M3D數(shù)字化軟件在成人髖發(fā)育不良髖臼重建中的作用

許燕飛，董 瑋，郭 英，常 敏，楊景帆，王 濤，艾元亮，張 俊，孫皓民，李玉恒

（昆明市中醫(yī)醫(yī)院 骨科，云南 昆明 650011）

成人先天性髖臼發(fā)育不良（developmental dysplasia of the hip,DDH） 指由于胚胎時期髖臼軟骨發(fā)育障礙，導(dǎo)致髖臼壁對股骨頭的骨性包容減少、股骨頭缺乏有效的應(yīng)力刺激，繼而出現(xiàn)股骨頭發(fā)育不全、脫位或半脫位，同時股骨頭受到長期邊緣應(yīng)力集中而出現(xiàn)局部關(guān)節(jié)軟骨變性、壞死，造成繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)病而引起關(guān)節(jié)功能障礙的一種疾病[1]。病情發(fā)展到晚期髖關(guān)節(jié)疼痛逐漸加重，同時出現(xiàn)肢體短縮、跛行等嚴重功能障礙，目前全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是針對成人先天性髖發(fā)育不良公認的首選治療方案。由于成人髖發(fā)育不良患者髖臼-股骨特異的解剖學(xué)特點，如何在術(shù)中進行精確地髖臼重建是一個亟待解決的問題，故在術(shù)前根據(jù)患者特異的骨性結(jié)構(gòu)特點，對真臼位置、臼杯大小、臼杯安放角度、骨性覆蓋及臼杯穩(wěn)定性進行綜合考慮，制定個體化的手術(shù)方案顯得尤為重要。以往通過二維影像學(xué)資料對骨性結(jié)構(gòu)特點的分析存在一定的局限性，使得基于其所進行的術(shù)前計劃存在偏差，3D-CT技術(shù)使得影像的呈現(xiàn)更為準確、直觀。在此技術(shù)上所進行的術(shù)前計劃為個性化、精確化的髖臼重建提供了一個新的手段。

資料與方法

一、臨床資料 選取我院2011年3月～2014年3月明確診斷為成人髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良需進行全髖置換患者42例。A組（21例21髖）：男4例，女17例；年齡32～75歲，平均56.45歲。根據(jù)Crowe分型：Ⅰ型3例（3髖）、Ⅱ型8例（8髖）、Ⅲ型7例（7髖）、Ⅳ型3例（3髖）。體重指數(shù)（body massindex，BM）I 為16.43～25.66，平 均19.64。術(shù)前Harris評分為（51.36±11.25） 分。B組（21例21髖）：男3例，女18例；年齡33～79歲，平均57.65歲。根據(jù)Crowe分型：Ⅰ型4例（4髖）、Ⅱ型6例（6髖）、Ⅲ型9例（9髖）、Ⅳ型2例（2髖）。體重指數(shù)（body massindex，BMI）為17.64～24.33，平均18.76。術(shù)前Harris評分為（52.25±10.35） 分。2組患者年齡、性別、BMI、DDH分型及術(shù)前Harris評分比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

選擇標準：同時滿足下列條件者可納入本研究，①明確診斷為成人DDH的患者；②嚴格按髖關(guān)節(jié)置換適應(yīng)證入選：患側(cè)髖部、下腰部疼痛進行性加重，伴有明顯關(guān)節(jié)功能障礙、跛行步態(tài)，輔助檢查提示股骨頭壞死合并脫位或半脫位，嚴重影響患者的日常生活及工作；③患者對所采取的治療方案及相關(guān)并發(fā)癥均知情同意；④年齡在20歲以上，能夠耐受手術(shù)，且2011年3月-2014年3月于我院成功實施初次人工THA；⑤手術(shù)均由我科關(guān)節(jié)外科同一組醫(yī)師完成，且均采用髖關(guān)節(jié)后外側(cè)手術(shù)入路。

二、M3D軟件術(shù)前計劃 ①三維結(jié)構(gòu)重建：將原始二維CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入M3D數(shù)字化軟件軟件（上海鋒算計算機技術(shù)有限公司），對骨盆及股骨結(jié)構(gòu)進行三維重建；②真臼定位：提取髖臼三維結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，觀察髖臼發(fā)育情況，明確真臼窩是否有骨贅形成，準確定位真臼，在此基礎(chǔ)上進行髖臼重建，根據(jù)Ranawat三角標準，盡量將髖臼假體安放于真臼位置內(nèi)；③臼杯大小的選擇：在實體模式下觀察髖臼前后壁形態(tài)結(jié)構(gòu)，在軟件髖關(guān)節(jié)假體數(shù)據(jù)庫中初步選擇臼杯假體，模擬假體植入，對三維重建圖像在冠狀面及矢狀面上進行剖面操作，分別觀察髖臼前后壁對臼杯的骨性包容及髖臼內(nèi)壁的厚度，確定無髖臼前后壁戳穿、髖臼內(nèi)壁有3～4mm的骨性厚度，擬定臼杯大小型號；④臼杯安放角度的選擇：模擬臼杯假體植入，擬定最佳的臼杯前傾角、傾斜角度；⑤骨缺損面積的測量：根據(jù)髖臼三維形態(tài)特征放置臼杯假體，如果臼杯骨性缺損面積＞30%，應(yīng)做好截骨植骨準備。

