初次全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)前數(shù)字虛擬手術(shù)的意義△

吳健，江建平，馮孝志，張昌奕，焦慶豐，丁文斌

（銅陵市立醫(yī)院骨科，安徽銅陵 244000）

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty,THA）治療老年股骨頸骨折、髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎及股骨頭壞死，可有效改善患者功能，早期下地，減少臥床并發(fā)癥。目前研究認(rèn)為T(mén)HA 的術(shù)后使用年限為10～15年，由于安置位置不佳、機(jī)械性磨損、感染等因素影響其使用壽命［1］，進(jìn)而引起假體脫位、松動(dòng)、撞擊，需要進(jìn)一步翻修治療，其中手術(shù)安置準(zhǔn)確性對(duì)術(shù)者要求較高［2］。三維CT 結(jié)合人工數(shù)字化模擬，可快速準(zhǔn)確識(shí)別解剖標(biāo)記點(diǎn)，制定所需假體型號(hào)，以此來(lái)提高術(shù)前規(guī)劃準(zhǔn)確性和減少手術(shù)并發(fā)癥。筆者選取安徽銅陵市立醫(yī)院2017 年8 月—2021 年6 月60 例行全髖關(guān)節(jié)初次置換手術(shù)的患者，術(shù)前三維CT 結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助模擬技術(shù)，設(shè)定術(shù)前相關(guān)安置參數(shù)，并模擬術(shù)后髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度，指導(dǎo)手術(shù)中假體的選擇及安置角度，對(duì)其準(zhǔn)確性及可行性進(jìn)行總結(jié)分析。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）初次單側(cè)全髖關(guān)節(jié)置換者，患側(cè)髖臼與股骨髓腔的形態(tài)與正常側(cè)形態(tài)基本相同，包括股骨頭缺血壞死III、IV 期，髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，股骨頸骨折需行關(guān)節(jié)置換者；（2）獲得至少12 個(gè)月有效隨訪者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）骨盆旋轉(zhuǎn)傾斜、二次關(guān)節(jié)翻修、對(duì)側(cè)髖關(guān)節(jié)已行內(nèi)固定、發(fā)育異?；蛞研嘘P(guān)節(jié)置換手術(shù)、下肢力線(xiàn)不正常內(nèi)外翻畸形患者；（2）基礎(chǔ)疾病多，不耐受手術(shù)者；（3）隨訪丟失的患者。

1.2 一般資料

回顧性分析2017 年8 月—2021 年6 月在本科行全髖關(guān)節(jié)初次置換手術(shù)的患者的臨床資料。共60 例符合上述標(biāo)準(zhǔn)，納入本研究。依據(jù)醫(yī)患溝通結(jié)果，30 例采用術(shù)前虛擬THA，30 例采用常規(guī)THA。兩組患者術(shù)前一般資料見(jiàn)表1，兩組年齡、性別、BMI、初次手術(shù)時(shí)間、側(cè)別、病因的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

表1 兩組患者治療期資料比較

1.3 手術(shù)方法

虛擬組：術(shù)前X 線(xiàn)片和CT 三維重建檢查（圖1a），在冠狀面、矢狀面測(cè)量健側(cè)髖臼前傾角、外展角等參數(shù)（圖1b），同時(shí)記錄股骨頸小轉(zhuǎn)子截骨點(diǎn)與股骨頭旋轉(zhuǎn)中心距離，大轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)與股骨頭旋轉(zhuǎn)中心距離的數(shù)值［3］。將CT 薄層圖像參數(shù)傳輸至工作站（Extend Brilliance TM Workspace, PHILPS）處理，得到骨盆髖關(guān)節(jié)的完整三維模型；根據(jù)術(shù)前影像學(xué)測(cè)量假體的臼杯直徑、內(nèi)襯直徑、股骨頭及股骨柄大小型號(hào)進(jìn)行三維掃描，得到STL 數(shù)據(jù)，應(yīng)用Mimics 醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行導(dǎo)入數(shù)據(jù)，并以此軟件進(jìn)行手術(shù)模擬（圖1c,1d）［4］。采用改良的髖關(guān)節(jié)后外側(cè)Gibson入路［5］，長(zhǎng)8～10 cm，逐層切開(kāi)分離，顯露股骨頭、股骨頸及髖臼緣。依據(jù)術(shù)前Mimics 軟件模擬的假體柄大小型號(hào)及規(guī)劃的股骨頸截骨線(xiàn)進(jìn)行截骨，取出股骨頭及截骨塊。依據(jù)術(shù)前Mimics 軟件模擬的髖臼杯假體大小型號(hào)、臼杯位置及模擬的髖臼前傾角，外翻角進(jìn)行打磨，先用小號(hào)銼挫出臼底。再根據(jù)術(shù)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)擬定的臼杯型號(hào)直接用同型號(hào)髖臼銼控制好深度和方向磨挫至軟骨下骨，按術(shù)前規(guī)劃角度壓配方式安裝臼杯及髖臼內(nèi)襯，按照術(shù)前設(shè)計(jì)股骨側(cè)的前傾角，從小到大用髓腔銼挫磨至術(shù)前模擬的假體柄大小型號(hào)，維持上述前傾角度安裝擬定型號(hào)的假體柄。復(fù)位髖關(guān)節(jié)。逐層閉合切口。

