臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣位置關(guān)系影像解剖學研究

周雪明，黃桂武，劉彬，謝荏棠，鄔培慧，吳潤柏

1.南方醫(yī)科大學附屬東莞人民醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，廣東 東莞 523059；2.中山大學附屬第一醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，廣州 510080

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）中，臼杯假體植入不良會導致關(guān)節(jié)脫位、雙下肢不等長、假體過度磨損等并發(fā)癥，是THA 術(shù)后翻修的主要原因之一[1～3]。傳統(tǒng)的臼杯植入方法是術(shù)者憑經(jīng)驗判斷植入方位徒手打入；計算機導航或/和機器人輔助定位技術(shù)可提高臼杯植入的準確性以及可重復性，但其高昂的費用及設(shè)備要求，尚未能普及[4～6]；利用髖臼橫韌帶，髖臼切跡等解剖學標記定位方法則缺乏國人的解剖學基礎(chǔ)研究[7～9]；基于CT 數(shù)據(jù)的術(shù)前三維規(guī)劃有良好的精確性和臨床適用性[10]。本研究利用術(shù)前三維規(guī)劃軟件BOHOLO 對股骨頸骨折患者正常髖臼及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者髖臼的CT 斷層圖像建模，模擬全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)植入目標臼杯（方位：前傾角20°，外展角40°，骨床-臼杯覆蓋率＞75%），在1、4、7、10點鐘4個方向測量臼杯外露長度即臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離，并作統(tǒng)計分析，為THA 術(shù)中徒手臼杯定位技術(shù)提供解剖學依據(jù)，提高植入的準確性。本研究臨床資料收集經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審批并通過（IRB No.2013-32）。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集2018年10月至2019年10月中山大學附屬第一醫(yī)院及東莞市人民醫(yī)院的股骨頸骨折患者及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者的髖關(guān)節(jié)CT 掃描數(shù)據(jù)。

納入標準：（1）年齡≥18歲；（2）正常髖臼組為診斷股骨頸骨折并排除其他髖臼疾病及畸形的患者，DDH 組為診斷為Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者；（3）影像學資料清晰。排除標準：（1）既往髖關(guān)節(jié)陳舊骨折、手術(shù)史；（2）Legg-CalvePerthes 綜合征；（3）髖關(guān)節(jié)感染；（4）髖臼或股骨腫瘤病史；（5）CT 掃描不合格。

共計36例（42髖）Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者符合納入標準，設(shè)為DDH 組；選擇同期確診股骨頸骨折并排除髖臼疾病及畸形的患者51例（66髖）為正常組。兩組人群的一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 患者一般資料（）Tab.1 General information of patients (Mean±SD)

表1 患者一般資料（）Tab.1 General information of patients (Mean±SD)

1.2 實驗方法

1.2.1 構(gòu)建骨盆三維模型 將患者CT 掃描DICOM原始數(shù)據(jù)導入BOHOLO 軟件（Fengsuan Ltd.，上海）進行骨盆三維模型重建，通過區(qū)分髖臼邊緣及股骨側(cè)，分離出骨盆三維模型。設(shè)定骨盆標準方位，雙側(cè)髂前上棘與恥骨聯(lián)合中點（骨盆前平面）與標志線對齊；定義臼緣邊界，將髖臼內(nèi)緣及下緣與標志線對齊(圖1)。重建后的3D 骨盆模型可以任意放大或縮小，在任意空間范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，1個視野中同時顯示3個正交斷面圖像和三維圖像，便于觀察。

1.2.2 模擬THA 臼杯植入 自動化設(shè)計生成半球型三維CAD 髖臼杯模型，若患側(cè)髖臼為左側(cè)，則通過骨盆中間矢狀面鏡像為右側(cè)髖臼，在冠狀位和矢狀位以外展40°、前傾20°將臼杯模型置入三維骨盆的髖臼；根據(jù)髖臼前后徑調(diào)換合適的臼杯型號，平移調(diào)整臼杯在水平方向的位置，使臼杯充分利用髖臼內(nèi)壁骨質(zhì)；臼杯旋轉(zhuǎn)中心的高度從初始位置（臼杯下緣平齊至髖臼下緣）開始調(diào)整，若初始位置骨床-臼杯覆蓋率小于75%，則上移臼杯使覆蓋率大于75%（圖2A）。

