人工智能术前计划在直接前侧入路日间全髋应用

许国松 林梁 刘银平 何振森 莆田市第一医院骨科 （福建 莆田 351100）

内容提要：目的：探讨人工智能（AI）术前计划在直接前侧入路日间全髋应用效果。方法：选取2019年12月～2020年12月的直接前侧入路日间全髋患者66例作为研究对象，采用随机数字表法将患者分为观察组与对照组，各33例；其中观察组采用AI术前计划在直接前侧入路日间全髋术；对照组采用全髋术。结果：观察组33例患者中假体型号符合与对照组患者比较，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义。观察组患者术后双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值与对照组比较，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义；观察组患者术前规划耗时与对照组比较，明显减少，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义。结论：AI技术假体型号匹配准确，术前计划耗时少，并且能够减少术中双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值。

全髋关节置换术（Total Hip Arthroplasty，THA）也称人工髋关节置换术，它是治疗终末期髋关节疾病的常用手术方式，主要是指用生物相容性和机械性能良好的金属材料制成的一种类似人体骨关节的假体，利用手术方法以人工关节置换被疾病或损伤所破坏的关节面，其目的是切除病灶，清除疼痛，恢复关节的活动与原有的功能[1]。人工关节置换具有关节活动较好，可早期下地活动，减少老年患者长期卧床的并发症等优点[2]。但是髋关节结构复杂，扭曲的解剖结构，也为手术带来了一定的难度，若术前不能做出较好的规划，极易导致患者并发症及二次手术的风险增加。随着临床科学技术水平的不断提升，人工智能（Artificial Intelligence，AI）以其自身可视化的特点，能够准确定位病灶，在直接前侧入路日间全髋手术中，可以为医生术前计划提供应用依据，减少因手术操作不当发生并发症的风险概率，并且有着一定的临床推广价值[3]。为了进一步证实AI术前计划在直接前侧入路日间全髋应用效果，本研究选取了2019年12月～2020年12月的直接前侧入路日间全髋患者66例，作为研究对象。具体研究结果报道如下。

1.资料与方法

1.1 临床资料

选取2019年12月～2020年12月的直接前侧入路日间全髋患者66例，作为研究对象，采用随机数字表法将患者分为观察组与对照组，各33例；其中观察组采用AI术前计划在直接前侧入路日间全髋术，其中，男18例，女15例，年龄45～69岁，平均（60.32±3.45岁）；对照组采用全髋术，其中，男17例，女16例，年龄45～69岁，平均（61.54±4.32岁）；两组患者一般资料无明显差异（P>0.05），可以进行对比。

1.2 方法

对照组患者术前仅结合CT影像学等常规检查后，实施全髋手术。观察组采用AI术前计划在直接前侧入路日间全髋术，一般情况下，后入路较难给患者提供前路手术稳定性，因为在进行正常活动时，尤其是在术后即刻期，后路无法为患者提供前路手术稳定性，主要原因是可能发生后脱位。故对患者采取直接前侧入路日间全髋，AI术前计划是通过辅助THA和计算机导航设计，以引来帮助骨科外科医生改进手术计划、部件定位和假体精确植入。通过前入路安全地完成，使用计算机导航辅助髋臼的放置，导航采用神经网络技术对骨质进行分割，结合计算机图形学算法在分割基础上对髋臼进行拟合，计算出髋臼的旋转中心以及半径。利用点识别算法对骨盆双侧髂前上棘进行识别，依靠侧髂前上棘进行骨盆矫正，综合髋臼旋转中心，半径及骨盆矫正的结果，从而将髋臼假体放置在合适的位置，针对每一髋，特别选择前直肌入路。应用AI获得目标窝位置、前倾角和倾斜参数，以及检查组件位置和腿长均衡。病例中的计算机导航主要用于直接前路手术辅助，并且在植入物固定过程中提供手术辅助。通过比预期更小的手术暴露，手术医生使用导航来帮助预测髋关节中心和高度，从而实现准确的组件定位。

