數字模擬輔助人工全髖關節置換術假體植入治療融合髖的臨床研究

余專一，陳晶祥，程球新，劉達，楊俊，付美清，史柏娜，周江軍*，趙敏

(1.聯勤保障部隊第九〇八醫院骨科，江西 鷹潭 335000；2.西部戰區總醫院骨科，四川 成都 610083)

融合髖病因較多，包括創傷、類風濕性關節炎、強直性脊柱炎、化膿性關節炎等，其融合的方式分為手術融合及自發融合兩種[1-3]。這類患者由于病史長，關節功能差，外展肌常常萎縮甚至缺失[4]，且由于長期反復的炎癥刺激，骨性正常解剖標志難以辨認，這給術者術中放置髖臼假體帶來非常大的困難。而髖臼假體的位置是否理想直接影響人工全髖關節置換(total hip arthroplasty，THA)術后脫位率的高低以及假體使用壽命[5]。Lewinnek等[6]提出，臼杯的理想位置應該是外展角(40±10) °、前傾角(15±10) °，在該范圍內人工髖關節脫位率明顯下降。

計算機輔助技術在骨科器械設計、材料及手術模擬等方面技術應用成熟[7-8]，徐海軍等[9]采用Mimics模擬高位脫位髖臼的重建，進行個體化術前設計，取得滿意的臼杯位置及覆蓋率。為了提高融合髖髖臼假體植入準確率及手術效率，聯勤保障部隊第九〇八醫院骨科于2016年1月至2020年5月收治融合髖11例，應用Mimics 10.01軟件術前模擬截骨、髖臼假體植入，確定截骨角度及髖臼假體尺寸，獲得了滿意的髖臼假體位置，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究共納入患者11例(11髖)，男7例(7髖)，女4例(4髖)；年齡28～56歲，平均(42.7±10.7)歲。其中強直性脊柱炎4例，化膿性關節炎3例，類風濕性關節炎3例，創傷1例；各種原因導致髖關節病變距行THA時間為9～30年，平均(16.5±7.5)年。屈曲強直8髖，屈曲角度為13 °～31 °，平均(21.8±6.5) °；屈曲內收短縮強直3髖，屈曲角度為16 °～25 °，平均(20.3±4.5) °。患者術前均行X線、三維CT檢查，明確髖關節融合情況、髖臼骨量及質量等情況，對既往感染融合的病例復查磁共振排除感染。

1.2 重建術前CT，模擬手術

1.2.1 影像學資料收集 硬件設備包括：64排螺旋CT(Light Speed VCT 64)，Thinkpad T440P(I3，4G，512GB，HD Graphics 4600/192MB)。軟件：Win7 64位旗艦版，Mimics10.01，Solidworks 2011 SP0.0。對患者進行骨盆(含髖關節)掃描，掃描參數：層厚0.625 mm，120 kV，240 mA。

1.2.2 術前三維CT重建 將術前CT圖像數據以Dicom格式保存并導入Mimics 10.01軟件中。Thresholding建立骨窗Mask，生成骨盆3D模型；使用“Cut with Polyplane”功能于股骨大轉子頂點(關鍵點1)向小轉子近0.5～1.0 cm處(關鍵點2，具體數值根據對側股骨頸長度個性化處理)垂直于股骨頸方向建立CP1(Mimics建立第1個平面)，模擬股骨頸截骨第1刀，X、Y、Z軸的“Contour Visible”功能判斷截骨方向是否正確；于髖臼與股骨頸融合處通過CP2(Mimics建立第2個平面)模擬截骨第2刀，通過“Contour Visible”功能檢查第2刀截骨是否為原髖臼方向，記錄關鍵點1和2的具體部位，CP1、CP2的方向、角度及截骨塊厚度、長度等尺寸；根據CT測量結果于Solidworks 2011 SP0.0中建立直徑不同的2～3個半球形髖臼模型，STL格式保存后導入Mimics中，通過移動、旋轉等功能放入截骨后髖臼中，保留合適大小髖臼，與髖臼進行Boolean運算，得出最后髖臼植入模型。通過Measure angle測量功能，在臼杯“Contour Visible”下在橫斷位上測量髖臼杯連線a與矢狀線b之間夾角為前傾角(見圖1)，在冠狀位上測量髖臼杯連線c與坐骨結節連線平行線d之間夾角為外展角(見圖2)。