三、手術(shù)方法 取90°健側(cè)臥位，髖關(guān)節(jié)后外側(cè)切口，徹底松解患髖周圍軟組織，必要時對臀大肌粗隆線止點部分松解，顯露出髖臼及股骨截骨部位，于股骨小粗隆上方約1.5cm處進行股骨頸截骨，取出股骨頭。顯露髖臼骨性結(jié)構(gòu)并明確髖臼發(fā)育不良類型和骨缺損程度，與術(shù)前三維重建圖像進行對比。根據(jù)術(shù)前計劃確定真臼位置后先用髖臼銼自前上、內(nèi)下方磨銼，期間用刮匙反復(fù)探查真臼窩骨皮質(zhì)厚度，根據(jù)術(shù)前計算機輔助設(shè)計規(guī)劃所擬定的重建方案處理髖臼側(cè)，根據(jù)術(shù)前擬定的臼杯型號安放假體，如果髖臼骨性缺損面積＞30%，采用患側(cè)截下的股骨頭進行結(jié)構(gòu)植骨，按術(shù)前計劃擬定的臼杯假體型號大小及臼杯前傾角、傾斜角控制磨銼大小及方向，評估髖臼各壁對臼杯的覆蓋情況及穩(wěn)定性，最后置放真臼杯假體，股骨髓腔擴髓后，安裝術(shù)前擬定的股骨假體柄。對于股骨頭脫位＞4cm、復(fù)位困難、術(shù)后可能出現(xiàn)坐骨神經(jīng)癥狀者，進行股骨粗隆下旋轉(zhuǎn)截骨，檢查髖關(guān)節(jié)活動度及穩(wěn)定性。

四、療效評價 評價指標：⑴術(shù)后采用Harris評分標準對髖關(guān)節(jié)功能進行評測，總分為100分，優(yōu)：＞90分、良：80～90分、中：70～79分、差：＜70分；⑵X線評定：術(shù)后拍攝骨盆標準前后位X線片，分別測量髖臼旋轉(zhuǎn)中心至淚滴連線的水平距離、垂直距離，通過上述指標評估旋轉(zhuǎn)中心恢復(fù)情況，其中髖臼旋轉(zhuǎn)中心上移（垂直距離小于15mm水平距離） 髖臼內(nèi)壁穿透小于25%為標準D軟件測量臼杯影像學(xué)前傾角、外傾角，前傾角安全范圍為（15±10）°，外傾角為（40±10）°通過M3D軟件測量臼杯骨性覆蓋面積，髖臼假體骨性包容<70%確定為假體過大，假體邊緣明顯不及髖臼緣確定為假體過小。同時評估兩組患者術(shù)前擬定和實際放置臼杯假體大小吻合率，最后根據(jù)髖臼水平距離、髖臼垂直距離、臼杯大小符合情況、臼杯前傾角、傾斜角度評價髖臼重建的合格率。采用SPSS14.0統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料以均數(shù)±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內(nèi)手術(shù)前后比較采用配對t檢驗；計數(shù)資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗，檢驗水準α=0.05。

結(jié) 果

要求患者術(shù)后第3、6個月、1年，以后每年返院復(fù)查，本組42例患者均獲得3～36個月術(shù)后隨訪，平均隨訪12.8月，隨訪率為88.5%，隨訪形式為來院復(fù)診及電話隨訪，隨訪記錄時間從術(shù)后第3個月開始。

一、療效評定 42例患者均獲得3～36個月術(shù)后隨訪，平均隨訪12.8月。A、B組手術(shù)時間分別為（121.31±36.24）、 （132.22±44.23） min，術(shù)中出血量分別為（342.20±133.26）、 （322.93±145.66） ml，兩組比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。A組術(shù)后Harris評分為（89.32±4.27）分，B組為（92.63±4.33） 分，均較術(shù)前顯著提高（P<0.05）；但兩組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

二、影像學(xué)評價 ①旋轉(zhuǎn)中心恢復(fù)情況：本研究中A組2例患者髖臼水平距離，1例髖臼垂直距離超出安全范圍，B組中只有1例患者髖臼垂直距離不符合要求。②臼杯假體大?。篈組假體中有2例假體過大、2例假體過小，B組假體中有2例假體過小，同時B組髖臼假體術(shù)前擬定臼杯大小與實際放置符合率為86.45%，誤差為1個型號時，符合率提高至89.35%，明顯高于A組的46.3%。③臼杯安放角度：A組中有2例影像前傾角、2例影像外展角超出安全范圍，B組中有2例影像外展角超出安全范圍。結(jié)果顯示：B組髖臼假體放置合格率為76.19%（16/21），明顯高于A組的47.61%（10/21），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

