CT數據髖部骨骼3D模型重建技術在髖關節置換術中的作用

【摘要】 目的：分析CT數據髖部骨骼3D模型重建技術在髖關節置換術中的作用。方法：選定萍鄉市人民醫院骨關節外科2020年1月-2022年1月住院的80例髖關節置換術患者，以隨機數字表法將其分為兩組，每組40例，二維組手術前后采用傳統二維影像評價，3D組手術前后采用基于CT數據髖部骨骼3D模型重建的三維影像評價，比較兩組手術前后影像學測量指標[股骨近端匹配度、股骨偏心距、前傾角、外展角]、手術指標、術后髖關節功能優良率、并發癥總發生率。結果：3D組術后6個月前傾角、外展角均低于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）；3D組術后股骨近端匹配度、股骨偏心距均高于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）。3D組各項手術指標均優于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）。術后3個月，3D組髖關節功能優良率（95.00%）高于二維組（80.00%），差異有統計學意義（Plt;0.05）。術后1個月，3D組并發癥總發生率（2.50%）低于二維組（20.00%），差異有統計學意義（Plt;0.05）。結論：髖關節置換術前后引入基于CT數據髖部骨骼3D模型重建技術，可有效改善髖關節功能，減少出血量、引流量，縮短手術及恢復時間，降低并發癥發生率，提高手術安全性。

【關鍵詞】 髖關節發育不良 CT 髖部骨骼3D模型 髖關節置換術

The Role of CT Data Hip Bone 3D Model Reconstruction in Hip Replacement/HU Huaping， PENG Binglong， WEN Yiying， AO Fei， JIA Zhihe， YANG Huiwen， HE Min. //Medical Innovation of China， 2023， 20（17）： -111

[Abstract] Objective： To analyze the role of of CT data hip bone 3D model reconstruction in hip replacement. Method： A total of 80 patients with hip arthroplasty admitted to the Department of Bone and Joint Surgery of Pingxiang People's Hospital from January 2020 to January 2022 were selected and divided into two groups with 40 patients in each group by random number table method. The 2D group was evaluated by traditional 2D image before and after surgery， and the 3D group was evaluated by 3D image reconstruction of hip bone based on CT data before and after surgery. Imaging measurements （proximal femur matching degree， femoral offset， anteversion angle， abduction angle） before and after surgery， surgical indicators， excellent and good rate of postoperative hip function， and total incidence of complications were compared between the two groups. Result： Six months after surgery， anteversion angle and abduction angle of the 3D group were lower than those of the 2D group， the differences were statistically significant （Plt;0.05）. The matching degree and femoral offset of proximal femur in the 3D group were higher than those in the 2D group， the differences were statistically significant （Plt;0.05）. All surgical indexes in the 3D group were better than those in the 2D group， the differences were statistically significant （Plt;0.05）. Three months after surgery， the excellent and good rate of hip joint function in 3D group （95.00%） was higher than that in 2D group （80.00%）， the difference was statistically significant （Plt;0.05）. One months after surgery， the total complication rate of the 3D group （2.50%） was lower than that of the 2D group （20.00%）， the difference was statistically significant （Plt;0.05）. Conclusion： The introduction of hip bone 3D model reconstruction technology based on CT data before and after hip replacement can effectively improve hip joint function， reduce blood loss and drainage volume， shorten operation and recovery time， reduce the incidence of complications， and improve surgical safety.

[Key words] Hip dysplasia CT Hip bone 3D model Hip replacement

First-author's address： Pingxiang People's Hospital， Jiangxi Province， Pingxiang 337000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.17.025

髖關節發育不良是指在出生之后髖關節存在缺陷，未及時給予有效治療，病情持續性惡化，最終引發軟骨退變、股骨頭脫位等，對患者身心健康造成了嚴重不良影響[1-2]。髖關節發育不良患者由于髖關節異常發育，相應解剖結構存在病變，累及股骨頭、髖臼、周邊肌肉組織、韌帶等，骨質出現不同程度硬化、缺損，髖臼與股骨頭不對稱，最終引發股骨近端畸形[3]。髖關節置換術是目前臨床治療髖關節發育不良的主要手段，但由于髖關節解剖結構復雜，術前準確評估患者病情，選擇最佳的假體重建髖臼對于改善髖關節功能具有重要意義。近年來，3D打印技術被引入臨床，將計算機三維設計作為操作基礎，利用細胞組織、塑料、粉末等可粘合材料構造相應模型，在醫療設計、工業制造等領域均具有重要價值[4-5]。基于此，為探究基于CT數據髖部骨骼3D模型重建在髖關節置換術前后影像評估中的作用，本文選定萍鄉市人民醫院骨關節外科2020年1月-2022年1月住院的80例髖關節置換術患者研究，具體如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取本院骨關節外科2020年1月-

