数字模拟辅助人工全髋关节置换术假体植入治疗融合髋的临床研究

余专一，陈晶祥，程球新，刘达，杨俊，付美清，史柏娜，周江军*，赵敏

(1.联勤保障部队第九〇八医院骨科，江西 鹰潭 335000；
2.西部战区总医院骨科，四川 成都 610083)

融合髋病因较多，包括创伤、类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、化脓性关节炎等，其融合的方式分为手术融合及自发融合两种[1-3]。这类患者由于病史长，关节功能差，外展肌常常萎缩甚至缺失[4]，且由于长期反复的炎症刺激，骨性正常解剖标志难以辨认，这给术者术中放置髋臼假体带来非常大的困难。而髋臼假体的位置是否理想直接影响人工全髋关节置换(total hip arthroplasty，THA)术后脱位率的高低以及假体使用寿命[5]。Lewinnek等[6]提出，臼杯的理想位置应该是外展角(40±10) °、前倾角(15±10) °，在该范围内人工髋关节脱位率明显下降。

计算机辅助技术在骨科器械设计、材料及手术模拟等方面技术应用成熟[7-8]，徐海军等[9]采用Mimics模拟高位脱位髋臼的重建，进行个体化术前设计，取得满意的臼杯位置及覆盖率。为了提高融合髋髋臼假体植入准确率及手术效率，联勤保障部队第九〇八医院骨科于2016年1月至2020年5月收治融合髋11例，应用Mimics 10.01软件术前模拟截骨、髋臼假体植入，确定截骨角度及髋臼假体尺寸，获得了满意的髋臼假体位置，现报告如下。

1.1 一般资料 本研究共纳入患者11例(11髋)，男7例(7髋)，女4例(4髋)；
年龄28～56岁，平均(42.7±10.7)岁。其中强直性脊柱炎4例，化脓性关节炎3例，类风湿性关节炎3例，创伤1例；
各种原因导致髋关节病变距行THA时间为9～30年，平均(16.5±7.5)年。屈曲强直8髋，屈曲角度为13 °～31 °，平均(21.8±6.5) °；
屈曲内收短缩强直3髋，屈曲角度为16 °～25 °，平均(20.3±4.5) °。患者术前均行X线、三维CT检查，明确髋关节融合情况、髋臼骨量及质量等情况，对既往感染融合的病例复查磁共振排除感染。

1.2 重建术前CT，模拟手术

1.2.1 影像学资料收集 硬件设备包括：64排螺旋CT(Light Speed VCT 64)，Thinkpad T440P(I3，4G，512GB，HD Graphics 4600/192MB)。软件：Win7 64位旗舰版，Mimics10.01，Solidworks 2011 SP0.0。对患者进行骨盆(含髋关节)扫描，扫描参数：层厚0.625 mm，120 kV，240 mA。

1.2.2 术前三维CT重建 将术前CT图像数据以Dicom格式保存并导入Mimics 10.01软件中。Thresholding建立骨窗Mask，生成骨盆3D模型；
使用“Cut with Polyplane”功能于股骨大转子顶点(关键点1)向小转子近0.5～1.0 cm处(关键点2，具体数值根据对侧股骨颈长度个性化处理)垂直于股骨颈方向建立CP1(Mimics建立第1个平面)，模拟股骨颈截骨第1刀，X、Y、Z轴的“Contour Visible”功能判断截骨方向是否正确；
于髋臼与股骨颈融合处通过CP2(Mimics建立第2个平面)模拟截骨第2刀，通过“Contour Visible”功能检查第2刀截骨是否为原髋臼方向，记录关键点1和2的具体部位，CP1、CP2的方向、角度及截骨块厚度、长度等尺寸；
根据CT测量结果于Solidworks 2011 SP0.0中建立直径不同的2～3个半球形髋臼模型，STL格式保存后导入Mimics中，通过移动、旋转等功能放入截骨后髋臼中，保留合适大小髋臼，与髋臼进行Boolean运算，得出最后髋臼植入模型。通过Measure angle测量功能，在臼杯“Contour Visible”下在横断位上测量髋臼杯连线a与矢状线b之间夹角为前倾角(见图1)，在冠状位上测量髋臼杯连线c与坐骨结节连线平行线d之间夹角为外展角(见图2)。

注：a-Mimics中“Contour Visible”下横断位臼杯前缘和后缘的连线；
b-矢状位线

注：c-冠状位臼杯前缘和后缘的连线；
d-坐骨结节连线平行线

1.3 手术方法 常规全身麻醉，侧卧位，髋关节后外侧入路，暴露股骨颈、大小转子及股骨颈髋臼融合处，注意保护坐骨神经，充分松解髋臼及大、小转子，找出术前确定股骨颈截骨关键点1和关键点2(近端为大转子顶点，远端一般为小转子近端0.5～1.0 cm)，按照术前手术模拟角度进行截骨，先截股骨颈第1刀，再根据术前模拟骨块厚度于近端截骨，360°松解髋臼，完全暴露髋臼周围骨性结构再锉臼，特别是髋臼的前缘及后缘边界；
锉臼时采用“扶墙”法，从横韧带位置开始，臼锉边缘没入骨质后，逐级更换，接近术前模拟大小时开始采用逆向锉，最大号锉不超过最上缘，最后置入合适臼杯，股骨侧假体置入同常规操作，C型臂透视确认假体位置无误后逐层缝合。

1.4 术后处理 术后48 h内拔除引流管，常规使用抗生素24 h，术前静滴1支注射用氨甲环酸，关闭切口后引流管内注入20 mL溶入1支氨甲环酸的生理盐水，夹闭引流管2 h松开，术后低分子肝素钠抗凝，麻醉清醒后开始行髋部外展肌等肌力训练，术后48 h助行器辅助站立。

