萬超 董圣杰 王詩軍 張逸凌 劉星宇 楊克建 趙宇馳

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty，THA）目前被認(rèn)為是治療髖關(guān)節(jié)終末期骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）、股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）、髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）及頭下型股骨頸骨折（femoral neck fracture，F(xiàn)NF）并完全移位等疾病最有效的方法，療效確切，應(yīng)用廣泛。然而，THA術(shù)后發(fā)生的肢體不等長或者旋轉(zhuǎn)中心、偏心距的不良重建會(huì)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)軟組織失衡、跛行步態(tài)、假體異常撞擊、脫位等，增加人工關(guān)節(jié)的磨損［1］。

THA 術(shù)前規(guī)劃與模板測量能為術(shù)者個(gè)性化選擇假體類型、預(yù)測假體安放位置及型號(hào)提供參考，減少術(shù)中的失誤和偏差。目前，國內(nèi)術(shù)前規(guī)劃仍普遍以X線片模板測量或數(shù)字化二維模板測量的方式進(jìn)行，但是二維平面模板和X 線片放大率的一致性不佳［2］；術(shù)前X 線攝片時(shí)對骨盆和股骨的投照角度不標(biāo)準(zhǔn)［3-4］，往往導(dǎo)致術(shù)前規(guī)劃不準(zhǔn)確、安放假體大小不匹配、位置不良，造成較高的THA 術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率［5-6］。

本研究應(yīng)用一款國內(nèi)自主研發(fā)的人工智能輔助規(guī)劃系統(tǒng)（AIHIP，北京長木谷醫(yī)療科技有限公司）進(jìn)行THA術(shù)前規(guī)劃，并將其與傳統(tǒng)膠片二維模板規(guī)劃的方法進(jìn)行比較，旨在進(jìn)一步驗(yàn)證人工智能輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)在個(gè)體化全髖關(guān)節(jié)假體植入中應(yīng)用的準(zhǔn)確性。

資料與方法

一、納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①診斷為髖關(guān)節(jié)OA、DDH 合并OA、晚期ONFH 關(guān)節(jié)功能障礙以及年齡大于60 歲的FNF 并完全移位病人；②接受單側(cè)初次生物型THA治療；③非手術(shù)側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育、結(jié)構(gòu)、功能均正常；④年齡＞18歲，性別不限。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①有明顯重要臟器功能障礙，凝血功能異常，精神類疾病、交流障礙，酒精和藥物濫用，患肢神經(jīng)肌肉疾患，因發(fā)育、創(chuàng)傷等原因造成雙側(cè)股骨、脛骨絕對長度不等以及對本研究任何一種藥物過敏或存在用藥禁忌的病人；②不能配合完成術(shù)前及術(shù)后標(biāo)準(zhǔn)的雙髖正位X 線檢查；③未能簽署知情文件、不能理解或填寫研究中相關(guān)問卷的病人。

二、一般資料

回顧性收集2019 年10 月至2021 年2 月煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院采用人工智能輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行THA術(shù)前規(guī)劃的44例（44髖）納入人工智能組，選擇同期采用傳統(tǒng)膠片模板二維測量進(jìn)行THA 術(shù)前規(guī)劃的44 例（44 髖）納入傳統(tǒng)模板組。兩組病人的一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）。

表1 兩組病人術(shù)前資料比較

兩組病人術(shù)前均拍攝雙髖關(guān)節(jié)正位和患側(cè)髖關(guān)節(jié)側(cè)位X 線片，人工智能組另行全骨盆和雙側(cè)股骨近1/2段的橫斷面CT掃描。所有手術(shù)假體選擇生物型Pinnacle 髖臼杯系統(tǒng)、Corail 股骨柄（強(qiáng)生Depuy，美國）。Corail 假體在設(shè)計(jì)上按照頸干角度和偏心距不同，有標(biāo)準(zhǔn)柄、高偏柄和內(nèi)翻柄可供選擇。本研究經(jīng)過煙臺(tái)市煙臺(tái)山醫(yī)院倫理委員會(huì)審查（煙山倫準(zhǔn)：2021032號(hào)）通過。

