数字化模板计划在直接前方入路人工全髋关节置换术中的应用研究

Abstract

目的

探究术前数字化模板计划用于直接前方入路（direct anterior approach，DAA）人工全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）的准确性，及其对近期疗效的影响。

方法

回顾分析 2016 年 1 月—2018 年 5 月收治并符合选择标准的 77 例（109 髋）采用 DAA 行 THA 治疗的股骨头缺血性坏死患者临床资料。其中，40 例（56 髋）术前采用数字化模板计划（A 组），37 例（53 髋）采用传统模板计划（B 组）。两组患者年龄、性别、体质量指数、股骨头缺血性坏死分期以及术前 Harris 髋关节评分（Harris hip score，HHS）比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。记录两组手术时间、术中出血量、术中透视次数及并发症发生情况。比较术前计划与实际假体安放型号，并计算符合率。于术后 3 个月骨盆正位 X 线片测量髋臼杯假体外展角及股骨柄假体力线。采用 HHS 评分评价髋关节功能恢复情况。

结果

A 组髋臼侧术前计划与实际安装假体型号符合率为 80.4%（45/56），明显高于 B 组的 62.3%（33/53）（χ²=4.38，P=0.04）；A 组股骨柄侧符合率为 83.9%（47/56），与 B 组的 79.2%（42/53）比较差异无统计学意义（χ²=0.40，P=0.53）。A、B 组髋臼杯假体外展角分别为（40.7±6.4）、（38.8±7.3）°，股骨柄假体力线偏差（0.1±1.8）、（0.3±1.7）°，差异均无统计学意义（P>0.05）。随访期间无假体下沉、松动等并发症发生。A 组手术时间、术中透视次数均较 B 组明显减少（P<0.05），术中出血量差异无统计学意义（t=1.92，P=0.06）。A 组 1 髋、B 组 6 髋发生并发症，组间差异无统计学意义（P=0.06）。两组患者均获随访，A 组随访时间 6～22 个月，平均 13.8 个月；B 组为 6～24 个月，平均 14.6 个月。末次随访时 A、B 组 HSS 评分分别为（91.8±3.1）、（92.6±4.2）分，组间差异无统计学意义（t=1.14，P=0.26）。

结论

DAA 行 THA 术前行数字化模板计划准确性高，在不增加并发症发生风险的同时可以减少手术时间及术中透视次数。

目前，直接前方入路（direct anterior approach，DAA）已越来越多应用于人工全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）^[1-2]。DAA 是通过阔筋膜张肌及股直肌间隙入路，与其他手术入路相比具有软组织损伤小、关节稳定性高、术后康复快等优势^[3-5]。但对于肥胖、肌肉发达、短股骨颈等类型患者，采用该入路手术难度大，加之不同医生 DAA 学习曲线存在较大差异^[6]，导致发生假体位置不佳以及术中、术后并发症的风险更高^[7-8]。为了降低此类风险的发生，准确的术前计划是关键。

数字化模板计划是在 THA 术前通过计算机系统测量影像学资料，预估假体安放位置及型号。既往研究表明，后外侧入路 THA 术前采用数字化模板计划准确性及可靠性高^[9-11]，但用于 DAA 的 THA 疗效尚无深入研究。为此，我们回顾分析了 2016 年 1 月—2018 年 5 月中国人民解放军总医院第一医学中心采用 DAA 行 THA 的股骨头缺血性坏死患者临床资料，探讨术前数字化模板计划的准确性及其对近期疗效的影响。

1. 临床资料

1.1. 一般资料

纳入标准：① 单侧或双侧股骨头缺血性坏死；② 年龄>18 岁；③ 经术者评估可应用 DAA 行 THA 治疗；④ 随访时间>6 个月；⑤ 手术均由同一位医生完成，双髋患者均行同期手术。排除有髋部手术史者。2016 年 1 月—2018 年 5 月中国人民解放军总医院第一医学中心关节置换数据库中共 3 285 例患者接受 THA，其中 77 例（109 髋）符合选择标准纳入研究。其中 40 例（56 髋）术前采用数字化模板计划（A 组），37 例（53 髋）采用传统模板计划（B 组）。

A 组：男 33 例，女 7 例；年龄 24～77 岁，平均 43.1 岁。体质量指数（body mass index，BMI）（23.0±3.0）kg/m²。单髋 24 例，双髋 16 例。股骨头缺血性坏死 Ficat 分期：III 期 20 髋、IV 期 36 髋。术前 Harris 髋关节评分（Harris hip score，HHS）为（48.1±13.7）分。

