數(shù)字模擬輔助人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)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(dá)，楊俊，付美清，史柏娜，周江軍*，趙敏

(1.聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇八醫(yī)院骨科，江西 鷹潭 335000；2.西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院骨科，四川 成都 610083)

融合髖病因較多，包括創(chuàng)傷、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、化膿性關(guān)節(jié)炎等，其融合的方式分為手術(shù)融合及自發(fā)融合兩種[1-3]。這類患者由于病史長(zhǎng)，關(guān)節(jié)功能差，外展肌常常萎縮甚至缺失[4]，且由于長(zhǎng)期反復(fù)的炎癥刺激，骨性正常解剖標(biāo)志難以辨認(rèn)，這給術(shù)者術(shù)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(guān)節(jié)置換(total hip arthroplasty，THA)術(shù)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(yīng)該是外展角(40±10) °、前傾角(15±10) °，在該范圍內(nèi)人工髖關(guān)節(jié)脫位率明顯下降。

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在骨科器械設(shè)計(jì)、材料及手術(shù)模擬等方面技術(shù)應(yīng)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(jìn)行個(gè)體化術(shù)前設(shè)計(jì)，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(zhǔn)確率及手術(shù)效率，聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇八醫(yī)院骨科于2016年1月至2020年5月收治融合髖11例，應(yīng)用Mimics 10.01軟件術(shù)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(xiàn)報(bào)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(qiáng)直性脊柱炎4例，化膿性關(guān)節(jié)炎3例，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎3例，創(chuàng)傷1例；各種原因?qū)е麦y關(guān)節(jié)病變距行THA時(shí)間為9～30年，平均(16.5±7.5)年。屈曲強(qiáng)直8髖，屈曲角度為13 °～31 °，平均(21.8±6.5) °；屈曲內(nèi)收短縮強(qiáng)直3髖，屈曲角度為16 °～25 °，平均(20.3±4.5) °?；颊咝g(shù)前均行X線、三維CT檢查，明確髖關(guān)節(jié)融合情況、髖臼骨量及質(zhì)量等情況，對(duì)既往感染融合的病例復(fù)查磁共振排除感染。

1.2 重建術(shù)前CT，模擬手術(shù)

1.2.1 影像學(xué)資料收集 硬件設(shè)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(duì)患者進(jìn)行骨盆(含髖關(guān)節(jié))掃描，掃描參數(shù)：層厚0.625 mm，120 kV，240 mA。

1.2.2 術(shù)前三維CT重建 將術(shù)前CT圖像數(shù)據(jù)以Dicom格式保存并導(dǎo)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(zhuǎn)子頂點(diǎn)(關(guān)鍵點(diǎn)1)向小轉(zhuǎn)子近0.5～1.0 cm處(關(guān)鍵點(diǎn)2，具體數(shù)值根據(jù)對(duì)側(cè)股骨頸長(zhǎng)度個(gè)性化處理)垂直于股骨頸方向建立CP1(Mimics建立第1個(gè)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(gè)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(guān)鍵點(diǎn)1和2的具體部位，CP1、CP2的方向、角度及截骨塊厚度、長(zhǎng)度等尺寸；根據(jù)CT測(cè)量結(jié)果于Solidworks 2011 SP0.0中建立直徑不同的2～3個(gè)半球形髖臼模型，STL格式保存后導(dǎo)入Mimics中，通過移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等功能放入截骨后髖臼中，保留合適大小髖臼，與髖臼進(jìn)行Boolean運(yùn)算，得出最后髖臼植入模型。通過Measure angle測(cè)量功能，在臼杯“Contour Visible”下在橫斷位上測(cè)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(cè)量髖臼杯連線c與坐骨結(jié)節(jié)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(jié)節(jié)連線平行線

