盧仲琳，曹志強，高國梁，景青玲，張偉，黃永，魯曉波

（1.西南醫(yī)科大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院 骨科，青海 西寧 810016）

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）可以有效緩解髖部疾病引起的疼痛，重建關(guān)節(jié)功能，目前在我國廣泛開展[1-3]。THA術(shù)式較多，但是有效的解剖重建以及生物力學(xué)重建始終是關(guān)節(jié)置換良好預(yù)后的有效保證，具體包括髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心、股骨偏心距及雙下肢長度差異等[4-6]。我國是多民族國家，幅員遼闊，正常人群以及患病人群的髖關(guān)節(jié)解剖參數(shù)存在較高變異度[7-8]。如何準確地測量個體間解剖及關(guān)節(jié)功能差異，并將相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用于臨床，具有重要的意義。

解剖學(xué)研究提示股骨前傾角以及頸干角是髖關(guān)節(jié)解剖及生物力學(xué)重建的重要解剖學(xué)參數(shù)[9-10]。經(jīng)文獻回顧，發(fā)現(xiàn)罕有研究報道關(guān)節(jié)置換手術(shù)前后的上述股骨解剖參數(shù)改變，以及相關(guān)參數(shù)對關(guān)節(jié)置換預(yù)后的影響。隨著三維（three dimensional，3D）打印技術(shù)的普及，3D建模技術(shù)也日益成為各級醫(yī)療機構(gòu)常備檢查手段，3D建模用于骨科測量，具有良好的適用性，模型直觀可靠，可以提高測量的精確度和重復(fù)性[11-15]。因此本研究通過構(gòu)建患者手術(shù)前后髖關(guān)節(jié)CT 3D模型，評估術(shù)后股骨解剖參數(shù)變化，現(xiàn)報道如下。

1　資料與方法

1.1　一般資料

選取2011年1月～2014年1月于青海大學(xué)附屬醫(yī)院行初次全髖關(guān)節(jié)置換的患者210例，共44例患者隨訪資料完整納入研究。其中，男性17例，女性27例；平均年齡為（65.3±7.0）歲；平均體重指數(shù)為（26.7±3.1）kg/m2；左側(cè)關(guān)節(jié)置換21例，右側(cè)關(guān)節(jié)置換23例。患者術(shù)后1年隨訪，共11例脫落。所有患者術(shù)前平均關(guān)節(jié)Harris評分為（57.3±17.1）分。樣本量計算：采用GPower 3.1軟件，按α=0.05，效應(yīng)量=1.0，檢驗效能=0.95，經(jīng)計算，至少需要38例研究對象入組。亞組分析時，按α=0.05，檢驗效能=0.80，平均頸干角差異為1°時，需要樣本量為16°，平均前傾角差異為10°時，需要樣本量為17°。納入標準：①年齡范圍為40～90歲；②初次、單側(cè)及全髖關(guān)節(jié)置換。排除標準：①合并其他關(guān)節(jié)或者骨骼肌肉系統(tǒng)疾病，如先天畸形、嚴重骨缺損等；②有嚴重影響手術(shù)治療的其他基礎(chǔ)疾病，有嚴重感染性疾病等；③對實驗涉及藥物有過敏史者；④具有嚴重認知、精神障礙或者其他交流障礙相關(guān)疾??；⑤不能配合完成隨訪工作或隨訪資料不完整者。本研究通過本院倫理委員會批準，患者及家屬簽署知情同意書。見圖1。

圖1　研究對象篩選流程圖

1.2　研究材料

本研究所涉及材料包括生物型壓配髖臼假體，生物型鈦合金股骨柄，32 mm聚乙烯襯墊，32 mm陶瓷頭（均由北京市春立正達醫(yī)療器械股份有限公司生產(chǎn)），陶瓷頭深度為短（-3.5 mm）、中（0 mm）、長（3.5 mm）及加長（7 mm），其他材料為手術(shù)室以及住院病房常備。

1.3　手術(shù)方法

1.3.1術(shù)前準備術(shù)前利用標準化影像學(xué)資料（前后位+側(cè)位）構(gòu)建術(shù)前模型，測定肢體長度、髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，擬定股骨和髖臼假體型號及位置，股骨偏心距。根據(jù)對側(cè)髖臼解剖形態(tài)，確定髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，通過坐骨結(jié)節(jié)連線以及小轉(zhuǎn)子連線的位置關(guān)系，評估兩側(cè)下肢長度差異，根據(jù)健側(cè)股骨偏心距，確定手術(shù)側(cè)股骨偏心距?；颊咝蠿射線檢查時體位為標準直立位，雙下肢內(nèi)旋20°。術(shù)前計劃將股骨假體前傾角度控制在中立位＜10°。

