成人髋臼发育不良髋臼重建的数字骨科技术应用及相关研究

赵阳，王丹，陈世荣

（重庆医科大学附属第二医院 骨科，重庆）

0 引言

发育性髋关节发育不良（developmental dysplasia of hip，DDH）是髋部畸形常见疾病之一，尤其对于高脱位的III及IV型患者髋部畸形更加严重，由于长期处于脱位或半脱位 的状态，负重区出现软骨退变，软骨下骨坏死，因此常常合并严重的髋关节骨关节炎[1]。目前对于DDH的明确病因尚不清楚，在最新的ACR指南中指出引起发育性髋关节发育不良的主要三个高危因素为：臀位生产、家族史、女性[2]。由于其髋关节结构的紊乱，髋臼壁的广泛缺损，髋关节的高脱位的状态，行全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）将是对骨科医师的一次巨大考验。但同时人工全髋关节置换术也是治疗发育性髋关节发育不良继发严重骨关节炎，缓解患者症状的主要手段[3]。Hartofilakidis[4]等阐述了DDH的形态学改变通常表现为：髋臼上方骨缺损，同时继发于关节炎的髋臼变浅，高脱位型存在整个髋臼周缘的缺损、髋臼浅、开口小、前倾过度增大及髋臼骨储备分布异常。人工全髋关节置换术是治疗髋关节疾病的主要方法，能解除关节疼痛、使关节功能得以恢复、维持关节稳定性等优点。同时假体植入位置不正确是导致全髋关节置换术后关节不稳定甚至假体脱位的重要原因[5-6]。因此髋臼重建对于全髋关节置换术后患者假体生存率、患者患肢功能及术后生活质量至关重要。本文拟结合目前数字骨科技术在发育性髋关节发育不良中对于髋臼重建的相关研究略作一综述。

1 临床表现与分型

发育性髋关节发育不良临床表现通常为腹股沟区的疼痛、跛行，活动后疼痛加重，当出现盂唇撕裂及关节软管损伤时可能出现关节弹响、绞锁、黏滞感、下肢无力感[7]。青少年早期多无明显症状，或仅有轻微不适感。随年龄增加，症状逐渐出现症状，表现为形式各异、程度不等的疼痛。疼痛可反射至膝关节前内侧，表现出膝关节周围疼痛。症状明显时可出现髋关节功能受限。

目前对于髋关节发育不良的相关分型较多，最主要、临床使用最多的为Hartofilakidis分型和Crowe分型。Hartofilakidis根据脱位程度将DDH分为三型：A型半脱位，股骨头呈半脱位状态，仍位于髋臼内，髋臼变浅；B型低脱位组，股骨头向上形成假臼，但假臼与真臼有重叠部分；C型高脱位组，股骨头高脱位与髂骨翼形成关节，在高处形成假臼，真臼发育扁平。Crowe等[8]通过股骨头上移的距离以量化的指标进行分型：Ⅰ型脱位高度＜50%股骨头高度，或＜10%骨盆高度; Ⅱ型脱位高度为50%～75%股骨头高度，或10%～15%骨盆高度; Ⅲ型脱位高度为75%～100%股骨头高度，或15%～20%骨盆高 度; Ⅳ型脱位高度＞100%股骨头高度，或＞20%骨盆高度。

2 数字骨科技术的相关应用

2.1 髋臼发育不良形态学分析

Yang等人[9]通过对79例Crowe(I-IV)髋臼发育不良患者骨盆图像行数字化模拟，在3D环境中动态分析了患侧髋臼形态特点，Crowe I型及IV型髋臼边缘较II型、III型更加完整，Crowe I型/III型由于其真臼与假臼的重叠，髋臼上方骨质缺损更为严重，骨性覆盖相对更少，CroweI-III型髋臼前柱及后柱较为完整，Crowe IV 髋臼开口形态呈锐角三角形同时伴有严重的骨缺损及过大的髋臼前倾角。Wang等人[10]通过数字模拟技术对60名发育性髋关节发育不良患者髋臼行术前重建模拟，DDH患者大部分髋臼前浅平、前倾角大、髋关节前外侧对股骨头覆盖明显缺损，根据每位患者髋臼形态制定手术方式。Xu等人[11]通过数字重建软件比较了76例发育不良髋臼与61例正常髋臼月状面形态，从总体趋势而言，髋臼发育不良患者月状面普遍存在旋转，与正常髋关节相比，发育不良的髋关节显示出月牙表面的总面积大小和相对面积大小显著减小。Bosse等人[12]通过数字模拟髋臼形态，得出发育不良的髋臼骨量情况不仅在单一维度上不足，而且在整体上也是不足的。患侧髋臼狭长，半脱位的股骨头位于髋臼后上方，随着脱位程度的增加，髋臼逐渐变浅。通过数字模拟分析髋臼形态学特征，可实现虚拟模拟，动态立体观察髋臼各部位情况，更加准确、清晰的了解髋臼几髋臼周围形态。