B 组：男 28 例，女 9 例；年龄 23～64 岁，平均 39.3 岁。BMI 为（22.8±3.0）kg/m²。单髋 21 例，双髋 16 例。股骨头缺血性坏死 Ficat 分期：III 期 22 髋、IV 期 31 髋。术前 HHS 评分为（52.8±11.5）分。

两组患者年龄、性别、BMI、股骨头缺血性坏死分期以及术前 HHS 评分比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。

1.2. 术前计划

两组患者术前摄骨盆正位 X 线片，拍摄时放置参照物，直径 50 mm。评估患者 X 线片后，测量模板选用 Pinnacle 髋臼杯假体及 Trilock 股骨柄假体（DePuy 公司，美国）。其中，A 组于骨盆正位 X 线片上使用 Ortho View 软件（Materialise 公司，比利时）制定数字化模板计划（图 1）。B 组采取传统胶片测量法进行术前计划。所有模板测量均由两名高年资医生独立完成，如存在争议，则由术者进行裁定后确定术前计划。

图 1.

Preoperative digital-template planning of group A

A 组术前数字化模板计划

a. 单髋 THA；b.双髋 THA

a. Unilateral THA; b. Bilateral THAs

1.3. 手术方法

两组患者于全麻下取平卧位，常规双下肢消毒铺单。采取 DAA 逐层切开显露股骨颈并截骨，取出股骨头后显露髋臼，髋臼锉保持外展 40°、前倾 15° 磨锉髋臼，安装合适型号髋臼杯试模；C 臂 X 线机透视确定假体位置满意后，安装合适髋臼杯假体及陶瓷内衬，否则重复操作至假体位置合适。然后进行股骨近端开口并依次磨锉髓腔，安装合适型号股骨柄假体试模；C 臂 X 线机透视确定假体位置满意后，安装合适型号股骨柄假体，否则重复操作至假体位置合适。安装股骨头假体，测量下肢长度及测试髋关节稳定性满意后，冲洗切口，关节腔内注入 1% 氨甲环酸 25 mL，逐层缝合切口。

1.4. 术后处理及疗效评价指标

两组患者术后处理一致。术后 24 h 内常规使用抗生素预防感染，35 d 内应用利伐沙班抗凝治疗。术后 24 h 内指导患者下床行走并开始功能锻炼。

记录两组手术时间、术中出血量、术中透视次数及并发症发生情况。比较术前计划与实际假体安放型号，以相差 1 个型号视为术前计划与实际符合，计算符合率。术后 3 个月摄骨盆正位 X 线片，使用 Ortho View 软件测量髋臼杯假体外展角及股骨柄假体力线，比较股骨柄假体力线与髓腔力线的差异；根据 Murray^[12]对于外展角的定义，本研究选择影像学外展角作为髋臼杯假体外展角。随访期间采用 HHS 评分评价髋关节功能恢复情况。

1.5. 统计学方法

采用 SPSS19.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本 t 检验，组内手术前后比较采用配对 t 检验；计数资料以率表示，组间比较采用 χ² 检验或 Fisher 确切概率法。检验水准 α=0.05。

2. 结果

2.1. 术前计划准确性评价

A 组髋臼侧术前计划与实际安装假体型号符合率为 80.4%（45/56），明显高于 B 组的 62.3%（33/53），差异有统计学意义（χ²=4.38，P=0.04）；A 组股骨柄侧术前计划与实际安装假体型号符合率为 83.9%（47/56），与 B 组的 79.2%（42/53）比较，差异无统计学意义（χ²=0.40，P=0.53）。两组术前计划与实际安放型号比较结果详见表 1。

表 1.

Comparison of preoperative planning and practical prosthesis size in 2 groups

两组术前计划与实际安放型号比较结果

组别 Group	髋数 n	髋臼侧 Acetabula						股骨柄侧 Femoral stem
		−2	−1	0	+1	+2		−2	−1	0	+1	+2
A	56	2	11	21	13	9		3	8	25	14	6
B	53	8	7	19	7	12		7	10	18	14	4

术后 3 个月 X 线片测量，A、B 组髋臼杯假体外展角分别为（40.7±6.4）、（38.8±7.3）°，差异无统计学意义（t=1.47，P=0.15）；股骨柄假体力线偏差（0.1±1.8）、（0.3±1.7）°，差异无统计学意义（t=0.10，P=0.92）。X 线片复查显示，随访期间无假体下沉、松动等并发症发生。见图 2。

图 2.

