张颖
医院北较场病区骨科
张颖
医院北较场病区骨科
擅长
髌骨脱位，软骨损伤，骨关节炎，运动损伤(半月板损伤，交叉韧带重建，膝关节脱位，髋踝肩关节疾病)，骨髓炎，人工关节置换等
执业经历
骨科医学硕士，年毕业至今一直在骨科工作，师从云南省著名关节外科，关节镜专家丁晶教授，主要擅长于运动医学，髌骨脱位，软骨损伤，运动损伤，骨关节病，关节置换，骨髓
作者：张颖谭洪波占新华刘礼金丁晶
来源：医院北较场病区骨科张颖
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目的
通过徒手与数字化导航模板两种定位方法比较验证数字化导航模板的准确性，评价导航模板在全髋关节置换术的应用价值。
方法
1.选取40例髋关节置换标本，利用术前测量数据，用Solidworks软件、进行髋关节旋转中心定位导航模板的设计，通过金属机械加工技术制作不锈钢实物导航模板。
2.将40例髋关节置换病人随机分为两组，其中一组采用数字化导航模板定位髋关节旋转中心，另一组采用同一临床医生进行徒手定位，两组标本均采用相同定位标准，比较手术效果，评估数字化导航模板定位对全髋置换术旋转中心定位的可行性及准确性。
3.选取临床髋关节病变的患者，设计数字化导航模板在全髋关节置换术中定位旋转中心，术后测量旋转中心定位的准确性，随访髋关节关节功能，采用Harris评分评价临床效果。
结果
1.数字化导航模板定位髋关节旋转中心与术前测量定位的髋关节旋转中心吻合良好。
2.导航模板组对全髋置换术旋转中心定位明显高于徒手组，手术时间明显缩短。
3..数字化导航模板定位准确，术后髋关节功能恢复良好。
结论
1.数字化导航模板技术可为全髋关节置换术旋转中心的定位提供一种新方法。
2.数字化导航模板技术对全髋关节置换术旋转中心的定位更加准确可靠，具有较强实用性。
3.数字化导航模板技术避免了仅凭医生肉眼及临床经验进行定位的主观性，简单，实用，缩短了手术及学习时间，适于初级医师快速学习和掌握。
[关键词]旋转中心数字化导航模板全髋置换定位
材料和方法
髋臼假体的准确定位一直是临床研究的热点和难点。Bosker[1]等认为髋臼杯安放不良可能是THA术后脱位最重要的影响因素之一。首先我们明确影响髋臼杯准确安放的因素。
1.1性别
坎贝尔骨科手术学[2]第十一版提到：侧卧位THA时，由于男女骨性骨盆解剖结构的差异，在安放髋臼杯，女性的外展角容易比目标值偏小，而男性侧容易比目标值偏大。Kohnlein[3]等认为古髋臼的前倾角，外展角在性别上的差异无明显的统计学意义。Mayr[4]等对例患者研究后发现，前骨盆平面（anteriorpelvicplane，APP）之所以可以作为髋臼杯准确植入的有效参考平面也是因为此。Bosker[1]等对例初次THA患者进行多因素回归分析后也发现，性别不是影响髋臼杯安放的重要因素。对于性别是不是影响髋臼杯安放的因素，目前学术界观点不一。
1.2肥胖
肥胖患者的手术切口暴露通常比较困难，影响手术视野。因此为了充分的显露髋臼，助手常需向前用力牵拉股骨，使患者的骨盆发生一定程度的移位。此时如果按照原来的参考平面来安放髋臼杯，常会导致髋臼杯的安放不良。此外，在最后打入髋臼杯时，肥胖的患者常会使术者对方向把握不准，导致原来正确的髋臼杯安放角度发生一定的改变。Dorr[5]等研究发现，在计算机导航系统注册APP时，耻骨联合表面的脂肪厚度影响注册信息的准确性，这在肥胖的患者尤为明显。但Rittimeister[6]，Bosker[11]等研究发现，体重指数也不是影响髋臼杯安放的重要因素。
1.3术者经验
缺乏经验的术者往往会忽略患者侧卧位时骨盆位置的变化。在进行髋臼杯安放时，常常以平行于地面的手术创面作为髋臼杯安放的参考平面，从而出现外展角或前倾角的安放不良。Flamme[7],Bhandari[8],Bosker[9]等研究表明经验丰富的医师对髋臼杯的外展角或前倾角的把握，准确安放髋臼杯明显高于经验缺乏的医师，术后髋关节脱位率明显少于经验不足的医师。