1.2.3 測量指標（1）臼杯中心距髖臼下緣的距離；（2）右側(cè)髖臼1、4、7、10點鐘臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離，以髖臼切跡后下方骨性隆起最高點作7點鐘標志點，其與髖臼中點連線交臼緣為1點鐘標志點，過髖臼中點作7點與1點連線的垂線，分別交臼緣于4點鐘、10點鐘標志點，髖臼邊緣外露記為+，臼杯邊緣外露記為-（圖2B）。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料滿足正態(tài)分布采用t檢驗比較，以（）表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義，并計算各組的變異系數(shù)CV。

2 結(jié)果

2.1 三維重建圖像臼杯與髖臼解剖位置關(guān)系

測得正常髖的臼杯中心距髖臼下緣切線高度為（16.26±0.93）mm，Crowe Ⅱ/Ⅲ型髖的臼杯中心至髖臼下緣距離為（22.09±4.10）mm，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。正常髖的臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣在1、4、7、10點鐘的距離分別為（5.06±2.52）、（5.19±3.26）、（9.71±1.68）、（0.11±5.08）mm；Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 髖臼則分別為（-1.62±6.25）、（8.02±5.06）、（13.88±4.33）、（-5.21±5.68）mm，髖臼正常組與DDH 組4個方向的解剖參數(shù)對比P均＜0.05，差異具有統(tǒng)計學意義(表2)。

2.2 后下邊緣外露長度分析

各方向外露中，后下邊緣（7點鐘方向）外露長度變異系數(shù)為0.173，小于其他方向外露長度的變異系數(shù)，正常組7點鐘方向外露長度離散程度明顯小于其余組，且年齡、性別無統(tǒng)計學差異，見圖3及表3～4。

3 討論

圖1 髖臼模型構(gòu)建及標準方位設(shè)定A：股骨頭及髖臼數(shù)字化分割顯示B：髖臼模型提取C：設(shè)定骨盆標準方位D：定義骨性髖臼下緣及內(nèi)側(cè)緣Fig.1 Reconstruction of acetabular model and setting of standard orientation A:Digital segmentation and display of femoral head and acetabulum;B:Acetabular model extraction; C:Setting the standard orientation of the pelvis; D:Definition of the inferior and medial osseous margins of the acetabulum

圖2 模擬THA 臼杯植入 A：臼杯以設(shè)定的角度參數(shù)自動植入并微調(diào)至最佳位置B：確定臼緣與臼杯骨性標志測量點Fig.2 Simulation of THA for cup implantationA: The cup was automatically implanted with the setting angle parameters and fine tune to determine the optimal position; B: Determined the location points of the acetabular margin and bone markers around the cup in all directions

目前臨床常用的臼杯定位技術(shù)是依據(jù)術(shù)前X 光平片影像，通過術(shù)中骨性標志及軟組織解剖輔助定位，解剖參考主要有髖臼固有前傾角、髖臼切跡、髖臼切跡角、髂后上棘、髖臼窩、髖臼橫韌帶等，操作便捷，但依賴術(shù)者經(jīng)驗。對于復雜的髖關(guān)節(jié)畸形，術(shù)前基于CT 或MRI 等影像學資料進行三維計劃，有助于全面、精準、直觀地了解病變程度以及擬定假體的植入位置，預先評估術(shù)中及術(shù)后潛在的風險，降低手術(shù)風險，提高手術(shù)效果[8,9]。然而，該技術(shù)依賴專項軟件，需要薄層CT 的DICOM 圖像文件，是阻礙其普及應(yīng)用的重要原因。計算機輔助導航系統(tǒng)、機器人等有助于術(shù)中按照術(shù)前規(guī)劃精確操作，但設(shè)備昂貴。Maruyama 等[9]參照髖臼切跡角行THA，術(shù)后關(guān)節(jié)脫位率0.32%（2/631）。Archbold 等[8,11]利用髖臼橫韌帶評估臼杯深度和高度，術(shù)后8個月隨訪脫位率為0.6%（6/1000）。Mihalko 等[7]利用Ortho Pilot 導航系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以髂后上棘連線為解剖標記進行髖臼杯定位較髖臼橫韌帶更為準確，且在側(cè)臥位更易獲得。但這些傳統(tǒng)解剖定位標志術(shù)中不易暴露，軟組織破壞較多，手術(shù)難度較大，僅47%的患者術(shù)中能完整識別髖臼橫韌帶，且未改善臼杯位置準確性[12～14]。