2022年1月住院的80例髖關節置換術患者，（1）納入標準：①均經CT、MRI等檢查確診髖關節發育不良，均存在不同程度行走、下蹲困難、關節疼痛等癥狀。②年齡gt;18周歲，不限男、女。③ASA分級Ⅰ、Ⅱ級。④髖關節骨關節炎嚴重指數（ISOA）評分≥8分。⑤Crowe分型Ⅲ、Ⅳ型。⑥視聽、溝通能力正常，配合度良好。（2）排除標準：①對金屬過敏。②合并全身嚴重感染性疾病。③哺乳期、妊娠期女性。④合并狂躁癥、焦慮癥等精神障礙。⑤合并自身免疫、血液系統疾病。⑥患肢肌力lt;Ⅳ級。⑦合并骨結核等其他骨科疾病。⑧存在藥物、酒精濫用史、依賴史或吸毒史。⑨同期參與其他研究或中途由于病情變化從本研究退出。以隨機數字表法將患者分為二維組和3D組，每組40例，本研究經本院醫學倫理委員會審批。患者及家屬均知情本研究目的，并自愿參與。

1.2 方法 3D組：術前采用由廣州華騰電子有限責任公司生產的利浦64層Brilliance CT檢查，層厚是0.8 mm，120 kV電壓，512×512矩陣，從骨盆上緣掃描直至小轉子以下10 cm。通過3D掃描儀獲得型號不同的股骨柄、髖臼杯，在Geomagic Studio 2012軟件的輔助下制作尺寸、形態等均與術中假體模型一致的3D假體模型。二維組：手術前后采用傳統二維影像檢查，即常規CT掃描。髖關節置換術具體操作如下：指導患者采取健側臥位，在髖關節后外側做一手術切口，松解周圍軟組織，暴露出髖臼、股骨截骨等，在股骨小轉子1.5 cm以上截骨股骨頸。3D組：暴露出髖臼結構后，根據術前3D檢查結果，磨銼髖臼、真臼部位，采用刮匙進行多次探查，測量窩骨皮質厚度，安放假體。

1.3 觀察指標及評價標準 （1）影像學測量指標（股骨近端匹配度、股骨偏心距、前傾角、外展角）：以上指標最終記錄值均是CT掃描連續測量3次的均值，測量時間是術前、術后6個月。（2）手術指標：包括術中出血量、術后引流量、手術時間、住院時間。（3）術后髖關節功能優良率：術后3個月以Harris評分對髖關節功能做出評價，總分為100分，90～100分為優，80～89分為良，70～79分為中，lt;70分為差，優良率=（優+良）例數/總例數×100%[6]。（4）并發癥總發生率：統計患者術后1個月內深靜脈血栓、截骨延遲愈合、傷口感染、髖關節脫位發生率。

1.4 統計學處理 數據處理選擇SPSS 26.0軟件，計數資料以率（%）表示，采用字2檢驗；計量資料以（x±s）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗。Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 3D組男22例，女18例；年齡35～54歲，平均（44.85±5.04）歲；Crowe分型：Ⅲ型23例，Ⅳ型17例；美國麻醉醫師協會分級（ASA）：Ⅰ級5例，Ⅱ級35例；體重指數（BMI）20～27 kg/m2，平均（23.21±1.38）kg/m2。二維組男24例，女16例；年齡39～50歲，平均（44.52±5.12）歲；Crowe分型：Ⅲ型21例，Ⅳ型19例；ASA分級：Ⅰ級6例，Ⅱ級34例；BMI 20～28 kg/m2，平均（23.21±1.22）kg/m2。兩組一般資料差異均無統計學意義（Pgt;0.05），具有可比性。

2.2 兩組手術前后影像學測量指標比較 術前3D組股骨近端匹配度、股骨偏心距、前傾角、外展角與二維組比較，差異均無統計學意義（Pgt;0.05）；3D組術后6個月前傾角、外展角均低于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）；3D組術后6個月股骨近端匹配度、股骨偏心距均高于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）。見表1。