1.4．定位装置
Ybinger[10]等认为传统的髋臼杯定位导向器都有明显的缺点。因为定位髋臼杯时，这些装置都是将手术床面作为参考平面，并假定骨盆位置为标准体位，并没有考虑到患者术前骨盆倾斜以及手术时患者骨盆运动所造成的差异。所以髋臼杯定位导向器可能会产生一种虚假的安全感，单独使用不足以保证髋臼杯放置在合理的位置。Goldstein[11]等认为侧卧位后外侧入路的THR，术中在髋臼缘放置拉钩、打磨髋臼及植入髋臼杯时，使用定位针（垂直于水平面钉入髂骨嵴）和水平仪测量骨盆倾斜度，及时调整手术床的倾斜程度和纠正体位，始终保持定位针与地面垂直。可以排除患者骨盆内外旋转和前后倾斜的影响，提高髋臼杯前倾角放置的准确性，这种方法对于肥胖患者更为实用。Winmer[12]则认为髋臼杯定位导向器虽然没有计算机导航系统的准确性，但它可以解决计算机导航系统所带来的注册和运用所需时间长、费用高昂等问题。
1.5手术入路和切口
Nakamra[13]等认为仰卧位的THR，骨盆的位置相对固定，且医师容易触诊双侧的髂前上棘，有利于评估APP与髋臼杯定位导向器的位置关系，所以术中髋臼杯安放比较准确。然而采用侧卧位的THR，由于对侧的髂前上棘较难触诊，不利于判断APP与髋臼杯定位导向器的位置关系，从而影响髋臼杯的准确安放。
此外,Austin[14],Chiu[15],Kwon[16],Peak[17]等认为仰卧位前入路的THR术后脱位的风险较低，而侧卧位的THR，术前铺巾、消毒机术中髋臼杯的定位装置等都会影响髋臼杯的准确安放。加上认为误差，则会导致髋臼杯安放明显不良。另外，Austin[14]认为手术入路会影响计划好的髋臼杯方位角，主要是前倾角。手术后侧入路的患者采用相对增加的前倾角较为有利，而前侧入路的患者则相反。此外，手术切口大小对于髋臼杯的安放也有影响，Szendroi[16]等对例THR患者的研究发现，小切口（＜px）组的患者髋臼杯的安放不良率较大切口组的高。
1.6骨盆位置
Ezoe[18]等认为术中骨盆位置的变化共有三个方向（如下图1所示）：（1）骨盆沿水平轴（两髂前上棘连线）所发生的旋转称为骨盆前后倾斜；（2）骨盆沿骨盆长轴（垂直水平轴且通过耻骨联合中心的直线）所发生的旋转称为骨盆内外旋转；（3）骨盆沿矢状轴（垂直于水平轴和长轴并且通过两线交点的直线）所发生的旋转称为骨盆内收外展。侧卧位去后外侧入路行THR时，为了暴露髋臼而用拉钩牵拉股骨，常使骨盆发生不同程度的内旋。因此，为了髋臼杯的准确安放，术中应考虑到术中应考虑到骨盆的运动。
图1髋臼三维方向示意图
Padgett[18]等认为由于术前准备、铺巾以及术中对于患肢的牵拉、外展等，也可能造成骨盆的内外旋转或内收外展。Kalteis[19]等研究发现，传统的髋臼杯安放时，骨盆的倾斜对髋臼杯的安放有显著影响。如果术中未考虑骨盆倾斜，即使是有经验的医生或借助定位装置，髋臼杯也可能会安放不良。Tannast[20]等也认为在传统的髋臼杯安放过程中，导致髋臼杯安放不准确的原因主要在于手术时骨盆的位置和倾斜均较难准确判断。Dorr[14]等认为即使利用计算机导航系统并参考APP来决定髋臼杯的理想位置，如果忽视骨盆的倾斜，仍然会存在脱位、磨损增加撞击等风险。
1.7术中参考标志