注：a-Mimics中“Contour Visible”下橫斷位臼杯前緣和后緣的連線；b-矢狀位線

注：c-冠狀位臼杯前緣和后緣的連線；d-坐骨結節連線平行線

1.3 手術方法 常規全身麻醉，側臥位，髖關節后外側入路，暴露股骨頸、大小轉子及股骨頸髖臼融合處，注意保護坐骨神經，充分松解髖臼及大、小轉子，找出術前確定股骨頸截骨關鍵點1和關鍵點2(近端為大轉子頂點，遠端一般為小轉子近端0.5～1.0 cm)，按照術前手術模擬角度進行截骨，先截股骨頸第1刀，再根據術前模擬骨塊厚度于近端截骨，360°松解髖臼，完全暴露髖臼周圍骨性結構再銼臼，特別是髖臼的前緣及后緣邊界；銼臼時采用“扶墻”法，從橫韌帶位置開始，臼銼邊緣沒入骨質后，逐級更換，接近術前模擬大小時開始采用逆向銼，最大號銼不超過最上緣，最后置入合適臼杯，股骨側假體置入同常規操作，C型臂透視確認假體位置無誤后逐層縫合。

1.4 術后處理 術后48 h內拔除引流管，常規使用抗生素24 h，術前靜滴1支注射用氨甲環酸，關閉切口后引流管內注入20 mL溶入1支氨甲環酸的生理鹽水，夾閉引流管2 h松開，術后低分子肝素鈉抗凝，麻醉清醒后開始行髖部外展肌等肌力訓練，術后48 h助行器輔助站立。

1.5 觀察項目 術后依據Pradhan法[10]測量髖臼前傾角、外展角，記錄手術時間、術中出血量及髖關節Harris評分。

2 結 果

患者均獲得隨訪，隨訪時間6～48個月，平均(21.1±12.9)個月。術后未發生假體脫位及感染，1例因術中牽拉致股神經不全損傷，出現大腿前側皮膚麻木，給予營養神經藥物治療，于術后3個月恢復。

術后臼杯外展角(39.8±3.3)°，前傾角(15.9±2.7)°，所有病例外展角及前傾角均位于Lewinnek安全范圍內。Harris評分術前為(19.7±2.9)分，術后3個月為(47.5±7.36)分，術后6個月提高至(86.1±5.5)分，術前Harris評分與術后3個月、6個月比較差異均有統計學意義(P<0.05)。

典型病例為一47歲男性患者，“右髖關節屈曲內收畸形，髖關節活動不能，既往強直性脊柱炎30年”入院，診斷：(1)融合髖(右)；(2)強直性脊柱炎。術前采用Mimics 10.01模擬手術截骨，術中通過模擬指導給予全髖關節置換術，術后患者活動情況良好。手術前后影像學資料見圖3～6。