表2 兩組患者植入臼杯的解剖參數(shù)測量結(jié)果（,mm）Tab.2 Comparison of the measurement results of the parameters of the implanted cup between the two groups (Mean±SD,mm)

表2 兩組患者植入臼杯的解剖參數(shù)測量結(jié)果（,mm）Tab.2 Comparison of the measurement results of the parameters of the implanted cup between the two groups (Mean±SD,mm)

圖3 兩組植入臼杯各方向外露測量結(jié)果比較，正常組7點鐘方向外露長度離散程度最小Fig.3 Comparison of measurement results of implanted cup exposure in all directions between the two groups,the dispersion of exposure distance at 7 o’clock direction in normal group was less than that in other groups

表3 臼杯7點鐘方向外露長度性別比較（，mm）Tab.3 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction between male and female(Mean±SD,mm)

表3 臼杯7點鐘方向外露長度性別比較（，mm）Tab.3 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction between male and female(Mean±SD,mm)

本項目以正常髖臼與Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 髖臼作為研究對象，通過計算機軟件模擬THA 臼杯植入，設(shè)置最佳位置即前傾角20°，外展角40°，髖臼覆蓋率＞75%，于髖臼的1、4、7、10點鐘4個方向測量臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離，為THA 術(shù)中以臼杯與髖臼位置關(guān)系輔助定位臼杯技術(shù)提供解剖學研究基礎(chǔ)，提高臼杯植入的準確性。本研究發(fā)現(xiàn)，對于髖臼形態(tài)正常的患者行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)時，髖臼后下壁（右髖7點鐘方向，左髖5點鐘方向）的外露長度為（9.71±1.68）mm，變異系數(shù)為0.173，小于其他方向外露長度的變異系數(shù)，且無性別、年齡明顯差異，因此，髖臼后下壁的外露長度可作為正常髖臼杯定位的一個相對恒定的解剖學參照指標，當臼杯原位植入的旋轉(zhuǎn)中心高度為（16.26±0.93）mm，可獲得滿意的骨床-臼杯覆蓋率。而對于髖臼解剖結(jié)構(gòu)嚴重異常的如Crowe Ⅱ/Ⅲ型患者，其各方向的髖臼骨緣外露長度變異較大，臼杯需適當上移以提高骨床-臼杯覆蓋率，臼杯中心平均高度為（22.09±4.10）mm，相對于正常髖臼，臼杯中心上移約6 mm；但因缺乏正常解剖參考來辨別臼杯安裝角度，若采用傳統(tǒng)徒手銼磨髖臼定位技術(shù)容易在旋轉(zhuǎn)中心定位、銼磨深度以及臼杯開口角度等產(chǎn)生較大誤差。因此，對于髖臼發(fā)育不良、嚴重畸形、嚴重骨贅增生的患者初次行THA 時，有必要進行術(shù)前三維分析，了解髖臼形態(tài)、骨質(zhì)缺損程度，擬定臼杯安裝位置和臼杯型號，借助個性化的定位測量，實現(xiàn)臼杯假體精準植入[15,16]。

表4 不同年齡段臼杯7點鐘方向外露長度（，mm）Tab.4 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction in different age groups(Mean±SD,mm)

表4 不同年齡段臼杯7點鐘方向外露長度（，mm）Tab.4 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction in different age groups(Mean±SD,mm)

本研究不足之處，研究系數(shù)字骨科形態(tài)學分析結(jié)果，需要前瞻性臨床研究驗證；未考慮周圍軟組織、骨性結(jié)構(gòu)發(fā)育異常等對臼杯的影響，今后需增加樣本量、大體研究及臨床應(yīng)用分析等以佐證結(jié)果。

綜上所述，本實驗采用基于CT 圖像的臨床解剖研究，以電腦模擬臼杯植入，構(gòu)建THA 臼杯植入模型，測量臼杯與正常髖臼、Crowe Ⅱ/Ⅲ型髖臼的位置參數(shù)及外露長度，為全髖置換術(shù)臼杯假體植入最佳位置提供依據(jù)；較實體骨盆標本更便捷，方便模擬手術(shù)，測量精度好，可重復性強[17]。