人工智能三維術(shù)前規(guī)劃在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用

李興鑫 陳施展 婁延舉 敖江鵬 汪丙昂

摘要：目的：分析人工智能三維術(shù)前規(guī)劃在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。方法：選取我科2019年6月-2021年6月股骨頭壞死患者90例作為研究對(duì)象，所有患者均行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，在手術(shù)前，采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者隨機(jī)分為兩組，即對(duì)照組（n=45）和觀察組（n=45），對(duì)照組實(shí)施膠片模板測(cè)量方法進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，觀察組實(shí)施人工智能三維術(shù)前規(guī)劃。兩組患者性別、年齡、手術(shù)部位以及股骨頭壞死國際（ARCO）等一般資料比較，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。比較兩組患者在手術(shù)中實(shí)際應(yīng)用假體型號(hào)與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)符合情況、術(shù)前/術(shù)后雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值、雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差、手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量。結(jié)果：觀察組患者的髖臼側(cè)以及股骨側(cè)的符合率顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。兩組患者在手術(shù)前雙側(cè)股骨偏心距及聯(lián)合偏心距、雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）；術(shù)后，觀察組雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值明顯小于對(duì)照組（P＜0.05）；雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）。觀察組患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量均低于對(duì)照組（P＜0.05）。結(jié)論：在行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者手術(shù)前應(yīng)用人工智能三維術(shù)前規(guī)劃可有效提高手術(shù)中應(yīng)用假體型號(hào)的準(zhǔn)確率，縮短了患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量，具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：人工智能三維術(shù)；全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)；應(yīng)用價(jià)值

一、引言

在終末期髖關(guān)節(jié)疾病中最常見的治療方法為全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）[1]。然而，該手術(shù)對(duì)假體放置的位置以及假體的合適程度要求相對(duì)較高，對(duì)患者的手術(shù)質(zhì)量以及效果也具有重要的意義。手術(shù)假體的角度、大小以及位置不正確均會(huì)增加患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。目前，THA術(shù)前的假體尚不能得到準(zhǔn)確規(guī)劃，大多數(shù)操作人員在操作過程中依賴于視覺對(duì)假體位置的判斷；然而，若在手術(shù)過程中受患者體位的變換以及操作者經(jīng)驗(yàn)的不足，該判斷方法容易產(chǎn)生明顯的漏洞，誘發(fā)不良后果[2]。準(zhǔn)確的術(shù)前計(jì)劃一直是THA領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。過去，術(shù)前二維模板測(cè)量是在X線平片上進(jìn)行，以預(yù)測(cè)手術(shù)期間所需假體的型號(hào)和尺寸。近年來，技術(shù)人員在該技術(shù)上有了新的突破，人工智能三維術(shù)前規(guī)劃以較高的優(yōu)勢(shì)受到了廣大學(xué)者的一致好評(píng)[3]。為了更好地分析人工智能三維術(shù)前規(guī)劃在THA中的應(yīng)用價(jià)值，本研究選取本院90例骨頭壞死的患者作為研究對(duì)象，對(duì)其采取人工智能輔助THA進(jìn)行治療，分析人工智能三維術(shù)前規(guī)劃在THA中的應(yīng)用價(jià)值。

二、資料與方法

（一）一般資料

選取我科2019年6月－2021年6月股骨頭壞死患者90例作為研究對(duì)象，所有患者均行THA，在手術(shù)前，將90例患者采用隨機(jī)數(shù)字表法分為對(duì)照組（n=45）和觀察組（n=45），對(duì)照組實(shí)施膠片模板測(cè)量方法進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，觀察組實(shí)施人工智能三維術(shù)前規(guī)劃。納入標(biāo)準(zhǔn)：①單側(cè)股骨頭壞死；②初次行THA；③年齡大于18歲，可承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任；④使用生物臼杯及生物柄（施樂輝公司，美國）；⑤臨床資料完整，且具有較好的配合能力；⑥未合并腫瘤等疾病；⑦未存在病理性骨折。排除標(biāo)準(zhǔn)：①患者術(shù)前規(guī)劃后未行手術(shù)；②未行THA手術(shù)治療；③術(shù)前影像資料不符合行術(shù)前規(guī)劃的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；④術(shù)前髖關(guān)節(jié)或身體其他部位存在活動(dòng)性感染病灶；⑤存在重度骨質(zhì)疏松患者；⑥存在凝血功能異常及循環(huán)血液系統(tǒng)疾病。本研究經(jīng)過本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)同意，符合《赫爾辛基宣言》要求，所有研究對(duì)象均知情同意，比較兩組患者一般資料，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