三、影像數(shù)據(jù)獲取

（一）X線攝片

病人仰臥于檢查床上，保持髖膝關(guān)節(jié)伸直中立位，下肢內(nèi)旋15°以便更好地抵消股骨頸的前傾角度并準(zhǔn)確地投照出真實(shí)的股骨頸長度和頸干角度［7］，因患側(cè)肢體手術(shù)前存在不同程度疼痛和活動(dòng)受限，手術(shù)前攝片需至少保證非手術(shù)側(cè)肢體完成以上體位要求。

采用Philips X線機(jī)（Digital Diagnosis 4，荷蘭）進(jìn)行攝片。X 線投影中心對準(zhǔn)恥骨聯(lián)合，球管距病人高度保持1 000 mm，攝片范圍包括雙髖及股骨近段400 mm。球管電壓：66 kV，球管電流：16 mAs，曝光時(shí)間：80 ms。數(shù)字化影像采集由銳珂醫(yī)學(xué)影像采集系統(tǒng)（Carestream Vue PACS，加拿大）完成。

傳統(tǒng)膠片組病人在術(shù)前X 線檢查前，由術(shù)者將正球形金屬標(biāo)記物（直徑20 mm）臨時(shí)固定于非手術(shù)側(cè)股骨大轉(zhuǎn)子尖端水平，目的是在病人平臥位時(shí)使金屬標(biāo)記物與髖關(guān)節(jié)保持同一水平高度，進(jìn)行X 線攝片時(shí)將該金屬標(biāo)記物的影像同時(shí)呈現(xiàn)在雙髖關(guān)節(jié)正位X線片中。金屬標(biāo)記物與髖關(guān)節(jié)處于同樣的投照高度，在數(shù)字化X 線影像中可以作為標(biāo)定X 線放大率的參照，校準(zhǔn)X 線影像的放大率使其與傳統(tǒng)膠片模板的放大率保持一致。

（二）CT掃描

采用GE Revolution 256 排螺旋CT 機(jī)（General Electric Company，美國）。掃描電壓：120 kV，矩陣：512×512，螺距：0.992，掃描層厚：1.25 mm。掃描范圍：從骨盆上緣至股骨小轉(zhuǎn)子下40 cm。影像資料以DICOM格式顯示及保存于可移動(dòng)硬盤內(nèi)。

四、人工智能輔助三維規(guī)劃方法

（一）CT數(shù)據(jù)重建、智能分割與測算

術(shù)前CT 原始數(shù)據(jù)上傳至AIHIP 軟件進(jìn)行三維圖像重建。重建后的骨盆及雙側(cè)股骨可放大和縮小，在360°空間范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，且可以同時(shí)在一個(gè)界面上顯示三維圖像、橫斷面圖像、矢狀面圖像和冠狀面圖像。軟件使用自主研發(fā)的人工智能深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——G-NET［8］對CT影像數(shù)據(jù)骨骼區(qū)域進(jìn)行智能識(shí)別，并對骨盆及股骨區(qū)域進(jìn)行智能分割，以便更清晰地觀察股骨頭和髖臼的形態(tài)與缺損情況。