1.3 观察指标与判定标准

比较两组患者术前规划假体型号与手术过程中实际应用假体型号符合情况，计分等级为不符合：–2、–1，符合或完全符合0、+1、+2等级。

以两组患者术前及术后即刻髋关节正侧位X射线片，测算患者双侧股骨偏心距、联合偏心距差值以及双下肢长度差值。

1.4 统计学分析

本研究所获数据的处理工作采用SPSS 24.0软件进行，相关计量资料的数据由±s作为表现形式，以t检验，相关计数资料的数据由%作为表现形式，以χ2作为检验方式，P<0.05，差异具有统计学意义。

2.结果

2.1 两组患者术前术中的假体型号符合情况比较

观察组33例患者中假体型号不符合者（1例，3.03%）、符合/完全符合者（32例，96.97%）与对照组患者中假体型号不符合者（5例，15.15%）、符合/完全符合者（28例，84.85%）比较，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义。具体结果见表1所示。

表1.两组患者术前术中的假体型号符合情况比较(n=33,n/%)

2.2 两组术前术后相关指标差值比较

观察组患者术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值与对照组术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值比较，无明显差异[（7.03±0.05），（6.98±0.14）mm，P>0.05]；观察组患者术后双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值与对照组术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值比较，存在显著差异[（2.18±0.01），（5.94±0.23）mm，P<0.05]，统计学有意义；观察组患者术前规划耗时与对照组的术前规划耗时比较，明显减少，存在显著差异[（5.69±9.22），（8.47±0.46）min，P<0.05]，统计学有意义；具体结果见表2所示。

表2.两组术前术后相关指标差值比较(n=33,±s)

表2.两组术前术后相关指标差值比较(n=33,±s)

双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度术后差值(mm)观察组 5.69±9.22 7.03±0.05 2.18±0.01对照组 8.47±0.46 6.98±0.14 5.94±0.23 t 23.412 0.493 21.94 P <0.05 >0.05 <0.05组别 术前规划耗时(min)术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值(mm)

3.讨论

髋关节是人体最大的负重关节。它包括两个主要的部分：股骨近端的球形部分——股骨头被包容在骨盆上的髋臼内；有一条韧带——圆韧带连接着髓臼和股骨头提供了关节的稳定[4]。全髋关节置换术是医学上最成功的手术之一，畸形愈合导致的股骨畸形、先前的截骨术和保留的外科植入物都存在独特的挑战。面对全髋关节置换术的难点，术前掌握病例为基础的图解和手术技术，用于复杂的初次全髋关节置换术中股骨畸形和保留的硬件，有着一定的必要性[5]。相关研究根据全髋关节置换术的现行情况进行了深入讨论，该术式应用传统术式规划所消耗的时间较长，并且规划准确性也相应较低[6]。为了解决这一问题，提出应用AI技术，快速对患者实施术前规划，髋臼或继发性骨关节炎的发展，从患者病情来看，扭曲的解剖结构对临床医师具有挑战性。相关研究面对髋关节炎患者，提出采取经直接前路进行阶段性双侧全髋关节置换术，该术式的全过程操作，强调了术前AI技术的使用，主要依托计算机断层扫描和术中计算机导航的效用，以协助种植安置。提前发现困难的关节成形术病例是必要的，因为这些病例可能需要大量的专业知识和更广泛的手术计划。

本次研究结果显示，观察组33例患者中假体型号不符合者（1例，3.03%）、符合/完全符合者（32例，96.97%）与对照组患者中假体型号不符合者（5例，15.15%）、符合/完全符合者（28例，84.85%）比较，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义。AI术前计划在直接前侧入路日间全髋应用，可以准确定位病灶，匹配符合的假体型号，帮助医师快速完成手术的全过程操作。观察组患者术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值与对照组术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值比较，无明显差异（P>0.05）；观察组患者术后双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值与对照组术前双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值比较，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义；观察组患者术前规划耗时与对照组的术前规划耗时比较，明显减少，存在显著差异（P<0.05），统计学有意义。通过本组研究数据表明，在直接前侧入路日间全髋术中，应用AI进行手术前的设计与规划，手术位置偏差小，并且能够节省传统手术前的设计与规划时间，提高工作效率。

综上所述，AI技术假体型号匹配准确，术前计划耗时少，并且能够减少术中双侧股骨偏心距差值及联合偏心距差值、双下肢长度差值，具有较高的临床价值。