1.3.2手術(shù)方法采用標準后側(cè)關(guān)節(jié)入路：患者側(cè)臥位，切口起自髂后上棘下方約5 cm，沿臀大肌方向至股骨大轉(zhuǎn)子后緣，繼轉(zhuǎn)向股骨干方向，向下延伸約5 cm。切開闊筋膜，分離臀大肌，沿臀大肌肌纖維方向切開臀大肌后并拉開，顯露梨狀肌窩和外旋肌群，切斷外旋肌群，可保留部分股方肌，分離后切開關(guān)節(jié)囊后即可進行髖臼及股骨端的處理，常規(guī)方法進行關(guān)節(jié)置換。術(shù)中根據(jù)實際情況，選擇髖臼前傾角，保證聯(lián)合前傾角為25～45°[16]。術(shù)中根據(jù)需要，使用C臂透視機確定各組件位置。

1.4　觀察指標

1.4.1一般資料根據(jù)患者入院資料、住院記錄、出院記錄及隨訪資料，收集患者相關(guān)基線資料。

1.4.2解剖參數(shù)測量影像學(xué)分析：研究對象術(shù)前以及術(shù)后1年行髖關(guān)節(jié)CT檢查（荷蘭飛利浦公司）。掃描范圍從髂骨嵴至股骨干遠端，術(shù)前標準化掃描方案（參數(shù)矩陣：512×512，薄層厚度1 mm），術(shù)后標準化掃描方案（參數(shù)矩陣：512×512，薄層厚度5 mm）。增加膝關(guān)節(jié)部位CT掃描，以確定股骨后髁軸，輔助評估股骨的旋轉(zhuǎn)程度。

3D模型建立及頸干角、前傾角測量：將CT資料導(dǎo)入工作站，應(yīng)用Amira逐層重建CT 3D模型，并確定解剖軸以及相關(guān)平面。對比手術(shù)前后重建模型，測量股骨以及髖臼的位置。分別用軟件相應(yīng)模塊測量股骨頸干角、股骨假體頸干角、股骨前傾角、髖臼外翻角及髖臼前傾角。每項測量重復(fù)＞10次，以減少測量誤差。根據(jù)軟件計算，測量誤差≤0.08 mm，信度為97.8%。見圖2。

股骨偏心距測定：利用旋轉(zhuǎn)中心-股骨軸線三角測量計算，由于股骨正常解剖形態(tài)，近端股骨軸線與股骨頸軸線（包括移植物頸軸）無相交或者重合，故為計算相關(guān)參數(shù)，利用軟件對股骨頸軸進行校正，校正頸軸線位于髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心和股骨近端軸線的同一平面。見圖3。

圖2　CT 3D重建模型軸與平面示意圖

髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心測定：利用3D坐標系統(tǒng)計算髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心差異。手術(shù)前后均以健側(cè)旋轉(zhuǎn)中心作為參照，將患側(cè)旋轉(zhuǎn)中心按Y軸所在平面映射至健側(cè)，按照修正后旋轉(zhuǎn)中心坐標計算，計算各項坐標（X，Y，Z）差值以及兩側(cè)旋轉(zhuǎn)中心距離作為患側(cè)旋轉(zhuǎn)中心變化相對值，手術(shù)前后患側(cè)旋轉(zhuǎn)中心各項相對值差異記為相對坐標差。Y軸所在平面通過恥骨聯(lián)合及骶椎中線確定。坐標系零點位于恥骨聯(lián)合。見圖4。

肢體長度變化測定，利用術(shù)前術(shù)后前后位的影像學(xué)資料，測量術(shù)后兩側(cè)肢體長度變化，方法同1.3所述。

1.4.3預(yù)后評估于術(shù)前以及術(shù)后1年利用Harris髖關(guān)節(jié)評分評估關(guān)節(jié)功能，Likert患者滿意度量表評估患者滿意度（1分為非常滿意，6分為完全不滿意）。視覺模擬評分法（visual analogue scale，VAS）評估患者關(guān)節(jié)疼痛狀況（分值范圍為0～10，其中0為無痛，10為最嚴重疼痛）。

1.4.4亞組分析利用亞組分析，研究不同術(shù)后解剖學(xué)參數(shù)變化對關(guān)節(jié)功能預(yù)后的影響。按照兩種方式分組：①按照術(shù)前后股骨頸干角的差異，分為頸干角差異≤30%組和頸干角差異＞30%組；②按照手術(shù)前后前傾角差異，分為前傾角差異≤30%組和前傾角差異＞30%組。分別統(tǒng)計對比上述亞組間患者預(yù)后指標。

1.5　統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，前后比較用配對t檢驗，組間比較用獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖3　股骨偏心距計算方法示意圖

