人工智能三維術前規劃在全髖關節置換術中的應用

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前規劃在全髖關節置換術中的應用價值。方法：選取我科2019年6月-2021年6月股骨頭壞死患者90例作為研究對象，所有患者均行全髖關節置換術，在手術前，采用隨機數字表法將患者隨機分為兩組，即對照組（n=45）和觀察組（n=45），對照組實施膠片模板測量方法進行術前規劃，觀察組實施人工智能三維術前規劃。兩組患者性別、年齡、手術部位以及股骨頭壞死國際（ARCO）等一般資料比較，差異不具有統計學意義（P＞0.05）。比較兩組患者在手術中實際應用假體型號與術前規劃假體型號符合情況、術前/術后雙側聯合偏心距差值、雙側股骨偏心距差值及雙下肢長度差、手術時間以及術中出血量。結果：觀察組患者的髖臼側以及股骨側的符合率顯著優于對照組（P＜0.05）。兩組患者在手術前雙側股骨偏心距及聯合偏心距、雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）；術后，觀察組雙側聯合偏心距差值明顯小于對照組（P＜0.05）；雙側股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）。觀察組患者手術時間以及術中出血量均低于對照組（P＜0.05）。結論：在行全髖關節置換術患者手術前應用人工智能三維術前規劃可有效提高手術中應用假體型號的準確率，縮短了患者手術時間以及術中出血量，具有較好的臨床應用價值。

關鍵詞：人工智能三維術；全髖關節置換術；應用價值

一、引言

在終末期髖關節疾病中最常見的治療方法為全髖關節置換術（total hip arthroplasty，THA）[1]。然而，該手術對假體放置的位置以及假體的合適程度要求相對較高，對患者的手術質量以及效果也具有重要的意義。手術假體的角度、大小以及位置不正確均會增加患者術后并發癥的發生率。目前，THA術前的假體尚不能得到準確規劃，大多數操作人員在操作過程中依賴于視覺對假體位置的判斷；然而，若在手術過程中受患者體位的變換以及操作者經驗的不足，該判斷方法容易產生明顯的漏洞，誘發不良后果[2]。準確的術前計劃一直是THA領域的研究熱點。過去，術前二維模板測量是在X線平片上進行，以預測手術期間所需假體的型號和尺寸。近年來，技術人員在該技術上有了新的突破，人工智能三維術前規劃以較高的優勢受到了廣大學者的一致好評[3]。為了更好地分析人工智能三維術前規劃在THA中的應用價值，本研究選取本院90例骨頭壞死的患者作為研究對象，對其采取人工智能輔助THA進行治療，分析人工智能三維術前規劃在THA中的應用價值。

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例作為研究對象，所有患者均行THA，在手術前，將90例患者采用隨機數字表法分為對照組（n=45）和觀察組（n=45），對照組實施膠片模板測量方法進行術前規劃，觀察組實施人工智能三維術前規劃。納入標準：①單側股骨頭壞死；②初次行THA；③年齡大于18歲，可承擔相應的法律責任；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??；⑦未存在病理性骨折。排除標準：①患者術前規劃后未行手術；②未行THA手術治療；③術前影像資料不符合行術前規劃的相關標準；④術前髖關節或身體其他部位存在活動性感染病灶；⑤存在重度骨質疏松患者；⑥存在凝血功能異常及循環血液系統疾病。本研究經過本院醫學倫理委員會批準同意，符合《赫爾辛基宣言》要求，所有研究對象均知情同意，比較兩組患者一般資料，差異不具有統計學意義（P＞0.05）。見表1。

（二）方法

1.術前規劃

（1）對照組

實施膠片模板測量方法。在患者手術前對患者骨盆正位側進行X線檢查，按照X線相關要求：①協助患者取仰臥位，囑患者雙腿伸直，兩足內旋，腳尖朝前；②確認X線拍攝的范圍，主要包括股骨近端、恥骨、髖關節、坐骨及髂骨；③確認患者股骨頸是否存在投影變形；④拍攝后確定髖關節各骨骼紋理清晰銳利，坐骨棘清晰可見，操作結束后采用傳統膠片模板測量方法規劃檢查報告的膠片。

（2）觀察組

實施人工智能三維術前規劃。在患者手術前對患者骨盆進行CT檢查，CT檢查檢查要求：①協助患者取仰臥位；②確認掃描范圍；髂前上棘至股骨小轉子下10CM；③確認層厚：0.8mm。將掃描所獲得的DICOM數據導入系統軟件中，形成三維術前規劃。在手術前臨床醫生可根據自身經驗對三維規劃進行適量微調。

2.手術方法

兩組患者行側臥位，在對患者進行全麻，對患肢進行常規消毒鋪單后，將股骨頸完全暴露于手術區域，并根據術前技術截骨高度及方向對股骨頸進行截骨，約截骨1.5cm，隨后取出壞死股骨頭，徹底暴露髖臼，并將手術中看到的髖臼形狀與三維規劃中的髖臼模型進行比較，使用假體薄膜模板進行二維模板測量，為患者選擇合適的患者的髖臼和股骨柄，選擇合適的型號，完成銼磨，銼壓配合；術前將股骨髓腔擴孔至計劃的股骨假體模型，選擇合適的模型進行安裝，復位后測量雙下肢長度及髖關節穩定性，沖洗后縫合；必須確保兩組患者的手術由同一組醫生完成。