Soteranos[21]等认为术中骨盆有三个骨性标志（髂骨、耻骨上支和髋臼上缘）可以帮助确定平面，从而有助于髋臼杯的准确安放。尽管在侧卧位时存在对健侧髂前上棘较难触诊的事实，但是目前大多数的骨外科医师仍然参考APP来安放髋臼杯。最近，Dandachli[22]等提出了一个新的使用参考平面：横骨盆平面（trasversepelvicplane,TPP）它依靠双侧的髂后上棘和患侧的髂前上棘。通过CT影像的研究发现，TPP和APP在指导侧卧位髋臼杯安放时具有同样的可靠性。Kim[23]等研究表明，在确定脊柱水平节段时，髂后上棘与髂骨脊相比是更准确的解剖标志。因为对髂后上棘的触诊有明显的可靠性和准确性，但也需要注意的是检查者经验和解剖学差异的影响。Archbold[24]等认为髋臼横韧带是髋臼缘的部分结构，方向与臼缘一致。其位置明显且恒定，不受骨盆位置的变化和髋臼缘退变增生过发育不良等因素的影响，可作为髋臼杯前倾定位的解剖学参考标志。
1.8近年来，计算机导航系统的出现为外科医师术中髋臼杯的测量和校准提供了一种改进的方法，有利于提高髋臼杯安放的准确性。计算机导航的精度是手术导航设备最主要的性能指标，直接影响到髋臼杯的准确安放。它主要受影像漂移、图像数据处理、定位技术、以及软组织厚度等因素的影响[25-29]。其中影像漂移是影响导航精度的主要因素，是导航最大的缺点。许多研究表明虽然导航可以提高髋臼杯安放的准确性，使其与预期的安全范围达到最小的偏差，但必须认识到计算机导航作为一个新鲜的事物必然存在许多不足之处：费用昂贵，操作复杂，具有很高的专业性，不正确的导航信息会加大手术的风险，甚至导致手术失败等。另外，使用计算机导航系统的外科医师必须深入理解导航系统的基本原理，熟悉所有导航系统的特点和不足之处，确保操作的每个环节正确无误，最大限度地降低对导航信息的误解。同时，必须具有丰富的临床经验，必要时采用传统的手术方法来灵活应对，才能发挥其应用价值。
髋臼杯安放的方法
2.1传统定位法
传统方法是依赖髋臼定位器及经验目测定位，主要存在一下几个方面缺陷：（1）在手术台上很难精确地判断出骨盆的准确方位，且操作过程中可引起骨盆位置的变动；（2）术者主观上目测的误差，会造成髋臼假体置入后的外展角、前倾角与患者髋臼原生里角度之间出现较大的偏差；（3）髋臼定位器虽能提供一定的位置参照，但长给术者带来安全假象，特别是当其未能将髋臼试模牢固地安放在髋臼骨床上时；（4）由于术中切口暴露的限制级缺乏可靠的定位标志，术者很难判断髋臼假体的位置和方向是否正确[40]。
2.2计算机辅助下导航定位
手术导航系统是近10年来出现的计算机辅助外科手术的一种新技术。它将多种高新技术与计算机技术位置对相结合应用于外科手术，主要是将患者术前或术中影像学数据域手术床上患者解剖结构准确对应，术中跟踪手术器械对手术进行实时的导航。在计算机上，外科医生可以看到髋臼假体中心相对于原有髋臼中心的位置，科进一步到位地完成假体植入，最大限度地减少手术重复步骤，对假体进行精确、可靠定位[30]。此技术目前虽取得较为满意的手术效果，但还存在许多不足之处：（1）患者必须行术前CT或术中X线多方位透视；（2）术中进行影像数据和患者解剖结构对应匹配，过程复杂，是手术时间延长；（3）增加了患者和医师在X线下暴露的时间；（4）费用昂贵、人为过系统错误风险高、学习曲线长等[1]均是限制其推广的主要问题。
2.3杜浩、赵致良等[31]在9年提出三位重建结合快速成型术制作模板定位髋臼假体。利用患者术前CT数据，通过三维重建、逆向工程设计、并结合快速成形术构建出个体定位导向模板，为解决临床定位髋关节旋转中心提供了有效的方法和制作手段，但也存在很多不足之处。（1）要求对软件的熟练应用使其在临床医生中难以广泛推广，（2）模型的制作需要与具备快速成形机的公司建立长期、默契的合作关系，并且生产的时间较长，患者住院时间长，产生的不利因素多；（3）采用快速成形术制作模板的材料为高分子树脂，可塑性强，但韧性差，不能耐受高温高压，术中很容易变形，导致定位变动，不准确，如采用加厚模板的方法，则费用较高，医院带来不小的负重，不建议推广；（4）该研究处于初步阶段，缺乏大量的临床病例的验证，没有长期的术后随访观察，远期效果不肯定。