Anteroposterior X-ray films of a 45-year-old female patient with right osteonecrosis of the femoral head in group A

A 组患者，女，45 岁，右侧股骨头缺血性坏死正位 X 线片

a. 术前设计；b. 术后 3 个月；c. 术后 15 个月

a. preoperative digital-template design; b. At 3 months after operation; c. At 15 months after operation

2.2. 临床疗效评价

A 组手术时间为（68.1±11.8）min、术中透视（1.6±0.8）次，较 B 组的（72.5±10.6）min、（2.1±0.9）次明显减少，差异均有统计学意义（t=2.04，P=0.04；t=3.05，P=0.00）。A、B 组术中出血量分别为（248.2±160.1）、（201.9±75.3）mL，差异无统计学意义（t=1.92，P=0.06）。A 组 1 髋发生切口渗液；B 组 6 髋发生并发症，其中术中股骨大粗隆骨折 2 髋，术后切口渗液 1 髋、异位骨化 2 髋、关节脱位 1 髋；两组并发症发生率比较，差异无统计学意义（P=0.06）。

两组患者均获随访，A 组随访时间 6～22 个月，平均 13.8 个月；B 组为 6～24 个月，平均 14.6 个月。两组患者术后疼痛及关节功能均明显改善，末次随访时 A、B 组 HSS 评分分别为（91.8±3.1）、（92.6±4.2）分，均较术前明显改善（t=22.70，P=0.00；t=23.62，P=0.00），但组间比较差异无统计学意义（t=1.14，P=0.26）。

3. 讨论

THA 术前准确、可靠计划直接影响手术疗效。传统胶片测量法是对 X 线片进行手工测量，存在较大误差。何金鹏等^[13]及张学军等^[14]采用国产软件进行模板测量，但由于假体数据库不全及分辨率限制，影响了术前计划的准确性。大量研究表明，采用 Ortho View 软件测量 X 线片制定的术前计划准确性高^[15-17]，本研究 A 组即选择该方法。Heep 等^[18]使用硬币作为 X 线图像比例尺提高了测量精度，但在大尺寸假体测量时仍存在较大误差。研究表明，采用 DAA 进行 THA 时出现股骨侧假体型号偏小的风险是采用后外侧入路的 3 倍^[19]。为进一步提升数字化模板计划的精度，本研究使用了特制的显影标记物作为影像学校正标尺，并在摄片时将其标准化放置，为测量提供精准的比例尺。本研究传统及数字化模板计划比较结果显示，两组股骨侧假体术前计划及实际安装假体型号符合率差异无统计学意义，但髋臼侧 A 组符合率更高。此外值得注意的是，两组尚有一部分假体实际安放型号与术前计划未完全符合，我们认为其原因可能是 X 线片为二维图像，其测量结果即使达到很高精度，但在实际选择假体时还需考虑髋臼侧前后壁骨量、股骨近端开口等问题。

此外，DAA 的 THA 存在假体安放难度大、耗时长等问题。THA 术中透视可以改善假体安放位置，降低假体相关并发症发生率，提升关节预后^[20]，但是患者及术者均面临辐射暴露风险^[21]。同时，由于条件限制，绝大多数手术室仅能使用 C 臂 X 线机进行术中透视，可能增加感染风险^[22]。本研究中，A 组手术时间及术中透视次数均较 B 组明显减少。我们认为这可能是因为数字化模板计划更准确，术中减少髋臼侧磨锉次数，即可获得合格覆盖率的髋臼窝，从而减少了髋臼试模安放次数、术中透视次数，髋臼假体安放更快，手术时间也随之减少。同样股骨侧假体安放时，术者也可依据精准术前计划进行股骨侧准备，减少磨锉、试模和透视次数并缩短手术时间，也能获得满意手术疗效。本研究中两组患者髋关节功能均明显改善，HHS 评分较术前显著提高，但总体随访时间较短，远期结果有待进一步观察。

本研究两组并发症发生率差异无统计学意义。A 组 1 髋切口并发症，B 组除切口渗液外，还出现大粗隆骨折及脱位。该结果提示在保证术者手术技术前提下，数字化模板计划的应用不会造成并发症发生率的提升。但本研究例数有限，应用数字化模板能否降低术中并发症的发生还需更大样本进行研究。

随着计算机技术的普及，数字化模板将更多地应用于关节置换术中。本研究结果显示在 DAA 的 THA 术前制定数字化模板计划准确性高，在不增加并发症发生率的同时可以减少手术时间及透视次数，具备较强的临床适用性。

作者贡献：曹正、杨伟负责数据收集整理及文章撰写，杨敏之、孔祥朋、王毅、郭人文负责统计分析，陈继营、柴伟负责科研设计及实施。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。

机构伦理问题：研究方案经中国人民解放军总医院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（81772320）

National Natural Science Foundation of China (81772320)