2.2 关于发育不良髋臼的相关模拟测量与分析

Yang等人[9]在髋臼发育不良形态学分析的基础之上，对患者患侧髋臼进行模拟臼杯植入，测量了每位患者有效CE角、sharp CE角、髋臼内侧壁的最小厚度。得出髋臼发育不良Crowe II/III型患者有效CE角最小，sharp CE角最大，Crowe IV型平均髋臼内侧壁最小厚度值最小。Sakemi等人[13]通过数字化软件模拟臼杯植入发育不良髋臼，通过向前后以2mm增量移动臼杯10mm、以向上10mm的增量移动臼杯20mm观察臼杯处于不同旋转中心下臼杯覆盖率及髋关节活动度的情况。得出与旋转中心垂直上移比较，旋转中心向后上方移动达到cup-CE角＞0°的例数更多。旋转中心上移10mm时臼杯覆盖率最大。由于髋关节存在撞击，旋转中心上移及后移将减小屈曲及内旋度数，而外旋及伸直功能无明显受限。Xu等人[14]通过模拟分析于患侧髋臼建立坐标系移动臼杯观察臼杯覆盖率情况，同时术中于真臼后上方固定臼杯，早期随访患者无假体松动及翻修情况。Liu等人[15]通过MPR技术，对21例患者进行骨盆重构，分析了Crowe I型及II/III型内侧壁最小厚度，同时得出髋臼内侧壁的骨量与半脱位程度和髋臼深度相关。Yoshitani等人[16]通过对42名髋臼发育不良Crowe IV患者行形态学几何分析，确定了CroweIV髋臼形态为特殊三角形，旋转中心固定的最佳位置并不是位于真臼处而是位于髋臼后上方骨质区域。当将1/3髋臼后壁定义为髋臼组件中心位置的界标时，髋臼组件植入将接近理想的位置，同时有助于防止使用较小尺寸的臼杯或破坏髋臼前壁。

2.3 通过CT导航系统辅助行全髋关节置换术

Ueoka等人[17]使用CT导航系统对CroweIV型和I型髋臼发育不良进行全髋关节置换术，得出两组在术前计划和术后记录关于髋臼组件大小，角度（倾斜度，前倾角）和3D位置方面无明显差异。证明了导航系统在全髋关节置换术的准确性。通过使用基于CT的导航系统，即使对于Crowe IV型，也可以准确植入髋臼组件。CT的导航系统是一种非常有用的术中工具，尤其是对于严重的骨盆畸形（例如Crowe型IV）而言。Tsutsui等人[18]评估了基于CT的导航系统对DDH患者THA中杯的对准和空间定位的功效。比较了导航组与非导航组术后杯的对准及空间定位，证明使用基于CT的导航系统的THA在DDH患者的全髋关节置换术术中获得了非常精准的臼杯角度及空间定位。Inori等人[19]在对80例发育性髋关节发育不良患者行全髋关节置换术使用无图像导航技术，在术中对臼杯杯高及中位度进行定位和导航，所得到的实验结果在临床中是令人满意的。目前，在关节置换术手术过程中，导航系统的使用能使假体的定位更加准确，使髋关节功能得到明显改善[20,21]。

2.4 发育性髋关节发育不良髋臼重建的相关有限元分析

有限元是集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元分析（FEA）方法在骨科方面已被确立为计算植入骨中变形，应变和应力模式的另一种工具[22,23]。有限元（FE）模型可在植入物骨结构中提供三维（3D）应变预测，并能够分析无法通过实验测量应变的区域中已形成的应力和应变场。髋臼发育不良，解剖结构异常，髋部力学从而相应发生改变。Zhao等人[24]通过对DDH患者髋臼模拟髋臼周围截骨（PAO），观察到了髋臼受力的变化情况，同时得出DDH模型显示髋臼边缘和接触股骨头的应力集中，并且应力值较高。PAO后模型显示髋臼和股骨头的应力分布接近正常模式，应力集中区域从外侧向内侧移动。在严重的髋臼发育不良模型中，应力分散尤其明显。Tikhilov等人[25]通过有限元分析严重发育性髋关节发育不良的患者在全髋关节置换术中估计了能够安全地固定髋臼组件的未覆盖面的临界值。证实了在满足髋关节稳定地可以将髋臼假体在不使用螺钉的情况下未覆盖部分可以达到25%，在使用两枚螺钉的情况下髋臼假体未覆盖部分可以达到35%。Lke等人[26]通过有限元分析来研究髋臼发育不良患者髋臼截骨术（RAO）的机械效果，并分析各种放射学测量结果与髋关节机械应力之间的相关性。得出RAO后，DDH患者的髋臼等效应力降低。 CE角，髋臼头指数、髋臼角及髋臼顶角的矫正被认为对于减少髋关节的机械应力很重要。

3 展望与未来

数字骨科技术应用于DDH的相关研究与探讨，提高了人们对于DDH髋臼解剖结构、受力情况等方面的认识，提高了THA假体植入的准确性，通过一系列的模拟、分析尽可能的延长患者假体生存率，降低假体松动、脱位，提高医疗质量与医疗安全，提高患者生活质量，数字骨科技术凭借其模拟性、可重复性、精确性将会进一步提升我们对DDH患者行THA的信心与勇气。