討 論

成人髖發(fā)育不良患者進行全髖置換時，髖臼側(cè)重建不佳可能導(dǎo)致假體穩(wěn)定性降低、術(shù)后假體磨損、松動及脫位率增高，最終影響假體的使用壽命。如何處理好髖臼側(cè)是手術(shù)成功的關(guān)鍵點。但成人DDH髖臼-股骨發(fā)育異常，進行髖臼重建時往往面臨以下難點：①旋轉(zhuǎn)中心的恢復(fù)：旋轉(zhuǎn)中心上移超過15mm，外展功效降低，外展肌平衡骨盆的能力下降，關(guān)節(jié)面應(yīng)力增加，股骨假體及其與骨交界面的軸向力矩和內(nèi)翻應(yīng)力增大，股骨假體與骨盆靠近，髖關(guān)節(jié)活動范圍受限[2]。②臼杯假體大小的選擇：選擇大臼杯可匹配大直徑股骨頭假體通過增加股骨頭頸比，減少假體撞擊，增加髖關(guān)節(jié)無撞擊的活動范圍，增加脫出距離（jump distance），有效降低脫位率，但使用大號臼杯往往需要進行結(jié)構(gòu)植骨，遠期可能出現(xiàn)植骨塊吸收、假體松動；選用小號臼杯，可避免結(jié)構(gòu)植骨、初期置換保留較多骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，為二期翻修提供更多的骨貯備，宿主骨對臼杯有更好地壓配、骨性包容更佳，臼杯初始穩(wěn)定性更強。但小臼杯只能匹配小直徑股骨頭假體、臼杯襯墊過薄、抗磨損率下降，假體遠期松動率增高。③臼杯角度的安放：按原始髖臼位置放置臼杯可能造成聯(lián)合前傾角過大，增加假體松動及脫位的發(fā)生率可能造成臼杯前方骨性覆蓋不夠，影響假體的初始穩(wěn)定性。④結(jié)構(gòu)植骨：對臼杯骨性覆蓋不足者進行結(jié)構(gòu)植骨可獲得理想的骨性包容，但植由于植骨對假體的初始穩(wěn)定作用有限，因此必須在假體已具備自身初始穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才進行植骨，對臼杯骨性覆蓋不足者進行結(jié)構(gòu)植骨可獲得理想的骨性包容，但植骨量大于骨性覆蓋的30%遠期可能出現(xiàn)骨吸收和骨不愈合風(fēng)險，最終導(dǎo)致假體翻修[3]，以上均為髖臼重建的重要因素，如何在術(shù)中兼顧和平衡好上述各項參數(shù)，處理好臼杯大小與穩(wěn)定性、磨損率及活動度，臼杯角度與頭臼匹配、骨性包容之間的關(guān)系，術(shù)前根據(jù)患者特異的髖臼骨性結(jié)構(gòu)特點制定一個精確、個體化的術(shù)前計劃傳統(tǒng)的術(shù)前設(shè)計是換算X線片的放大率后利用廠家所提供的髖臼杯及股骨柄膠片模板和患者骨盆前后位X線片作對比進行術(shù)前規(guī)劃。

隨著三維CT成像技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域并獲得較快發(fā)展，3D-CT技術(shù)也被應(yīng)用到全髖關(guān)節(jié)置換前計劃中[4]。我們?nèi)绾卫肕3D軟件進行術(shù)前計劃，指導(dǎo)術(shù)中準確的進行髖臼重建，具體分析如下：①真臼定位：利用M3D軟件在三維解剖模型上對髖臼相關(guān)特征參數(shù)進行精確提取，根據(jù)三維CT數(shù)據(jù)準確的描述髖關(guān)節(jié)解剖的內(nèi)部特征，觀察真臼的形態(tài)特征，為術(shù)中準確實現(xiàn)真臼重建、恢復(fù)理想的髖臼旋轉(zhuǎn)中心提供參考標準，本研究中A組2例患者髖臼水平距離，1例髖臼垂直距離超出安全范圍，B組中只有1例患者髖臼垂直距離不符合要求。②臼杯大小的選擇：將虛擬臼杯假體模擬植入進行手術(shù)預(yù)演，通過軟件剖面切割功能在不同軸面上測量髖臼前柱、后柱和內(nèi)壁骨量等指標，在三維空間內(nèi)選擇最匹配的臼杯假體，通過分析模塊計算出假體匹配的水平。A組假體中有2例假體過大、2例假體過小，B組假體中有2例假體過小，同時B組髖臼假體術(shù)前擬定臼杯大小與實際放置符合率為86.45%，誤差為1個型號時，符合率提高至89.35%，明顯高于A組的46.3%，再次說明了利用M3D所進行的術(shù)前計劃臼杯大小選擇優(yōu)化率高于傳統(tǒng)術(shù)前設(shè)計。③臼杯安放角度的選擇：虛擬臼杯假體模擬植入進行手術(shù)預(yù)演，調(diào)整臼杯不同的前傾、外展角度，使臼杯假體既能獲得最佳的骨性覆蓋、滿足臼杯的穩(wěn)定性，又能使股骨頭假體與臼杯的匹配度最大化[5]，減少術(shù)