1.3 手術(shù)方法 常規(guī)全身麻醉，側(cè)臥位，髖關(guān)節(jié)后外側(cè)入路，暴露股骨頸、大小轉(zhuǎn)子及股骨頸髖臼融合處，注意保護(hù)坐骨神經(jīng)，充分松解髖臼及大、小轉(zhuǎn)子，找出術(shù)前確定股骨頸截骨關(guān)鍵點(diǎn)1和關(guān)鍵點(diǎn)2(近端為大轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)，遠(yuǎn)端一般為小轉(zhuǎn)子近端0.5～1.0 cm)，按照術(shù)前手術(shù)模擬角度進(jìn)行截骨，先截股骨頸第1刀，再根據(jù)術(shù)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(jié)構(gòu)再銼臼，特別是髖臼的前緣及后緣邊界；銼臼時(shí)采用“扶墻”法，從橫韌帶位置開始，臼銼邊緣沒入骨質(zhì)后，逐級(jí)更換，接近術(shù)前模擬大小時(shí)開始采用逆向銼，最大號(hào)銼不超過最上緣，最后置入合適臼杯，股骨側(cè)假體置入同常規(guī)操作，C型臂透視確認(rèn)假體位置無誤后逐層縫合。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后48 h內(nèi)拔除引流管，常規(guī)使用抗生素24 h，術(shù)前靜滴1支注射用氨甲環(huán)酸，關(guān)閉切口后引流管內(nèi)注入20 mL溶入1支氨甲環(huán)酸的生理鹽水，夾閉引流管2 h松開，術(shù)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(xùn)練，術(shù)后48 h助行器輔助站立。

1.5 觀察項(xiàng)目 術(shù)后依據(jù)Pradhan法[10]測(cè)量髖臼前傾角、外展角，記錄手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及髖關(guān)節(jié)Harris評(píng)分。

2 結(jié) 果

患者均獲得隨訪，隨訪時(shí)間6～48個(gè)月，平均(21.1±12.9)個(gè)月。術(shù)后未發(fā)生假體脫位及感染，1例因術(shù)中牽拉致股神經(jīng)不全損傷，出現(xiàn)大腿前側(cè)皮膚麻木，給予營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)藥物治療，于術(shù)后3個(gè)月恢復(fù)。

術(shù)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(nèi)。Harris評(píng)分術(shù)前為(19.7±2.9)分，術(shù)后3個(gè)月為(47.5±7.36)分，術(shù)后6個(gè)月提高至(86.1±5.5)分，術(shù)前Harris評(píng)分與術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

典型病例為一47歲男性患者，“右髖關(guān)節(jié)屈曲內(nèi)收畸形，髖關(guān)節(jié)活動(dòng)不能，既往強(qiáng)直性脊柱炎30年”入院，診斷：(1)融合髖(右)；(2)強(qiáng)直性脊柱炎。術(shù)前采用Mimics 10.01模擬手術(shù)截骨，術(shù)中通過模擬指導(dǎo)給予全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，術(shù)后患者活動(dòng)情況良好。手術(shù)前后影像學(xué)資料見圖3～6。

圖3 術(shù)前骨盆正位X線片示右髖完全融合，呈屈曲內(nèi)收畸形，屈曲內(nèi)收角25°

圖4 術(shù)前右髖關(guān)節(jié)正斜位X線片示右髖關(guān)節(jié)完全融合，呈屈曲內(nèi)收畸形

圖5 術(shù)后3個(gè)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(shù)后3個(gè)月右髖關(guān)節(jié)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(qiáng)直性脊柱炎和炎性關(guān)節(jié)病兩大類。強(qiáng)直性脊柱炎引起的融合髖常常伴有嚴(yán)重的屈曲畸形、骨質(zhì)疏松，因骨量欠佳，術(shù)中銼臼時(shí)易導(dǎo)致髖臼骨折[11]；而感染造成的融合髖，既往感染或多次手術(shù)史造成了解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，結(jié)構(gòu)異常，髖關(guān)節(jié)周圍存在大量瘢痕組織，解剖標(biāo)志不清晰，術(shù)中截骨、銼臼定位不準(zhǔn)確[12-13]。融合髖還常常合并軟組織的攣縮、關(guān)節(jié)僵硬、骨盆傾斜、雙下肢不等長(zhǎng)，行初次THA時(shí)，由于解剖標(biāo)志不清楚、定位不準(zhǔn)確造成臼杯安裝位置不良的風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，采用傳統(tǒng)的銼臼定位方法，需要很高的手術(shù)技巧和臨床經(jīng)驗(yàn)，但由于這類病例相對(duì)較少，想通過大量病例來積累手術(shù)技巧相對(duì)比較困難，據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，這些類型的病例每位術(shù)者平均每年的手術(shù)量極少超過20例[1-14]。

