(zhì)量，數(shù)字骨科技術(shù)憑借其模擬性、可重復(fù)性、精確性將會(huì)進(jìn)一步提升我們對(duì)DDH患者行THA的信心與勇氣。