圖3 術前骨盆正位X線片示右髖完全融合，呈屈曲內收畸形，屈曲內收角25°

圖4 術前右髖關節正斜位X線片示右髖關節完全融合，呈屈曲內收畸形

圖5 術后3個月骨盆正位X線片示髖臼假體前傾角15°，外展角43°，假體在位

圖6 術后3個月右髖關節正斜位X線片示假體位置良好

3 討 論

造成融合髖的原因主要有強直性脊柱炎和炎性關節病兩大類。強直性脊柱炎引起的融合髖常常伴有嚴重的屈曲畸形、骨質疏松，因骨量欠佳，術中銼臼時易導致髖臼骨折[11]；而感染造成的融合髖，既往感染或多次手術史造成了解剖結構發生變異，結構異常，髖關節周圍存在大量瘢痕組織，解剖標志不清晰，術中截骨、銼臼定位不準確[12-13]。融合髖還常常合并軟組織的攣縮、關節僵硬、骨盆傾斜、雙下肢不等長，行初次THA時，由于解剖標志不清楚、定位不準確造成臼杯安裝位置不良的風險較高。因此，采用傳統的銼臼定位方法，需要很高的手術技巧和臨床經驗，但由于這類病例相對較少，想通過大量病例來積累手術技巧相對比較困難，據文獻數據顯示，這些類型的病例每位術者平均每年的手術量極少超過20例[1-14]。

術前三維分析有助于術前充分了解髖臼的形態特征，評估骨質缺損程度，Zeng等[15]對伴有高位脫位的先天性髖關節脫位患者進行術前三維模擬手術，但由于操作技術高，廣泛推廣有一定難度。有學者[8]報告采用術中髖臼CAD設備提高臼杯植入精準度，但設備昂貴，術中操作相對繁瑣，推廣受到影響。Zhang等[16]采用定位導向導板輔助技術給先天性髖關節脫位患者進行術中髖臼磨銼定位，定位準確，術中操作方便，但由于導向模板的設計需要CAD軟件操作技巧及經驗，制作設計難度相對較高。鄔培慧等[17]設計了一種自主研發的計算機輔助設計軟件/快速成型/術中定位器系統模擬臼杯假體植入，采用自主開發的3D打印機-光固化面成形技術(digital light processing，DLP)將髖臼定位器爪尖與模型的外口邊緣匹配定位，指引髖臼磨銼方向，但由于定向桿操作占據一定的空間，術中操作并不簡單。

由于絕大部分融合髖大轉子或小轉子等骨性標志仍然完整，且髖關節無活動度，穩定性好，因此本研究采用大轉子及小轉子等骨性標志定位為關鍵點1、關鍵點2，術中采用“二次截骨”法[12]，對第1刀的角度及與大小轉子的距離進行術前模擬測量，再對第2刀截下骨塊的大小轉子側的厚度及截骨角度模擬測量，做到個性化、精確化定位，避免截骨失誤造成股骨側或者髖臼側骨折。同時由于模擬操作相對簡單，只需術前模擬截骨角度及截骨平面與大小轉子的距離等幾個簡單數據，術中使用簡單易行，推廣使用相對容易。

對于伴有屈曲攣縮的融合髖，在截骨后，還需對前側的關節囊等軟組織進行松解，可以通過截骨后，從后路對前方關節囊周圍松解，形成360°完全松解，良好的松解對術中骨性結構的判斷非常有利，可避免術中截骨誤傷重要神經血管。若屈曲程度太高，可聯合前外側切口松解前方髂腰肌、股直肌、髂脛束和關節囊等結構，必要時可切斷內收肌[18-20]。對于長期強直于屈曲位患者，由于局部軟組織攣縮失去既有彈性，神經血管順應性較差，當手術進行肢體延長以及肌肉和關節囊等軟組織松解后，關節恢復了正常力線對位，過度牽拉等容易導致神經血管損傷。神經損傷更為常見，主要為股神經受累，因此對于術中屈曲程度高的患者，術后給予適當重量的牽引，并配合適當髖關節力量訓練和理療，讓髖關節畸形逐步恢復很有必要[21]。本組病例只有1例患者股神經損傷后出現大腿前側皮膚麻木，經過藥物和理療逐步恢復。

綜上所述，采用數字化模擬輔助，可以提高融合髖髖臼假體植入的準確率，特別是對融合髖手術經驗相對較少的手術醫生，為其合理放置假體提供參考，大大減少因術后假體位置不良導致的髖關節脫位等并發癥。