術(shù)前三維分析有助于術(shù)前充分了解髖臼的形態(tài)特征，評(píng)估骨質(zhì)缺損程度，Zeng等[15]對(duì)伴有高位脫位的先天性髖關(guān)節(jié)脫位患者進(jìn)行術(shù)前三維模擬手術(shù)，但由于操作技術(shù)高，廣泛推廣有一定難度。有學(xué)者[8]報(bào)告采用術(shù)中髖臼CAD設(shè)備提高臼杯植入精準(zhǔn)度，但設(shè)備昂貴，術(shù)中操作相對(duì)繁瑣，推廣受到影響。Zhang等[16]采用定位導(dǎo)向?qū)О遢o助技術(shù)給先天性髖關(guān)節(jié)脫位患者進(jìn)行術(shù)中髖臼磨銼定位，定位準(zhǔn)確，術(shù)中操作方便，但由于導(dǎo)向模板的設(shè)計(jì)需要CAD軟件操作技巧及經(jīng)驗(yàn)，制作設(shè)計(jì)難度相對(duì)較高。鄔培慧等[17]設(shè)計(jì)了一種自主研發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件/快速成型/術(shù)中定位器系統(tǒng)模擬臼杯假體植入，采用自主開發(fā)的3D打印機(jī)-光固化面成形技術(shù)(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(jù)一定的空間，術(shù)中操作并不簡(jiǎn)單。

由于絕大部分融合髖大轉(zhuǎn)子或小轉(zhuǎn)子等骨性標(biāo)志仍然完整，且髖關(guān)節(jié)無活動(dòng)度，穩(wěn)定性好，因此本研究采用大轉(zhuǎn)子及小轉(zhuǎn)子等骨性標(biāo)志定位為關(guān)鍵點(diǎn)1、關(guān)鍵點(diǎn)2，術(shù)中采用“二次截骨”法[12]，對(duì)第1刀的角度及與大小轉(zhuǎn)子的距離進(jìn)行術(shù)前模擬測(cè)量，再對(duì)第2刀截下骨塊的大小轉(zhuǎn)子側(cè)的厚度及截骨角度模擬測(cè)量，做到個(gè)性化、精確化定位，避免截骨失誤造成股骨側(cè)或者髖臼側(cè)骨折。同時(shí)由于模擬操作相對(duì)簡(jiǎn)單，只需術(shù)前模擬截骨角度及截骨平面與大小轉(zhuǎn)子的距離等幾個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，術(shù)中使用簡(jiǎn)單易行，推廣使用相對(duì)容易。

對(duì)于伴有屈曲攣縮的融合髖，在截骨后，還需對(duì)前側(cè)的關(guān)節(jié)囊等軟組織進(jìn)行松解，可以通過截骨后，從后路對(duì)前方關(guān)節(jié)囊周圍松解，形成360°完全松解，良好的松解對(duì)術(shù)中骨性結(jié)構(gòu)的判斷非常有利，可避免術(shù)中截骨誤傷重要神經(jīng)血管。若屈曲程度太高，可聯(lián)合前外側(cè)切口松解前方髂腰肌、股直肌、髂脛束和關(guān)節(jié)囊等結(jié)構(gòu)，必要時(shí)可切斷內(nèi)收肌[18-20]。對(duì)于長(zhǎng)期強(qiáng)直于屈曲位患者，由于局部軟組織攣縮失去既有彈性，神經(jīng)血管順應(yīng)性較差，當(dāng)手術(shù)進(jìn)行肢體延長(zhǎng)以及肌肉和關(guān)節(jié)囊等軟組織松解后，關(guān)節(jié)恢復(fù)了正常力線對(duì)位，過度牽拉等容易導(dǎo)致神經(jīng)血管損傷。神經(jīng)損傷更為常見，主要為股神經(jīng)受累，因此對(duì)于術(shù)中屈曲程度高的患者，術(shù)后給予適當(dāng)重量的牽引，并配合適當(dāng)髖關(guān)節(jié)力量訓(xùn)練和理療，讓髖關(guān)節(jié)畸形逐步恢復(fù)很有必要[21]。本組病例只有1例患者股神經(jīng)損傷后出現(xiàn)大腿前側(cè)皮膚麻木，經(jīng)過藥物和理療逐步恢復(fù)。

綜上所述，采用數(shù)字化模擬輔助，可以提高融合髖髖臼假體植入的準(zhǔn)確率，特別是對(duì)融合髖手術(shù)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少的手術(shù)醫(yī)生，為其合理放置假體提供參考，大大減少因術(shù)后假體位置不良導(dǎo)致的髖關(guān)節(jié)脫位等并發(fā)癥。