AIHIP軟件采用點(diǎn)云渲染技術(shù)來實(shí)現(xiàn)骨盆的表面成像，得到光線渲染后的骨盆正投影圖像，再利用點(diǎn)識(shí)別算法進(jìn)行更高精度、更迅速的定位，識(shí)別髖關(guān)節(jié)對應(yīng)的骨盆和股骨相關(guān)解剖部位，主要包括骨盆髂前上棘、恥骨聯(lián)合、股骨小轉(zhuǎn)子及大轉(zhuǎn)子等骨性標(biāo)記點(diǎn)，并根據(jù)雙側(cè)髂前上棘與恥骨聯(lián)合識(shí)別點(diǎn)構(gòu)成的骨盆前平面，糾正骨盆的左右或前后方向的傾斜或旋轉(zhuǎn)，將骨盆矯正至中立位。骨盆左右傾斜矯正的依據(jù)為將雙側(cè)髂前上棘調(diào)整至與水平面等高，并使骨盆旋轉(zhuǎn)將恥骨聯(lián)合與骶骨中點(diǎn)調(diào)整為垂直于水平面的一條線上；骨盆前后傾斜矯正的依據(jù)為參考髂嵴-坐骨連線與身體中軸線平行。定義髖臼杯在冠狀面與水平面的夾角為髖臼杯外展角，橫斷面上髖臼杯與恥骨聯(lián)合及骶骨中點(diǎn)連線的夾角為髖臼前傾角。股骨位置矯正的原則是：以股骨頭為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行髖外展，使股骨髓腔軸線與人體中軸線保持平行，并沿股骨髓腔軸線進(jìn)行股骨旋轉(zhuǎn)使股骨小轉(zhuǎn)子距離人體中軸線的距離最短，定義股骨小轉(zhuǎn)子在冠狀面的高度差值為雙下肢長度差，股骨冠狀面內(nèi)的髓腔軸線與身體中軸線的距離為聯(lián)合偏心距。

AIHIP 軟件通過對骨骼的快速重建，解剖關(guān)鍵點(diǎn)的快速準(zhǔn)確識(shí)別，以及相關(guān)參數(shù)的智能計(jì)算，模擬出手術(shù)前標(biāo)準(zhǔn)的骨盆及雙側(cè)髖關(guān)節(jié)正位X 線影像，為匹配假體種類、型號(hào)、角度作好準(zhǔn)備。CT 數(shù)據(jù)重建、智能分割與測算過程如圖1所示。

圖1 一例左側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良并骨關(guān)節(jié)炎的三維重建圖像 a：同時(shí)顯示橫斷面、矢狀面、冠狀面圖像；b～d：人工智能分割骨盆和股骨后髖臼在側(cè)方、前方、后方位視角觀察的重建圖像；e：分割后單獨(dú)觀察股骨的重建圖像；f：模擬標(biāo)準(zhǔn)骨盆和股骨正位X線影像，計(jì)算出病人術(shù)前雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值為10 mm、下肢長度差值為21 mm，健側(cè)股骨頸干角為125°

（二）髖臼和股骨假體建模和智能模擬安放

收集假體髖臼杯、球頭、內(nèi)襯、股骨柄尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行逆向工程，AIHIP軟件中轉(zhuǎn)化為三維模型，構(gòu)建髖關(guān)節(jié)假體數(shù)據(jù)庫。軟件按照上述校正后的骨盆坐標(biāo)系，以外展45°、前傾25°模擬安放臼杯假體，在CT影像圖像上顯示已導(dǎo)入假體的輪廓線，系統(tǒng)實(shí)時(shí)測算并顯示臼杯假體骨質(zhì)覆蓋率。根據(jù)股骨髓腔直徑智能匹配股骨柄型號(hào)規(guī)格，模擬植入假體位置，模擬股骨頸截骨，確定截骨線至股骨小轉(zhuǎn)子上緣的距離。根據(jù)雙下肢長度差值以及偏心距差值智能匹配適當(dāng)球頭。術(shù)者在術(shù)前可以通過AIHIP軟件對規(guī)劃的髖臼杯和股骨柄安放位置、型號(hào)、角度進(jìn)行微調(diào)。髖臼和股骨假體建模以及智能模擬安放過程如圖2所示。

圖2 模擬安放臼杯系統(tǒng)和股骨柄后的三維重建圖像 a：同時(shí)顯示橫斷面、矢狀面、冠狀面圖像，并智能測算出髖臼假體與宿主骨覆蓋率為83%；b、c：髖臼杯在側(cè)方、后方位視角觀察的重建圖像，可以直觀地看到臼杯植入后有明顯骨缺損；d：股骨柄模擬植入后，后方觀察股骨頸截骨位置的三維圖像；e：橫斷面觀察股骨柄模擬植入后與股骨髓腔的匹配情況；f：假體模擬植入后，雙側(cè)聯(lián)合偏心距差值為3 mm、下肢長度差值為0 mm，股骨頸截骨面距離小轉(zhuǎn)子上緣距離為15 mm，建議選擇頸干角為125°的Corail內(nèi)翻柄