圖4　髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心坐標系示意圖

2　結(jié)果

2.1　患者假體位置以及相關(guān)參數(shù)情況

所有患者手術(shù)成功，術(shù)后恢復(fù)良好，未見假體松動、感染及假體周圍骨折等并發(fā)癥。股骨假體平均型號為3（0～12），股骨頸平均長度為（50.3±4.8）mm，4例（9%）患者使用短頭，23例（52%）患者使用中頭，17例（39%）患者使用大頭。冠狀面股骨柄與近端股骨軸線偏差夾角平均為0°，夾角范圍-3.2～4.5°，其中40例患者偏差角度≤3°，4例患者偏差角度較大，分別為3.5、4.1、4.5和4.6°。矢狀面上股骨假體均位于股骨軸線前位，夾角為（5.5±1.8）°，夾角范圍-2.1～9.3°。

平均髖臼假體大小為52 mm，髖臼假體平均外翻角為（44.0±7.0）°，外翻角范圍為28～57°，平均前傾角為（17.0±6.0）°，前傾角范圍為5～28°，股骨假體和髖臼假體聯(lián)合前傾角為（23.4±11.7）°。

2.2　患者股骨假體頸干角情況

患者術(shù)前平均頸干角為（128.8±6.2）°，范圍118～147°，術(shù)后頸干角為（131.6±2.1）°，范圍127～136°，較術(shù)前平均增加2.8°，經(jīng)t檢驗，手術(shù)前后頸干角比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后頸干角大于術(shù)前，有28例患者術(shù)后頸干角平均增大（7.0±3.7）°，16例患者術(shù)后頸干角平均減?。?.4±3.3）°。見表1。

表1　手術(shù)前后股骨前傾角、頸干角及股骨偏心距（n =44，±s）

表1　手術(shù)前后股骨前傾角、頸干角及股骨偏心距（n =44，±s）

?

2.3　患者股骨前傾角情況

患者術(shù)前平均股骨前傾角為（24.9±8.0）°，范圍7.9～39.1°，術(shù)后前傾角為（7.4±7.3）°，范圍-11.6～25.9°。手術(shù)前后前傾角比較，經(jīng)t檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），提示術(shù)后前傾角小于術(shù)前。以術(shù)中目標值10為參照，術(shù)后前傾角平均偏離參照值2.6。其中43例患者術(shù)后前傾角減小17.5°，1例患者較術(shù)前增大8°。18例患者手術(shù)前后前傾角差值接近15°，26例患者手術(shù)前后前傾角減小＞15°。見表1。

2.4　患者股骨偏心距情況

術(shù)前平均股骨偏心距為（39.7±4.3）mm，術(shù)后平均股骨偏心距為（41.7±4.3）mm，手術(shù)前后股骨偏心距比較，經(jīng)t檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后股骨偏心距長于術(shù)前股骨偏心距。偏心距平均增加值為2.1 mm。13例患者股骨偏心距平均減?。?.8±1.9）mm，31例患者平均增加（4.5±4.1）mm。見表1。

2.5　患者髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心情況

映射后的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心基本分布在距離健側(cè)旋轉(zhuǎn)中心-4 mm～13 mm處，手術(shù)前后髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心各項相對坐標差分別為Δx=（1±3.8）mm、Δy=（2.8±4.3）mm 及 Δz=（1.2±3.2）mm，手術(shù)前后Δy比較，經(jīng)t檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=6.277，P=0.000），旋轉(zhuǎn)中心有微小改變。

2.6　患者臨床預(yù)后情況

關(guān)節(jié)功能使用Harris評分評估，患者術(shù)前Harris評分為（51.7±19.0）分，手術(shù)后Harris評分為（92.6±8.0）分，手術(shù)前后Harris評分比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=16.232，P=0.000），提示術(shù)后關(guān)節(jié)功能較術(shù)前有提升。術(shù)后平均VAS評分為（1.0±1.5）分，患者滿意度評分為（1.5±0.7）分，雙下肢肢體長度差異平均值為（1.3±3.0）mm。

2.7　患者解剖參數(shù)變化與臨床預(yù)后相關(guān)性的亞組分析

不同頸干角組頸干角平均值、Harris評分、患者滿意度評分及VAS評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。不同前傾角組VAS評分、Harris評分、患者滿意度評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。見表2、3。

表2　不同頸干角組頸干角平均值、Harris評分、滿意度評分及VAS評分比較　（±s）

表2　不同頸干角組頸干角平均值、Harris評分、滿意度評分及VAS評分比較?。ā纒）

?