3.觀察指標

（1）假體型號與術前規劃假體型號符合情況：完全匹配：術中假體模型與術前計劃假體模型完全吻合；一般匹配：與術前規劃假體型號相差±1號；不匹配：術中規劃假體型號與術前規劃假體型號相差±2號。

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

（3）手術時間以及術中出血量：在患者進入手術室時計為開始，在患者手術結束后為結束，比較兩組患者手術時間以及術中出血量。

4.統計學方法

采用SPSS25.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，年齡、雙側股骨偏心距差值、雙側聯合偏心距差值、雙下肢長度差值、手術時間、術中出血量比較采用獨立樣本 t 檢驗；性別、手術部位、國際股骨頭壞死（ARCO）分期、假體型號與術前規劃假體型號符合情況比較采用 χ2 檢驗。P＜0.05為差異具有統計學意義。

三、結果

（一）兩組患者假體型號與術前規劃假體型號符合情況比較

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

（二）兩組患者手術前與手術后雙側聯合偏心距差值、雙側股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較

術前，兩組患者雙側聯合偏心距、雙側股骨偏心距及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05）；術后，雙側股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較無差異（P＞0.05），但觀察組雙側聯合偏心距差值小于對照組（P＜0.05）。見表3。

（三）兩組患者手術時間以及術中出血量比較

觀察組患者手術時間（287.72±22.64）min以及術中出血量（503.67±82.76）ml均低于對照組（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規劃主要以采用二維膠片或軟件干預為主，由于放大不準確、視角不同、操作復雜煩瑣、假體型號與類型不完整，術前規劃缺乏準確度，導致THA術后并發癥發生率較高，嚴重影響患者預后以及THA的治療效果[4]。近年來隨著醫學技術不斷的發展和完善，三維規劃系統軟件的出現，極大地提高了THA置換術的手術效果。其通過在手術前采用CT掃描的術前規劃具有較高的穩定性，有效避免了使用二維軟件以及傳統膠片所帶來的誤差，并有效降低了術中假體周圍骨折并發癥發生的可能性。以往在臨床中應用二維軟件對患者術前規劃上大約需要耗時24分鐘，而隨著技術的提高，三維規劃系統軟件對患者術前規劃上只需要耗時5分鐘左右，有效減少了術前計劃時間[5]。

本次研究結果顯示，通過對比兩組患者采用膠片模板測量法以及人工智能三維術前規劃，研究結果顯示：觀察組患者的髖臼側以及股骨側的符合率顯著優于對照組（P＜0.05）；提示：將人工智能三維術前規劃應用于股骨頭壞死患者的髖臼側以及股骨側的符合率相對較高。另外，本研究結果還顯示，術后，觀察組雙側聯合偏心距差值明顯小于對照組（P＜0.05）；雙側股骨偏心距差值及雙下肢長度差值比較差異不具有統計學意義（P＞0.05）。導致該結果都出現可能與本次納入樣本量過少，部分患者入組以及治療時間相對較短有關，此外本研究對患者手術后的功能指標沒有進一步進行分析與評價，因此該部分結果還有待進一步研究證實。本研究結果顯示觀察組患者手術時間以及術中出血量均少于對照組（P＜0.05），該研究結果與文獻[6]研究結果相似，提示對股骨頭壞死的患者手術前實施人工智能三維術前規劃，可有效縮短患者手術時間，并減少手術過程中出血量。

綜上所述，在THA術前應用人工智能三維術前規劃，可有效提高手術中應用假體型號的準確率，縮短了患者手術時間以及術中出血量，具有較好的臨床應用價值。

作者單位：李興鑫? ?陳施展? ?婁延舉? ?敖江鵬? ?汪丙昂? ? 西部戰區空軍醫院

參? 考? 文? 獻

[1]夏天衛，劉星宇，劉金柱，等. 人工智能術前規劃系統輔助人工全髖關節置換術治療成人Crowe Ⅳ型先天性髖關節發育不良的療效研究[J]. 中國修復重建外科雜志，2021，35（10）：1265-1272.

[2]吳東，柴偉，劉星宇，等. 人工智能全髖關節置換術髖臼杯放置算法的實驗研究[J]. 中華骨科雜志， 2021，41（3）：176-185.

[3]王樹，上官文松，張文文，等. 基于錐形束CT數據的下頜角截骨前后下頜骨形態變化的三維測量分析[J]. 中華醫學美學美容雜志，2021，27（6）：499-504.

[4]魏強，徐耀增，朱鋒，等. 基于三維數據的術前計劃指導全髖關節置換術髖臼假體植入的準確性分析[J]. 中華骨與關節外科雜志，2017，10（5）：372-376.

[5]徐征宇，杜俊煒，姜瑤，等. 三維數字規劃和二維膠片模板測量輔助全髖關節置換的效果比較[J]. 生物骨科材料與臨床研究，2021，18（2）：17-22.

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