五、傳統(tǒng)膠片模板二維測量方法

利用我院Carestream Vue PACS 獲取傳統(tǒng)模板組病人的術(shù)前X 線影像，因?yàn)檠芯恐惺褂玫哪z片模板所標(biāo)定的放大率是120%，所以在PACS 系統(tǒng)中，效仿Conn 等［7］的方法校準(zhǔn)X 線影像的放大率，即將X線中金屬標(biāo)記物的正球形影像直徑調(diào)整至相同的放大率，然后將模板疊加于數(shù)字化X 線影像非手術(shù)側(cè)髖關(guān)節(jié)影像上進(jìn)行常規(guī)膠片模板測量。

測量由一名住院醫(yī)師和一名高年資主治醫(yī)師在術(shù)前不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行并記錄，兩名醫(yī)師對彼此測量結(jié)果互不知情。當(dāng)出現(xiàn)兩名醫(yī)師對同一位手術(shù)病人術(shù)前測量假體型號(hào)不一致時(shí)，由術(shù)者在術(shù)前單獨(dú)裁定預(yù)測的型號(hào)。

六、手術(shù)方法

手術(shù)均由同一位高年資醫(yī)生在全身麻醉下、統(tǒng)一選擇后外側(cè)手術(shù)入路完成。全身麻醉下病人取側(cè)臥位，患側(cè)在上作后外側(cè)切口，長約12～15 cm。切開皮膚及皮下組織，切開闊筋膜，鈍性分離臀大肌，適當(dāng)剝離外旋肌群，切開后關(guān)節(jié)囊，屈曲、內(nèi)收、內(nèi)旋關(guān)節(jié)脫位。術(shù)者參考術(shù)前股骨頸截骨位置的預(yù)測，術(shù)中用無菌鋼尺測量確定股骨頸截骨位置，切除股骨頭，然后顯露髖臼，切除髖臼盂唇，找到髖臼橫韌帶、卵圓窩頂點(diǎn)和底部作為磨銼髖臼的參照。打磨髖臼至合適深度，根據(jù)術(shù)前測量預(yù)測和術(shù)中壓配情況選擇合適髖臼假體型號(hào)植入，髖臼杯安放角度利用簡易導(dǎo)向器械輔助進(jìn)行（圖3）。然后進(jìn)行股骨近端截骨面的開口并用股骨髓腔銼依次磨銼髓腔，參考術(shù)前規(guī)劃建議的股骨柄類型和股骨頭頸長，結(jié)合術(shù)中股骨髓腔銼實(shí)際壓配情況選擇合適的球頭試模，關(guān)節(jié)復(fù)位測試穩(wěn)定性滿意，了解關(guān)節(jié)活動(dòng)度、周圍肌肉緊張度，“C”型臂X線機(jī)確定假體試模位置滿意后安裝假體。沖洗切口、充分止血后，修補(bǔ)關(guān)節(jié)囊和外旋肌群。關(guān)節(jié)囊內(nèi)注射氨甲環(huán)酸（2 g，20 mL）促進(jìn)創(chuàng)口止血，常規(guī)不放置引流管，逐層縫合切口。

圖3 術(shù)中圖片 a：后外側(cè)入路THA過程中，用鋼尺測量股骨頸截骨面到小轉(zhuǎn)子上緣的距離；b：髖臼杯植入時(shí)所使用的定位導(dǎo)向桿