2.4本课题设计的数字化导航模板是采用一种新的髋关节旋转中心的定位方法和一种新型的不锈钢材料导航模板。利用患者术前CT数据，准确测量出髋臼切迹宽度、高度、臼杯的大小，无需三维重建髋关节。根据术前测量得到的数据，采用专业的三维绘图软件Solidworks画出导航模板，并生成导航模板的数字加工文件，交由专业的模具生产公司加工生产。导航模板的材料根据高温高压消毒及其强度的要求，并结合其经济实用性的特点，采用了不锈钢材料。此方法很好地重建了患侧髋臼的正常旋转中心。导航模板完全以髋臼表面的局部特征为依据，彻底摆脱了使用定位器时体位改变对假体定位造成误差的影响，解决了定位要依靠术者经验及受体位变化影响的问题。而且，该模板直视下固定于髋臼面，使得模板平行于髋臼面，自带的外展角、前倾角能使术者准确无误的研磨髋臼并安放臼杯，减少了人为因素造成的髋臼研磨误差，使术后疗效更好的达到预期效果。另外，对于许多尚未引进手术医院以及在髋关节置换方面无丰富经验的初学者来说，使用该定位模板具有价格便宜、安全、简便，对髋臼假体定位准确、可靠；无须对关节周围软组织作过多剥离，减少手术窗口及简化手术操作，缩短手术时间，减少手术风险。最后，该技术简单适用，便利，学习曲线短，提高手术效果，值得临床大范围的推广。
临床应用
3.1研究资料及实验分组
选择髋关节病变初次置换的患者39例，排除以下因素：（1）因髋关节肿瘤、髋臼骨折等严重破坏髋臼形状的病例；（2）髋臼假体的方位角和股骨偏心距不在正常范围。随机选择20髋（19人）作为导航模板组（其中1人为双髋），另外20髋作为传统组。男性17人，女性22人，年龄56～78岁，体重56～74kg，其中3例糖尿病患者，5例高血压患者。两组患者术前血压、血糖均等控制在正常范围，手术均由同一医师完成，术中假体均来自美国Biomet公司。
3.2手术方法
手术均有同一医生完成，患者采取全麻，侧卧位。患者采用髋关节外侧入路或后外侧入路均可，术中使用髋臼拉钩充分显露髋臼，其中泪滴拉钩放置于髋臼横韧带下方，以清晰显露髋臼横韧带，如横韧带受到软组织或骨质增生影响而显露不清时，清理至清晰显露为止。通过髋臼横韧带找到Harris窝及髋臼横切迹，显露髋臼前切迹并标记。植入数字化导航模板，调试导航模板，将其卡扣分别扣于横切迹及前切迹处，使得导航模板平行于髋臼面。如模板卡扣不稳，则于导航模板克氏针孔处加以2.0的克氏针钻孔将其固定于髋臼横切迹处，此点为髋臼横切迹连线中点。这样才能保证模板同心圆的圆心即就是髋臼的旋转中心，髋臼锉开口平面与横韧带平行，确保了模板的前倾角定位准确。取下模板，于模板筒孔处插入髋臼杆后，拧入髋臼锉，回扣导航模板，然后沿导航模板同心圆方向，使用髋臼锉磨削髋臼软骨，髋臼锉从小号到大号直到显露髋臼的软骨下骨（即界面有较均匀的点状出血）。检查髋臼窝是否变浅，如因各种原因造成髋臼窝变浅，应先用小号髋臼锉加深髋臼底部（后内方），再按上述步骤反复研磨髋臼。磨锉完毕后，取下导航模板，放置与术前，术中测量相符合的髋臼杯假体（本课题大多采用了生物型，均由美国Biomet公司提供），放置时髋臼杯外展角相对容易掌握，髋臼杯开口平面与躯干水平面的夹角及为外展角。对于前倾角放置髋臼杯时，髋臼面尽量与模板定位研磨的髋臼面平行即可，这样就确保了髋臼的外展角和前倾角准确无误。如髋臼杯安放不够稳固，必要时加以2-3枚螺钉固定髋臼杯。其中股骨假体放置步骤同经典的全髋关节置换手术步骤。（如图2-3所示）
图2髋臼切迹SZ模版定位结构，白线区域表示Harris窝
图3术中髋臼模版定位的髋大节旋转中心（HJC)
图4术中应用导航模版操作定位流程图
比较方法及结果
比较手术时间，术前和术后运用髋关节Harris评分，评价手术效果，术前和术后摄取髋关节正位X线片，评估髋关节旋转中心是否恢复，测量术后（HJC1）与术前测量的解剖旋转中心（HJC0）偏移的距离，髋臼假体旋转中心的测量方法和术前测量方法一致，从而评估导航模板对全髋关节置换髋臼旋转中心定位的临床价值。