1.5 观察项目 术后依据Pradhan法[10]测量髋臼前倾角、外展角，记录手术时间、术中出血量及髋关节Harris评分。

患者均获得随访，随访时间6～48个月，平均(21.1±12.9)个月。术后未发生假体脱位及感染，1例因术中牵拉致股神经不全损伤，出现大腿前侧皮肤麻木，给予营养神经药物治疗，于术后3个月恢复。

术后臼杯外展角(39.8±3.3)°，前倾角(15.9±2.7)°，所有病例外展角及前倾角均位于Lewinnek安全范围内。Harris评分术前为(19.7±2.9)分，术后3个月为(47.5±7.36)分，术后6个月提高至(86.1±5.5)分，术前Harris评分与术后3个月、6个月比较差异均有统计学意义(P<0.05)。

典型病例为一47岁男性患者，“右髋关节屈曲内收畸形，髋关节活动不能，既往强直性脊柱炎30年”入院，诊断：(1)融合髋(右)；
(2)强直性脊柱炎。术前采用Mimics 10.01模拟手术截骨，术中通过模拟指导给予全髋关节置换术，术后患者活动情况良好。手术前后影像学资料见图3～6。

图3 术前骨盆正位X线片示右髋完全融合，呈屈曲内收畸形，屈曲内收角25°

图4 术前右髋关节正斜位X线片示右髋关节完全融合，呈屈曲内收畸形

图5 术后3个月骨盆正位X线片示髋臼假体前倾角15°，外展角43°，假体在位

图6 术后3个月右髋关节正斜位X线片示假体位置良好

造成融合髋的原因主要有强直性脊柱炎和炎性关节病两大类。强直性脊柱炎引起的融合髋常常伴有严重的屈曲畸形、骨质疏松，因骨量欠佳，术中锉臼时易导致髋臼骨折[11]；
而感染造成的融合髋，既往感染或多次手术史造成了解剖结构发生变异，结构异常，髋关节周围存在大量瘢痕组织，解剖标志不清晰，术中截骨、锉臼定位不准确[12-13]。融合髋还常常合并软组织的挛缩、关节僵硬、骨盆倾斜、双下肢不等长，行初次THA时，由于解剖标志不清楚、定位不准确造成臼杯安装位置不良的风险较高。因此，采用传统的锉臼定位方法，需要很高的手术技巧和临床经验，但由于这类病例相对较少，想通过大量病例来积累手术技巧相对比较困难，据文献数据显示，这些类型的病例每位术者平均每年的手术量极少超过20例[1-14]。

术前三维分析有助于术前充分了解髋臼的形态特征，评估骨质缺损程度，Zeng等[15]对伴有高位脱位的先天性髋关节脱位患者进行术前三维模拟手术，但由于操作技术高，广泛推广有一定难度。有学者[8]报告采用术中髋臼CAD设备提高臼杯植入精准度，但设备昂贵，术中操作相对繁琐，推广受到影响。Zhang等[16]采用定位导向导板辅助技术给先天性髋关节脱位患者进行术中髋臼磨锉定位，定位准确，术中操作方便，但由于导向模板的设计需要CAD软件操作技巧及经验，制作设计难度相对较高。邬培慧等[17]设计了一种自主研发的计算机辅助设计软件/快速成型/术中定位器系统模拟臼杯假体植入，采用自主开发的3D打印机-光固化面成形技术(digital light processing，DLP)将髋臼定位器爪尖与模型的外口边缘匹配定位，指引髋臼磨锉方向，但由于定向杆操作占据一定的空间，术中操作并不简单。

由于绝大部分融合髋大转子或小转子等骨性标志仍然完整，且髋关节无活动度，稳定性好，因此本研究采用大转子及小转子等骨性标志定位为关键点1、关键点2，术中采用“二次截骨”法[12]，对第1刀的角度及与大小转子的距离进行术前模拟测量，再对第2刀截下骨块的大小转子侧的厚度及截骨角度模拟测量，做到个性化、精确化定位，避免截骨失误造成股骨侧或者髋臼侧骨折。同时由于模拟操作相对简单，只需术前模拟截骨角度及截骨平面与大小转子的距离等几个简单数据，术中使用简单易行，推广使用相对容易。

对于伴有屈曲挛缩的融合髋，在截骨后，还需对前侧的关节囊等软组织进行松解，可以通过截骨后，从后路对前方关节囊周围松解，形成360°完全松解，良好的松解对术中骨性结构的判断非常有利，可避免术中截骨误伤重要神经血管。若屈曲程度太高，可联合前外侧切口松解前方髂腰肌、股直肌、髂胫束和关节囊等结构，必要时可切断内收肌[18-20]。对于长期强直于屈曲位患者，由于局部软组织挛缩失去既有弹性，神经血管顺应性较差，当手术进行肢体延长以及肌肉和关节囊等软组织松解后，关节恢复了正常力线对位，过度牵拉等容易导致神经血管损伤。神经损伤更为常见，主要为股神经受累，因此对于术中屈曲程度高的患者，术后给予适当重量的牵引，并配合适当髋关节力量训练和理疗，让髋关节畸形逐步恢复很有必要[21]。本组病例只有1例患者股神经损伤后出现大腿前侧皮肤麻木，经过药物和理疗逐步恢复。

综上所述，采用数字化模拟辅助，可以提高融合髋髋臼假体植入的准确率，特别是对融合髋手术经验相对较少的手术医生，为其合理放置假体提供参考，大大减少因术后假体位置不良导致的髋关节脱位等并发症。