七、術(shù)后相關(guān)處理

兩組病人術(shù)中鎮(zhèn)痛、止血措施及術(shù)后預(yù)防感染和血栓、術(shù)后鎮(zhèn)痛等治療方案均保持一致。術(shù)后24 h內(nèi)指導(dǎo)病人習(xí)步架輔助下地行走和功能鍛煉，術(shù)后4 周內(nèi)進(jìn)行手術(shù)側(cè)髖關(guān)節(jié)外展保護(hù)防止假體脫位，術(shù)后4～6周指導(dǎo)病人脫離輔助器械行走鍛煉。

八、術(shù)后觀察指標(biāo)及影像測量方法

比較兩組病人術(shù)前計(jì)劃與實(shí)際假體安放型號(hào)，以相差1個(gè)型號(hào)及完全吻合視為術(shù)前計(jì)劃與實(shí)際吻合，計(jì)算吻合率［9-10］。結(jié)合術(shù)后雙髖關(guān)節(jié)前后位X線影像，效仿Sato等［11］的方法，使用Image-Pro Plus（版本號(hào)：6.0.0.260）軟件測量兩組病人術(shù)后偏距差、腿長差、髖臼杯外展角度以及患側(cè)股骨小轉(zhuǎn)子上緣距離股骨距截骨線的距離（圖4），測量人員未參與病人的術(shù)前評估、手術(shù)及術(shù)后治療。隨訪期間采用Harris評分、關(guān)節(jié)遺忘評分（forgotten joint score，F(xiàn)JS）評價(jià)術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況。由康復(fù)醫(yī)生記錄兩組術(shù)后功能評分及并發(fā)癥發(fā)生情況，康復(fù)醫(yī)生對病人術(shù)前應(yīng)用的評估方法并未知情。

圖4 圖示左側(cè)THA術(shù)后X線影像，標(biāo)記出雙側(cè)淚滴下緣連線，測量非手術(shù)側(cè)股骨頭旋轉(zhuǎn)中心到淚滴內(nèi)緣水平的垂直距離AO和到股骨髓腔中心軸線的垂直距離FO，AO+FO即非手術(shù)側(cè)的聯(lián)合偏心距，同法測量手術(shù)側(cè)的AO’和FO’。（AO+FO）-（AO’+FO’）即兩側(cè)聯(lián)合偏心距的差值。非手術(shù)側(cè)股骨小轉(zhuǎn)子上緣與雙側(cè)淚滴下緣連線的垂直距離定義為LL，手術(shù)側(cè)定義為LL’，LL-LL’即手術(shù)后兩側(cè)腿長的差值?！螧OC即髖臼杯的外展角度

九、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

利用SPSS 20.0軟件（IBM公司，美國）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)手術(shù)前后數(shù)據(jù)的比較采用配對t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法。一致性分析采用Kappa檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)取雙側(cè)α=0.05。

結(jié) 果

一、假體型號(hào)預(yù)測的準(zhǔn)確性

人工智能組髖臼杯和股骨柄假體型號(hào)的預(yù)測吻合率分別為95.5%（42/44）、88.6%（33/44），均高于傳統(tǒng)模板組的75.0%（39/44）、65.9%（29/44），組間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=7.311，P=0.007；χ2=6.471，P=0.011；表2）。

表2 兩組假體型號(hào)預(yù)測吻合率的比較（例）

二、傳統(tǒng)模板組兩名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性評價(jià)

傳統(tǒng)模板組兩名醫(yī)生針對髖臼側(cè)和股骨側(cè)假體型號(hào)預(yù)測的Kappa檢驗(yàn)值分別為0.0553 和-0.0265，說明兩名醫(yī)生對同一組手術(shù)病人術(shù)前假體型號(hào)預(yù)測的一致性差。

三、手術(shù)后影像學(xué)測量的比較

兩組髖臼杯外展角的規(guī)劃值均為45°，傳統(tǒng)模板組和人工智能組的實(shí)際值分別為38.68°±4.33°，40.39°±4.74°，組內(nèi)分別與規(guī)劃值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=9.667，P＜0.001；t=6.447，P＜0.001）。傳統(tǒng)模板組股骨頸截骨位置的規(guī)劃值為（8.86±2.25）mm，實(shí)際值為（10.75±3.62）mm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.406，P=0.001）；人工智能組股骨頸截骨位置的規(guī)劃值為（8.45±3.26）mm，實(shí)際值為（10.97±3.04）mm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.849，P＜0.001）。