常規(guī)組：行髖外側(cè)切口，顯露髖關(guān)節(jié)，保留股骨距約1.2 cm 行股骨頸截骨。顯露髖臼，以前傾15°～20°，外翻40°～45°從逐級(jí)增加髖臼銼型號(hào)磨挫髖臼，打入合適的髖臼杯和內(nèi)襯。股骨髓腔擴(kuò)髓挫磨后放入股骨假體，復(fù)位髖關(guān)節(jié)。逐層閉合切口。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

記錄圍手術(shù)期資料。采用Harris 評(píng)分、VAS 視覺(jué)評(píng)分、髖屈-伸活動(dòng)度（range of motion, ROM）評(píng)價(jià)臨床效果［6］。行影像檢查，記錄髖臼假體外翻角、前傾角，髖臼旋轉(zhuǎn)中心（hip center of rotation,HCOR）縱橫差距值，肢體長(zhǎng)度差（leg length discrepancy,LLD），股骨柄假體位置準(zhǔn)確數(shù)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 15.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)以±s表示，資料呈正態(tài)分布時(shí)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)時(shí)間點(diǎn)比較采用單因素方差分析；資料呈非正態(tài)分布時(shí)，采用秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)。等級(jí)資料兩組比較采用Mann-whitney U檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用多個(gè)相關(guān)資料的Friedman檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 圍手術(shù)期資料

兩組患者均順利完成手術(shù)，術(shù)中無(wú)神經(jīng)、血管損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥。兩組圍手術(shù)期資料見(jiàn)表2。虛擬組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中失血量及下地行走時(shí)間均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05 )，兩組切口長(zhǎng)度、切口愈合情況及住院時(shí)間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 兩組患者圍手術(shù)期資料與比較

2.2 隨訪結(jié)果

兩組隨訪時(shí)間12～17 個(gè)月，平均（14.2±3.6）個(gè)月。隨訪期間內(nèi)無(wú)死亡及隨訪丟失，隨訪周期內(nèi)未見(jiàn)假體松動(dòng)、軟組織感染，虛擬組1 例患者出院后家中跌倒造成假體周?chē)钦?，股骨柄假體切割致股骨干骨折，再次入院內(nèi)固定治療，常規(guī)組1 例患者出院后出現(xiàn)關(guān)節(jié)脫位，予以入院手法復(fù)位，隨訪未再次脫位。

兩組隨訪結(jié)果見(jiàn)表3，虛擬組完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間顯著早于常規(guī)組（P＜0.05）。與術(shù)后1 個(gè)月相比，術(shù)后6 個(gè)月及末次隨訪時(shí)，兩組Harris 評(píng)分、髖關(guān)節(jié)伸屈ROM 均顯著增加（P＜0.05），而VAS評(píng)分顯著減少（P＜0.05）。術(shù)后1、6 個(gè)月及末次隨訪虛擬組Harris 評(píng)分、伸屈ROM 和VAS 評(píng)分均優(yōu)于常規(guī)組，除術(shù)后1 個(gè)月兩組間ROM 和末次隨訪時(shí)VAS 評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其他時(shí)間點(diǎn)兩組間各指標(biāo)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

表3 兩組患者隨訪結(jié)果（±s）與比較

指標(biāo)完全負(fù)重活動(dòng)時(shí)間(周)Harris 評(píng)分(分)時(shí)間點(diǎn)P 值0.015＜0.001 0.023 0.017伸屈ROM(°)0.137 0.017＜0.001 VAS 評(píng)分(分)術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪P 值術(shù)后1 個(gè)月術(shù)后6 個(gè)月末次隨訪P 值虛擬組（n=30）10.3±2.2 72.3±11.2 84.2±8.3 93.2±10.9＜0.001 55.4±10.6 70.4±13.6 84.5±11.2＜0.001 4.2±1.2 2.2±1.2 0.8±0.2＜0.001常規(guī)組（n=30）14.2±4.2 50.5±11.6 76.6±7.2 81.2±8.5＜0.001 49.2±8.5 58.3±9.6 71.6±11.4＜0.001 6.1±1.5 3.5±2.4 1.3±0.3＜0.001 0.024 0.023 0.125