（二）方法

1.術(shù)前規(guī)劃

（1）對(duì)照組

實(shí)施膠片模板測(cè)量方法。在患者手術(shù)前對(duì)患者骨盆正位側(cè)進(jìn)行X線檢查，按照X線相關(guān)要求：①協(xié)助患者取仰臥位，囑患者雙腿伸直，兩足內(nèi)旋，腳尖朝前；②確認(rèn)X線拍攝的范圍，主要包括股骨近端、恥骨、髖關(guān)節(jié)、坐骨及髂骨；③確認(rèn)患者股骨頸是否存在投影變形；④拍攝后確定髖關(guān)節(jié)各骨骼紋理清晰銳利，坐骨棘清晰可見，操作結(jié)束后采用傳統(tǒng)膠片模板測(cè)量方法規(guī)劃檢查報(bào)告的膠片。

（2）觀察組

實(shí)施人工智能三維術(shù)前規(guī)劃。在患者手術(shù)前對(duì)患者骨盆進(jìn)行CT檢查，CT檢查檢查要求：①協(xié)助患者取仰臥位；②確認(rèn)掃描范圍；髂前上棘至股骨小轉(zhuǎn)子下10CM；③確認(rèn)層厚：0.8mm。將掃描所獲得的DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)軟件中，形成三維術(shù)前規(guī)劃。在手術(shù)前臨床醫(yī)生可根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)三維規(guī)劃進(jìn)行適量微調(diào)。

2.手術(shù)方法

兩組患者行側(cè)臥位，在對(duì)患者進(jìn)行全麻，對(duì)患肢進(jìn)行常規(guī)消毒鋪單后，將股骨頸完全暴露于手術(shù)區(qū)域，并根據(jù)術(shù)前技術(shù)截骨高度及方向?qū)晒穷i進(jìn)行截骨，約截骨1.5cm，隨后取出壞死股骨頭，徹底暴露髖臼，并將手術(shù)中看到的髖臼形狀與三維規(guī)劃中的髖臼模型進(jìn)行比較，使用假體薄膜模板進(jìn)行二維模板測(cè)量，為患者選擇合適的患者的髖臼和股骨柄，選擇合適的型號(hào)，完成銼磨，銼壓配合；術(shù)前將股骨髓腔擴(kuò)孔至計(jì)劃的股骨假體模型，選擇合適的模型進(jìn)行安裝，復(fù)位后測(cè)量雙下肢長度及髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，沖洗后縫合；必須確保兩組患者的手術(shù)由同一組醫(yī)生完成。

3.觀察指標(biāo)

（1）假體型號(hào)與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)符合情況：完全匹配：術(shù)中假體模型與術(shù)前計(jì)劃假體模型完全吻合；一般匹配：與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)相差±1號(hào)；不匹配：術(shù)中規(guī)劃假體型號(hào)與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)相差±2號(hào)。

（2）偏心距差值、雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差：分別在兩組患者手術(shù)前以及手術(shù)后立即拍攝骨盆正位X線片，測(cè)量假體角度。股骨假體所在位置的以Nakata確定，若假體處于3°內(nèi)翻和3°外翻區(qū)間，提示假體為中心固定狀態(tài)。髖臼假體位置根據(jù)Pradhan方式確定。若外展角為30°～50°，前傾角為5°～25°時(shí)，提示髖臼假體處于為安全范圍。

（3）手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量：在患者進(jìn)入手術(shù)室時(shí)計(jì)為開始，在患者手術(shù)結(jié)束后為結(jié)束，比較兩組患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，年齡、雙側(cè)股骨偏心距差值、雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值、雙下肢長度差值、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量比較采用獨(dú)立樣本 t 檢驗(yàn)；性別、手術(shù)部位、國際股骨頭壞死（ARCO）分期、假體型號(hào)與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)符合情況比較采用 χ2 檢驗(yàn)。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