人工智能組手術(shù)后偏心距和肢體長度的差值均較傳統(tǒng)模板組更小，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

表3 兩組術(shù)后偏距差和肢體長度差的組間比較（±s，mm）

表3 兩組術(shù)后偏距差和肢體長度差的組間比較（±s，mm）

組別傳統(tǒng)模板組人工智能組t值P值例數(shù)44 44--偏心距差值7.18±3.29 4.73±2.97 3.669＜0.001肢體長度差值5.51±2.56 3.42±2.32 4.013＜0.001

四、術(shù)后隨訪

手術(shù)并發(fā)癥方面，兩組各有1 例手術(shù)中發(fā)生股骨柄植入時(shí)股骨距局部骨質(zhì)劈裂骨折，均進(jìn)行鋼絲捆扎處理，術(shù)后6 周以后逐漸開始患肢負(fù)重功能鍛煉。另外，傳統(tǒng)模板組出現(xiàn)1例手術(shù)后5天假體前脫位，給予麻醉下閉合復(fù)位成功，復(fù)位后患肢屈髖外展位保護(hù)6 周逐步開始下地負(fù)重康復(fù)訓(xùn)練。隨訪期間，兩組病人均無感染、異位骨化、假體松動(dòng)等并發(fā)癥發(fā)生。

傳統(tǒng)模板組平均隨訪12 個(gè)月（2.8～22.8 個(gè)月），人工智能組平均隨訪9 個(gè)月（3.0～15.5 個(gè)月）。末次隨訪時(shí)，傳統(tǒng)模板組和人工智能組的Harris 評分分別為（80.29±2.89）分、（80.95±3.23）分，F(xiàn)JS評分分別為（81.25±5.48）分、（82.13±4.29）分，組間比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

討 論

一、人工智能輔助三維規(guī)劃系統(tǒng)在測量精度和效率方面的優(yōu)勢

本研究結(jié)果驗(yàn)證，AIHIP 規(guī)劃系統(tǒng)對髖臼側(cè)和股骨側(cè)假體型號(hào)預(yù)測吻合率均顯著高于傳統(tǒng)模板組。Schiffner等［10］學(xué)者利用數(shù)字化二維和三維兩種不同模板測量軟件進(jìn)行對比研究，結(jié)果顯示三維測量組的吻合率高于二維測量組（髖臼杯：86.2%vs.80.1%，P=0.01；股骨柄：94%vs.83.6%，P=0.01）。Huo 等［12］的一項(xiàng)前瞻性研究中，利用AIHIP 軟件、3DMimics 軟件以及2D數(shù)字化模板測量方法對同一組研究對象進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，按照以相差1 個(gè)型號(hào)及完全吻合視為術(shù)前計(jì)劃與實(shí)際吻合，計(jì)算吻合率，結(jié)果同樣提示三維規(guī)劃測量對假體型號(hào)預(yù)測的準(zhǔn)確率更高。

THA 術(shù)前規(guī)劃的目的是最大限度恢復(fù)雙下肢等長、重建患側(cè)肢體偏心距，單純股骨偏心距無法反映臼杯位置的變化，聯(lián)合偏心距是在股骨偏心距基礎(chǔ)上，增加了股骨頭旋轉(zhuǎn)中心至垂直于淚滴連線切線的距離。Robinson等［13］和Mahmood等［14］的研究表明，有效重建聯(lián)合偏心距可以更好地恢復(fù)下肢功能。追溯以往國外的研究結(jié)論，偏距差和下肢長度差控制在5 mm 或者6 mm 以內(nèi)，可以有效減少人工關(guān)節(jié)的磨損、避免臀中肌無力、改善術(shù)后髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度及下肢步態(tài)［11，15-17］。本研究兩組病人術(shù)后X 線影像測量結(jié)果提示人工智能組術(shù)后偏距差和下肢長度差更小（P＜0.05），且均控制在5 mm 以內(nèi)。三維測量方法對假體型號(hào)預(yù)測和肢體長度、偏心距重建的精度明顯高于二維測量方法，得益于其不受放大率的干擾，測量時(shí)骨盆和股骨的方向可以有效矯正，其中，股骨的位置矯正對二維測量精度有直接影響，因?yàn)槎S影像是對骨骼的前后位投影所得，股骨的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)會(huì)造成投影出的股骨頸長度和頸干角度不能體現(xiàn)真實(shí)的數(shù)據(jù)，從而影響術(shù)前評估和股骨假體的選擇，這也可以解釋研究結(jié)果中傳統(tǒng)二維模板組下肢長度差、偏心距差值比人工智能三維組更大。