2.3 影像評(píng)估

兩組影像測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4，虛擬組術(shù)后髖臼假體前傾角、外翻角均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05）。與術(shù)前相比，兩組術(shù)后縱向及橫向HCOR 和LLD 均顯著改善（P＜0.05）。兩組術(shù)前縱向及橫向HCOR 和LLD的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），術(shù)后虛擬組縱向及橫向HCOR 均顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05），但LLD的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。虛擬組股骨柄假體安置居中及大小匹配情況顯著優(yōu)于常規(guī)組（P＜0.05）。虛擬組術(shù)后影像見(jiàn)圖1e,1f。

圖1 患者，男，64 歲，右股骨頭無(wú)菌性壞死，術(shù)前虛擬THA。1a: 術(shù)前X 線(xiàn)片示右股骨頭壞死，軟骨下骨增生硬化，股骨頭塌陷變扁，關(guān)節(jié)間隙狹窄；1b: 術(shù)前冠狀位模擬測(cè)量假體匹配型號(hào)、磨銼深度；1c: 三維CT 數(shù)據(jù)模擬股骨柄假體型號(hào)；1d: 術(shù)前虛擬規(guī)劃髖臼假體外展及前傾角；1e: 按術(shù)前虛擬設(shè)計(jì)選定合適各假體組件，進(jìn)行THA 操作，術(shù)后1 周復(fù)查正位X線(xiàn)片示髖臼深度及股骨柄大小良好，外展及前傾角度滿(mǎn)意；1f: 術(shù)后側(cè)位X 線(xiàn)片示股骨柄居中，大小合適。

表4 兩組患者影像評(píng)估結(jié)果與比較

3 討 論

單純X 線(xiàn)片及常規(guī)CT 誤差存在以下幾個(gè)原因：（1）X 線(xiàn)片對(duì)于髖臼壁的磨挫深度無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)估；（2）X 線(xiàn)片的放大倍數(shù)誤差，比例標(biāo)尺不準(zhǔn)確［7］；（3）投射角度引起髓腔直徑、小轉(zhuǎn)子位置等，無(wú)法準(zhǔn)確判斷假體型號(hào)、截骨高度；（4）單純CT 平掃或三維重建不能準(zhǔn)確預(yù)估假體型號(hào)，以及假體匹配后的安置效果。

在全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，強(qiáng)調(diào)髖臼的外展和前傾角的準(zhǔn)確性，主要是因其二者決定髖臼對(duì)股骨頭的覆蓋程度［8］。外展角為兩側(cè)淚滴連線(xiàn)與髖臼長(zhǎng)軸的夾角，外展大則對(duì)股骨頭覆蓋范圍減少，影響關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，同時(shí)也增加脫位的風(fēng)險(xiǎn)，造成假體磨損、松動(dòng)等情況，而外展角過(guò)小，在相同的前傾角條件下造成髖關(guān)節(jié)外展和前屈的力臂減少，外展和前屈活動(dòng)范圍受限。單純采用X 片或者CT 二維平掃進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃測(cè)量，因放大倍數(shù)或投射角度差異，術(shù)前預(yù)估的假體匹配以及術(shù)前規(guī)劃常不準(zhǔn)確，導(dǎo)致術(shù)中反復(fù)操作、手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)或手術(shù)效果不理想，后期存在并發(fā)癥等情況。

前傾角反應(yīng)髖臼前傾的程度，影響髖關(guān)節(jié)屈曲時(shí)的穩(wěn)定性和股骨頭屈曲后方覆蓋情況，比如前方入路時(shí)前傾角過(guò)大可造成前脫位風(fēng)險(xiǎn)增加，但前傾也受骨盆傾斜角度影響。Archbold 等［9］研究術(shù)中可利用髖臼橫韌帶作為解剖標(biāo)記和參考點(diǎn)，進(jìn)行髖臼定位磨臼，但Epstein［10］認(rèn)為約有53%的髖臼橫韌帶發(fā)生了變異或難以被識(shí)別，認(rèn)為以髖臼橫韌帶作為參考標(biāo)記有一定局限性。目前對(duì)于髖臼外展及前傾角的安全范圍研究并不一致，既往研究的出髖臼安全范圍為前傾5°～25°，外展角30°～50°，此范圍內(nèi)假體脫位率1.6%左右。但Hevesi［11］分析8 081 例全髖關(guān)節(jié)置換患者手術(shù)認(rèn)為最理想的安全區(qū)為前傾18°～38°，外展27°～47°，比預(yù)期更大的前傾角可以降低脫位風(fēng)險(xiǎn)。此外，手術(shù)入路和患者性別都對(duì)安全區(qū)范圍有明確影響。Tezuka［12］認(rèn)為預(yù)測(cè)臼杯角度位于功能安全區(qū)之外的因素是股骨活動(dòng)度，而不能單純依賴(lài)臼杯的外展角和前傾角。通過(guò)改變頭部尺寸為36 mm，能顯著降低脫位，當(dāng)使用大頭時(shí)，能降低安全范圍髖臼定位錯(cuò)誤所導(dǎo)致的脫位率［13］。