三、結(jié)果

（一）兩組患者假體型號(hào)與術(shù)前規(guī)劃假體型號(hào)符合情況比較

觀察組患者的髖臼側(cè)以及股骨側(cè)的符合率顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。見表2。

（二）兩組患者手術(shù)前與手術(shù)后雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值、雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較

術(shù)前，兩組患者雙側(cè)聯(lián)合偏心距、雙側(cè)股骨偏心距及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）；術(shù)后，雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05），但觀察組雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值小于對(duì)照組（P＜0.05）。見表3。

（三）兩組患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量比較

觀察組患者手術(shù)時(shí)間（287.72±22.64）min以及術(shù)中出血量（503.67±82.76）ml均低于對(duì)照組（327.46±34.77）min、（705.12±81.94）ml（P＜0.05）。見表4。

四、討論

以往我國人工智能輔助THA規(guī)劃主要以采用二維膠片或軟件干預(yù)為主，由于放大不準(zhǔn)確、視角不同、操作復(fù)雜煩瑣、假體型號(hào)與類型不完整，術(shù)前規(guī)劃缺乏準(zhǔn)確度，導(dǎo)致THA術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較高，嚴(yán)重影響患者預(yù)后以及THA的治療效果[4]。近年來隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展和完善，三維規(guī)劃系統(tǒng)軟件的出現(xiàn)，極大地提高了THA置換術(shù)的手術(shù)效果。其通過在手術(shù)前采用CT掃描的術(shù)前規(guī)劃具有較高的穩(wěn)定性，有效避免了使用二維軟件以及傳統(tǒng)膠片所帶來的誤差，并有效降低了術(shù)中假體周圍骨折并發(fā)癥發(fā)生的可能性。以往在臨床中應(yīng)用二維軟件對(duì)患者術(shù)前規(guī)劃上大約需要耗時(shí)24分鐘，而隨著技術(shù)的提高，三維規(guī)劃系統(tǒng)軟件對(duì)患者術(shù)前規(guī)劃上只需要耗時(shí)5分鐘左右，有效減少了術(shù)前計(jì)劃時(shí)間[5]。

本次研究結(jié)果顯示，通過對(duì)比兩組患者采用膠片模板測(cè)量法以及人工智能三維術(shù)前規(guī)劃，研究結(jié)果顯示：觀察組患者的髖臼側(cè)以及股骨側(cè)的符合率顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）；提示：將人工智能三維術(shù)前規(guī)劃應(yīng)用于股骨頭壞死患者的髖臼側(cè)以及股骨側(cè)的符合率相對(duì)較高。另外，本研究結(jié)果還顯示，術(shù)后，觀察組雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值明顯小于對(duì)照組（P＜0.05）；雙側(cè)股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。導(dǎo)致該結(jié)果都出現(xiàn)可能與本次納入樣本量過少，部分患者入組以及治療時(shí)間相對(duì)較短有關(guān)，此外本研究對(duì)患者手術(shù)后的功能指標(biāo)沒有進(jìn)一步進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，因此該部分結(jié)果還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。本研究結(jié)果顯示觀察組患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量均少于對(duì)照組（P＜0.05），該研究結(jié)果與文獻(xiàn)[6]研究結(jié)果相似，提示對(duì)股骨頭壞死的患者手術(shù)前實(shí)施人工智能三維術(shù)前規(guī)劃，可有效縮短患者手術(shù)時(shí)間，并減少手術(shù)過程中出血量。

綜上所述，在THA術(shù)前應(yīng)用人工智能三維術(shù)前規(guī)劃，可有效提高手術(shù)中應(yīng)用假體型號(hào)的準(zhǔn)確率，縮短了患者手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量，具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

作者單位：李興鑫? ?陳施展? ?婁延舉? ?敖江鵬? ?汪丙昂? ? 西部戰(zhàn)區(qū)空軍醫(yī)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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