個(gè)體的股骨偏心距、頸干角存在較大的變化范圍，在股骨自身解剖參數(shù)中，偏心距與頸干角顯著相關(guān)，本研究中提供的生物型股骨柄有不同的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：Corail 標(biāo)準(zhǔn)柄的頸干角為135°，不同型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)柄頸長完全相同；高偏柄是在標(biāo)準(zhǔn)柄基礎(chǔ)上單純增加了7 mm 偏心距；內(nèi)翻柄是在標(biāo)準(zhǔn)柄基礎(chǔ)上減少了10°頸干角，使其較標(biāo)準(zhǔn)柄同樣增加7 mm偏心距，同時(shí)內(nèi)翻柄的錐度比標(biāo)準(zhǔn)柄垂降4 mm。這三種不同的設(shè)計(jì)是為了迎合個(gè)性化的生理頸干角度和偏心距。高偏柄和內(nèi)翻柄均是高偏心距設(shè)計(jì)，均較標(biāo)準(zhǔn)柄增加了7 mm偏心距，如果術(shù)者在術(shù)前沒有獲知這些解剖特點(diǎn)，僅憑臨床經(jīng)驗(yàn)，術(shù)中很難準(zhǔn)確選擇股骨柄的類型，進(jìn)而可能造成術(shù)后肢體長度和偏心距明顯偏差，給病人帶來關(guān)節(jié)功能不良、滿意度下降等后果，因?yàn)檫@一點(diǎn)，在研究設(shè)計(jì)方面，術(shù)前規(guī)劃信息對術(shù)者沒有采用盲法。

在測量的時(shí)效性方面，AIHIP軟件系統(tǒng)創(chuàng)新性采用點(diǎn)云渲染技術(shù)來實(shí)現(xiàn)骨盆和股骨的表面成像［18］，使得髂前上棘、恥骨聯(lián)合、股骨小轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵解剖位點(diǎn)的識(shí)別精度有效提高，軟件還采用深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能分割技術(shù)，這些創(chuàng)新技術(shù)使其在提高測量精度的同時(shí)也大大提高了工作效率，吳東等［8］的研究中計(jì)算了AIHIP軟件規(guī)劃平均耗時(shí)僅約5 min。Huo 等［12］的前瞻性對比研究中也指出，AIHIP軟件規(guī)劃的耗時(shí)為（3.91±0.64）min。

二、單純術(shù)前智能影像規(guī)劃方案很難精準(zhǔn)付諸于術(shù)中操作實(shí)施

精準(zhǔn)的術(shù)前計(jì)劃與術(shù)中良好的假體安放相結(jié)合才能得到滿意的影像學(xué)結(jié)果。AIHIP三維規(guī)劃軟件系統(tǒng)提供髖臼杯假體模擬安放和股骨頸的模擬截骨，髖臼側(cè)的規(guī)劃可以更加直觀地呈現(xiàn)髖臼杯與病人髖臼結(jié)構(gòu)的匹配關(guān)系，特別是與髖臼前后壁的匹配關(guān)系，是在二維模板規(guī)劃中無法實(shí)現(xiàn)的。股骨側(cè)規(guī)劃時(shí)股骨頸截骨位置的預(yù)測決定了術(shù)中生物型股骨柄假體良好壓配的位置。本研究中對髖臼杯外展角度和股骨頸截骨位置進(jìn)行測量，并對術(shù)前規(guī)劃值和術(shù)后實(shí)際值進(jìn)行比較分析，結(jié)果提示兩組的實(shí)際值與規(guī)劃值都存在顯著差異，說明術(shù)者對于髖臼杯的打入方向、股骨頸截骨位置的確認(rèn)沒有更為精確的導(dǎo)向工具，仍然存在經(jīng)驗(yàn)性操作，從而產(chǎn)生與術(shù)前規(guī)劃的偏差。