考慮患者個(gè)體差異，通過(guò)IntelliSpace Portal 的三維建模應(yīng)用程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)單元分析［14］，結(jié)合健側(cè)髖臼指數(shù)評(píng)價(jià)，分析出全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的假體發(fā)生脫位的最小活動(dòng)范圍和關(guān)節(jié)撞擊的最大活動(dòng)角度。髖臼外展角增大可使得屈伸及內(nèi)旋范圍加大，外旋改變不明顯，前傾角增大對(duì)屈曲活動(dòng)影響較大，同時(shí)也會(huì)引起外旋及伸直范圍減少［15］。但髖臼外展角超過(guò)55°或前傾角超過(guò)22°時(shí)，置換后的髖假體與骨性撞擊的情況明顯突出［16］，術(shù)前作者根據(jù)健側(cè)模擬出患者的假體三維模擬圖像，計(jì)算髖關(guān)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，假體大小規(guī)格型號(hào)，以此為依據(jù)制定手術(shù)方案。術(shù)中以髖臼切跡為標(biāo)記點(diǎn)，提前在髖臼上打入定位針，以此來(lái)大致確認(rèn)髖臼的前傾角及外展角度，參照術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬參數(shù)，調(diào)整假體的外展及前傾角度［17］。

本研究顯示，虛擬組的患者手術(shù)時(shí)間、出血量及下地行走時(shí)間均優(yōu)于常規(guī)組，認(rèn)為與正確的手術(shù)規(guī)劃有關(guān)，減少術(shù)中不必要的反復(fù)操作，縮短手術(shù)創(chuàng)傷，并且術(shù)后虛擬組的前傾角、外翻角、股骨柄的假體匹配程度、HCOR、LLD 優(yōu)于常規(guī)組，后期虛擬組患者可以早期下地，并且髖關(guān)節(jié)功能評(píng)分也得到改善，這與術(shù)前良好的髖臼磨挫深度范圍、髖臼和假體型號(hào)選擇的正確制定有直接關(guān)系。

Fujita［18］報(bào)告7 mm 可能是一個(gè)合理的雙下肢不等長(zhǎng)閾值，控制雙下肢長(zhǎng)度差在閾值范圍以?xún)?nèi)可以減少患者不適感。下肢不等長(zhǎng)在1～2 cm 通過(guò)骨盆代償肌張力改變臨床癥狀可能不明顯，但超過(guò)2 cm 則出現(xiàn)跛行髖部疼痛感，下肢不等長(zhǎng)跛行容易導(dǎo)致股骨頭髖臼負(fù)重點(diǎn)內(nèi)外偏倚，與新發(fā)的下腰疼痛有一定關(guān)系［19，20］。股骨頭旋轉(zhuǎn)中心上下及內(nèi)外偏倚均對(duì)髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍及雙側(cè)下肢力線(xiàn)有影響，造成下肢不等長(zhǎng)及跛行等情況，旋轉(zhuǎn)中心上移同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展及外旋肌群無(wú)力［21，22］，而旋轉(zhuǎn)中心下移則導(dǎo)致肌肉軟組織張力增加，髖關(guān)節(jié)活動(dòng)不適感，最重要的是旋轉(zhuǎn)中心下移在術(shù)中假體安置容易出現(xiàn)假體頭臼松動(dòng)二次脫位的情況［24，25］。

本研究運(yùn)用三維髖關(guān)節(jié)模型，預(yù)判髖臼假體型號(hào)，模擬計(jì)算術(shù)后假體置換的圖像，分析髖臼的活動(dòng)范圍及下肢不等長(zhǎng)情況，對(duì)減少術(shù)中頻繁手術(shù)操作、降低手術(shù)創(chuàng)傷有積極的作用。術(shù)前全面分析患者髖關(guān)節(jié)外展角、前傾角、雙側(cè)旋轉(zhuǎn)中心的位置是否偏倚或發(fā)育異常，為假體的合適安放與匹配提供良好的術(shù)前模擬規(guī)劃，提高假體適用感和髖關(guān)節(jié)功能，為T(mén)HA精準(zhǔn)和微創(chuàng)操作提供了數(shù)字化基礎(chǔ)。