表3　不同前傾角組Harris、滿意度及VAS評分比較（分，±s）

表3　不同前傾角組Harris、滿意度及VAS評分比較（分，±s）

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3　討論

本研究旨在利用3D建模方法，研究全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)前后股骨解剖改變，測量頸干角、股骨前傾角及股骨偏心距等解剖參數(shù)，隨著3代3D打印技術(shù)的成熟以及設(shè)備成本降低，3D打印技術(shù)普及率逐年增高[17]。3D建模技術(shù)是3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)，在骨科領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。對于骨骼系統(tǒng)的CT數(shù)據(jù)，經(jīng)過建模重建處理分析后，可以直觀地顯示骨骼系統(tǒng)的3D結(jié)構(gòu)，優(yōu)于傳統(tǒng)的X射線檢查技術(shù)，可以有效地避免重疊平面干擾以及成像條件相關(guān)的系統(tǒng)性誤差[18-19]。在關(guān)節(jié)置換術(shù)后參數(shù)評估方面，有關(guān)3D建模測量的研究較為罕見。

本研究中術(shù)前股骨頸干角測量結(jié)果與相關(guān)研究結(jié)果具有一定差異。HAN等[20]報道平均股骨頸干角為（128.0±8.9）°。在本研究中術(shù)后股骨頸干角較術(shù)前增大。超過半數(shù)的患者其頸干角變化＞5°，最大差值達到14.2°。上述差異可能由以下原因引起：由于股骨假體的頸干角相對固定，因此術(shù)后頸干角的增大主要來源于植入假體與股骨自然解剖形態(tài)的差異，所用股骨假體的頸干角為131°，但是術(shù)前患者的頸干角變異度較大（119～147°）。

本研究結(jié)果提示術(shù)前以及術(shù)后股骨頸干角差異與臨床預(yù)后無相關(guān)性，按照手術(shù)前后股骨頸干角的差異分組，各亞組下肢長度、Harris評分、VAS評分及患者滿意度無差異，上述結(jié)果可能由于術(shù)后患者經(jīng)過軟組織平衡等自我調(diào)整，頸干角差異未對術(shù)后預(yù)產(chǎn)生明顯影響[21]。

本研究中術(shù)后前傾角平均減小18°，是計劃預(yù)定的股骨假體前傾角（10°）以及研究對象的髖臼前傾角共同作用的結(jié)果。文獻研究提示接受全髖關(guān)節(jié)術(shù)的患者其髖臼前傾角大于正常人群[22]。由于手術(shù)對象的髖臼前傾角變異度較高，因此影響術(shù)中前傾角確定，約50%研究對象的術(shù)后股骨假體前傾角在（10±5）°范圍內(nèi)。本研究術(shù)后股骨假體前傾角的變化范圍與文獻報道較為一致。DORR等[23]研究提示術(shù)后股骨假體前傾角為（10.2±7.5）°，變化范圍為-8.6～27.1°。另一方面，股骨前傾角與術(shù)前計劃放置的股骨前傾角差異較大，主要由于股骨假體前傾角受股骨前側(cè)面曲度影響，后者個體差異性較大，也受股骨和股骨頸的自然解剖形態(tài)影響[24]。

根據(jù)亞組分析結(jié)果，股骨前傾角的變化對術(shù)后關(guān)節(jié)功能，關(guān)節(jié)疼痛程度以及患者術(shù)后滿意度無顯著影響。股骨前傾角的變化可能因軟組織力量以及髖腰部的姿勢修正等因素代償。臨床工作也可以觀察到，兒童髖部疾病中股骨前傾角的改變與癥狀嚴重程度不符。生物力學(xué)分析研究提示，術(shù)后股骨前傾角度的改變會導(dǎo)致關(guān)節(jié)假體旋轉(zhuǎn)扭曲的情況增加，增加關(guān)節(jié)松動的風(fēng)險[25]。本研究隨訪時間為1年，上述異常情況均未出現(xiàn)，再進一步研究中需要作長期隨訪，完善相關(guān)結(jié)論。

股骨偏心距的有效重建對術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)至關(guān)重要[26-27]。股骨偏心距的過度減小導(dǎo)致跛行以及單足站立不能，而異常增加會伴隨坐骨神經(jīng)疼痛、臀部肌肉痙攣以及步態(tài)異常，現(xiàn)無有關(guān)股骨偏心距適宜臨界值的系統(tǒng)性研究。少數(shù)研究提示股骨偏心距增加可能會提高關(guān)節(jié)活動度，增加髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，但是相關(guān)結(jié)論需要進一步驗證[28-29]。

本研究尚存在一定不足。首先，本研究樣本量較小，隨訪時間較短，進一步的實驗需要增加樣本量，進一步驗證相關(guān)結(jié)論。另外，CT建模由于圖像采集誤差，可能存在一定差異，在進一步研究中將利用高分辨率CT檢查，提高研究的精確度。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)患者對手術(shù)前后的股骨頸干角以及前傾角差異的耐受能力較強，上述解剖參數(shù)改變對術(shù)后關(guān)節(jié)功能，疼痛以及患者滿意度無顯著影響。3D建模測量系統(tǒng)可以有效地輔助頸干角以及前傾角的重建，提高關(guān)節(jié)置換相關(guān)解剖參數(shù)測量的直觀性和準確性。

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