2.3 兩組手術指標比較 3D組各項手術指標均優于二維組，差異均有統計學意義（Plt;0.05），見表2。

2.4 兩組髖關節功能優良率比較 術后3個月，3D組髖關節功能優良率（95.00%）高于二維組（80.00%），差異有統計學意義（字2=4.114，P=0.043），見表3。

2.5 兩組并發癥總發生率比較 術后1個月，3D組并發癥總發生率（2.50%）低于二維組（20.00%），差異有統計學意義（字2=4.507，P=0.034），見表4。

3 討論

髖關節發育不良在嬰幼兒時期容易被忽視，甚至具有不可逆性，隨著病情的進展，患者會出現持續性跛行等癥狀，部分患者還伴有骨關節炎，存在明顯疼痛感，對其正常生活、工作等均造成了嚴重不良影響[7-8]。髖關節發育不良的病理學機制是異常的髖關節接觸應力，改變了生物力學及髖關節正常結構，導致髖關節變淺，后壁變厚，前壁變薄，上緣出現斜坡狀變化，同時伴有骨硬化改變、髖臼壁骨缺損[9-10]。髖關節置換術是目前臨床治療髖關節發育不良等復雜髖關節疾病最具成本-效益、最有效的方法之一，可有效改善髖關節功能，減輕疼痛感，提高自理能力[11-12]。由于髖關節發育不良的解剖變異性較大，在實施髖關節置換術時，需要重建髖臼，處理股骨近端骨髓腔及周圍軟組織。如何確定最佳的髖臼打磨深度、范圍及植入假體大小，提高手術治療效率是目前臨床高度關注的內容。

3D模型重建技術是CT與計算機相結合的產物，近年來在醫學領域中發揮了重要作用，術前通過重建3D解剖模型，可將髖關節的解剖形態還原，提供一系列參數，指導醫生展開精準治療，減少操作誤差，提高手術治療效果[13-14]。本研究顯示：3D組各項影像學參數指標、髖關節功能均優于二維組（Plt;0.05）。說明基于CT數據髖部骨骼3D模型重建技術在改善髖關節功能、影像學指標方面效果顯著。分析如下：目前，骨科醫生多通過測量股骨偏心距對髖關節功能、患者病情、預后等做出評價。股骨偏心距變小會引發跛行、單足站立困難等問題，股骨偏心距變大會引起坐骨神經痛、臀肌痙攣、步態異常變化等問題，股骨偏心距微上調有助于提高關節穩定性，改善關節活動度[15-16]。術前根據CT測量結果建立3D解剖模型，預設假體植入的平臺，有助于醫生更加準確地分析患者病情，制訂手術方案，詳細地制訂每一步手術操作，更加精準地把控臼杯穩定性、髖臼角度等，假體植入的角度更加符合髖關節解剖形態，一定程度上提高了手術方案的針對性，有助于改善髖關節功能[17]。

本研究顯示：3D組各項手術指標均優于二維組（Plt;0.05）。說明基于CT數據髖部骨骼3D模型重建技術可有效縮短髖關節置換術手術及術后恢復時間，減少出血量、引流量。分析如下：建立3D模型可幫助醫生提前掌握不同患者股骨近端髖臼等解剖結構的差異性，確定假體的型號、截骨高度等，確保制作假體更符合患者病情需求，減少不必要的操作，縮短治療時間[18-19]。另外，重建3D模型完美地呈現了骨骼形態，在3D模型的指導下，可降低醫生尋找真臼的難度，準確判斷髖臼四壁骨質情況，避免損傷周邊正常組織，極大地降低了手術創傷性，有助于縮短手術時間[20-21]。本研究顯示：3D組并發癥總發生率（2.50%）低于二維組（20.00%）。說明基于CT數據髖部骨骼3D模型重建技術可有效減少手術并發癥，提高治療安全性。分析如下：重建髖部骨骼3D模型對患者實際骨解剖結構的觸覺、視覺模型進行數字化模擬，可準確評估髖部骨質情況，設計個性化假體，有助于擴大宿主骨與假體的接觸面積，提高生物學固定的穩定性，減少髖關節脫位等并發癥。

綜上所述，基于CT數據髖部骨骼3D模型重建技術可有效改善髖關節發育不良患者髖關節功能，縮短治療時間，促進機體康復，降低并發癥發生率，具有一定的安全性，值得參考、推廣、借鑒。

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（收稿日期：2023-04-18） （本文編輯：何玉勤）