Buller等［19］曾嘗試?yán)眯g(shù)前3D打印個(gè)性化導(dǎo)板（Patient-Specific Instrumentation, PSI），術(shù)中引導(dǎo)髖臼窩的磨挫方向和控制臼杯假體的植入方向。Schneider 等［20］的研究則是術(shù)中采用3D 打印股骨頸截骨導(dǎo)板進(jìn)行精確截骨，研究闡述這有利于匹配恰當(dāng)?shù)墓晒潜袤w型號(hào)、有效控制肢體長度，而且更適用于直接上方入路等微創(chuàng)手術(shù)入路。吳東等［21］利用AIHIP 軟件，配合Mimics 等軟件同時(shí)設(shè)計(jì)了髖臼磨銼和臼杯植入3D打印導(dǎo)向工具和股骨頸截骨導(dǎo)板，嘗試計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，通過臨床驗(yàn)證和術(shù)后影像測量，假體型號(hào)、大小、位置、角度等參數(shù)與術(shù)前計(jì)劃一致。隨著近年來機(jī)器人/機(jī)械臂輔助人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的興起，三維術(shù)前規(guī)劃聯(lián)合術(shù)中機(jī)器人機(jī)械臂的精確導(dǎo)向可能是提高假體植入精度的更好手段，需要進(jìn)一步的研究來探討。

綜上，人工智能技術(shù)輔助三維規(guī)劃方法對THA手術(shù)假體型號(hào)的預(yù)判以及對手術(shù)后患側(cè)肢體偏心距和肢體長度的重建更加精準(zhǔn)。手術(shù)病人個(gè)體化的股骨頸干角度、股骨頸長度，應(yīng)當(dāng)通過術(shù)前模板測量來選擇接近解剖頸干角的股骨柄假體，更好地實(shí)現(xiàn)肢體長度和偏心距的重建。單純的三維術(shù)前規(guī)劃并未對術(shù)中髖臼杯的安放角度、深度以及股骨柄壓配的位置作精準(zhǔn)導(dǎo)向和控制。未來，三維術(shù)前規(guī)劃結(jié)合術(shù)中3D 打印導(dǎo)向工具或者加入機(jī)器人機(jī)械臂的精準(zhǔn)執(zhí)行力，將是進(jìn)一步研究的方向。

本研究存在一定的局限性：①術(shù)后測量仍然基于二維X 線影像，不能規(guī)避因?yàn)閿z片投照角度的偏差帶來的測量誤差，無法對術(shù)后髖臼杯前傾角度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和評價(jià)；②研究沒有設(shè)計(jì)雙盲對照，術(shù)者獲得兩種術(shù)前規(guī)劃測量的關(guān)鍵信息后進(jìn)行手術(shù)，雖然在一定程度上提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性和效率，但是術(shù)者難免受規(guī)劃信息，特別是假體型號(hào)的心理暗示作用，可能對研究結(jié)果造成影響；③研究中入組的手術(shù)病例只有少數(shù)是復(fù)雜初次THA，如髖關(guān)節(jié)髖臼側(cè)或者股骨側(cè)結(jié)構(gòu)破壞相對嚴(yán)重的病例，在以后的研究中更多的復(fù)雜手術(shù)應(yīng)當(dāng)被納入，用以進(jìn)一步測試人工智能輔助三維規(guī)劃系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。