后假體脫位及降低假體的磨損率，擬定最佳的臼杯前傾、外展角度。A組中有2例影像前傾角、2例影像外展角超出安全范圍，B組中有2例影像外展角超出安全范圍。④結(jié)構(gòu)植骨的選擇：根據(jù)髖臼三維形態(tài)特征放置臼杯假體，通過M3D軟件容積測算方法計算出臼杯缺損面積，如果臼杯骨性缺損面積＞30%[6]，我們進行了結(jié)構(gòu)植骨。A組3例患者由于術(shù)前X線片無法立體、直觀顯示髖臼缺損類型及大小，術(shù)中對臼杯骨缺損面積把握不足，造成臼杯骨性包容不佳，初始穩(wěn)定性降低，B組5例患者術(shù)前通過軟件對骨缺損面積進行測量預(yù)知是否進行結(jié)構(gòu)植骨及植骨塊大小、位置。綜合以上參數(shù)，研究結(jié)果顯示B組髖臼假體放置合格率為76.19%（16/21），明顯高于A組的47.61%（10/21）。

表1 A、B組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后Harris評分表

表2 髖臼重建評價指標合格例數(shù)

圖①：術(shù)前X線片a，對骨盆及股骨結(jié)構(gòu)進行三維重建b，觀察真臼發(fā)育情況，準確定位真臼c；圖②：進行剖面操作，分別觀察髖臼前后壁對臼杯的骨性包容a、b及髖臼內(nèi)壁的厚度c，確定無髖臼前后壁戳穿、髖臼內(nèi)壁有3-4mm的骨性厚度；圖③：調(diào)整臼杯前傾角度，將臼杯按原始位置放置前傾角為25°a，前脫位風(fēng)險高，按前傾5°放置，臼杯前方骨性包容差b，按10°放置，臼杯包容可，前傾角在安全范圍內(nèi)c；圖④：測量術(shù)后髖臼杯影像學(xué)前傾角；圖⑤：通過正中矢狀面、冠狀面截骨評估髖臼前后壁及負重頂對臼杯的覆蓋情況a、b；圖⑥：計算髖臼后上方骨缺損面積；圖⑦：術(shù)后X線片，髖臼杯旋轉(zhuǎn)中心至淚滴連線垂直距離b、水平距離a。

結(jié) 論

利用M3D數(shù)字化軟件對成人髖發(fā)育不良髖臼重建進行術(shù)前規(guī)劃可進步提高髖臼重建的合格率，對臨床具有較高的指導(dǎo)價值，按擬定的方案進行髖臼重建臼杯假體可獲得最好的骨性包容、最大的初始穩(wěn)定性、最佳的頭臼匹配度，降低術(shù)后假體脫位率，提高假體的生存率。

［1］AKSOY C,YILGOR C,DEMIRKIRAN G,et al.Evaluation of acetabular development after Dega acetabuloplasty in developmental dysplasia of the hip[J]．J Pediatr Orthop B.2013,22(2):91-95.

［2］BRACKENJ,TRANT,DITCHFIELDM.Developmental dysplasia of the hip:controversies and current concepts[J]．J Paediatr Child Health,2012,48(11):963-972,972-973.

［3］BOZEK M,BIELECKIT,NOWAK R,et al.Arthroplasty in patients with congenital hip dysplasia-early evaluation of a treatment method[J]．Ortop Traumatol Rehabil,2013,15(1):49-59.

［4］LIH,WANGL,DAIK,et al.Autogenous impaction grafting in total hip arthroplasty with developmental dysplasia of the hip[J]．JArthroplasty,2013,28(4):637-643.

［5］ANTONIADESJ,PELLEGRINIVDJR.Cross-sectional anatomy of the ilium:implications for acetabular component placement in total hip arthroplasty[J]．Clin Orthop Relat Res,2012,470(12):3537-3541.

［6］MURAYAMA T,OHNISHIH,OKABES,et al.15-year comparison of cementlesstotal hip arthroplasty with anatomical or high cup placementfor Crowe I to III hip dysplasia[J]．Orthopedics,2012,35(3):e313-318.