术后评估安放髋臼假体要求：髋臼假体良好的覆盖指的是髋臼假体内下缘紧贴髋臼横韧带内侧，前上缘髋臼不能超越耻骨缘，髋臼假体前缘必须保留一定骨质保护髂腰肌肌腱，后上缘髋臼假体需突出骨面3～5mm,后下缘髋臼应该低于坐骨支。我们在X线片上画出解剖旋转中心（HJC0），取解剖旋转中心（HJC0）作为坐标系的原点，测量术后（HJC1）与术前测量的解剖旋转中心（HJC0）偏移的距离，计算分析术后(HJC1)与术前测量的解剖旋转中心（HJC0）的位置符合率，来评估导航模板的临床价值。临床疗效采用Harris评分标准：90～分为优，80～90分为良，70～79分为中，70分以下为差。
4.1由于临床病例观察样本量少，数据难以运用统计学方法分析有无统计学意义，仅运用计算平均数方法得到的结论如下：传统组和导航组术前功能评分无明显差异；导航组术后功能评分有差异；导航组安放髋臼杯手术时间节省10.86分钟，但不能认为就有统计学差异。（见表1所示）
4.2.1术后旋转中心测量数据进行统计学处理，采用Stata7.0统计学软件统计，以两样本的t检验进行差异性分析。
4.2.2统计学处理结果
采用Spss17.0统计学软件统计对术前术后的X线测量数据结合Harris评分进行多样本均数的t检验；对髋关节旋转中心、临床评分相关关系进行相关分析，其中P﹥0.05，即无相关性；P﹤0.05，即有一定相关性。
术前术后测量的数据经t检验，可以认为各组数据为近似正态分布且方差齐性。假体旋转中心的位置均有不同程度的向内上移动，但移动距离小。
依据统计运算结果：
1.Harris评分为优、良、中组，假体旋转中心70％以上分布在距离解剖旋转中心5mm以内。
2.Harris评分为差组，假体旋转中心10％以上分布在距离解剖旋转中心5mm以外。
4.2.3徒手组手术均有同一医生完成，患者采取全麻，侧卧位。患者采用髋关节后外侧入路，进行全髋关节置换术，数据如下表。
术前术后测量的数据同样经采用Spss17.0统计学软件统计对术前术后的X线测量数据结合Harris评分进行多样本均数的t检验，可以认为各组数据为近似正态分布且方差齐性。假体旋转中心的位置均有不同程度的向内上移动，但移动距离超过9mm明显增加。
依据统计运算结果：
1.Harris评分为优、良、中组假体旋转中心80％以上分布在距离解剖旋转中心5mm以外。
2.Harris评分为差组假体旋转中心80％以下分布在距离解剖旋转中心5mm以内。
附图临床运用病例7例
临床病例1双侧股骨头坏死（Harris评分左侧：45分，右侧56分）
讨论
一．术前测量的重要性和数字化导航模板制作
早在年，Deyerle就提出术前模板测量的重要性。术前模板测量对于重建髋关节的正常解剖结构，确定髋臼的旋转中心以及平衡下肢的长度具有重要作用[32-34]。术前测量对于选择合适的假体型号也是全髋关节置换术术前计划的重要环节[35-39]。明确模板测量法术前选择假体型号的准确性有重要的临床意义[40-45]。另外，本课题设计的数字化导航模板也是基于术前测量的基础上制作出来的。全髋关节置换术，髋关节旋转中心恢复到解剖位置是很难做到的，但尽可能地减少其偏移的程度是可以做到的。这取决于我们术前侧测量工作是否精确、以及术中假体位置的准确安放。因此髋关节置术术前的模板测量就显得尤为重要。本课题设计的数字化导航模板是采用一种新的髋关节旋转中心的定位方法和一种新型的不锈钢材料导航模板。根据术前测量得到的数据，采用专业的三维绘图软件Solidworks画出导航模板，并生成导航模板的数字加工文件，交由专业的模具生产公司加工生产。导航模板的材料根据高温高压消毒及其强度的要求，并结合其经济性的特点，采用了不锈钢材料，制作导航模板。此方法良好地重建出患侧髋臼的正常解剖结构，恢复解剖旋转中心。导航模板完全以髋臼表面的局部特征为依据，彻底摆脱了过去使用定位器时体位改变对假体定位造成误差的影响，解决了定位要依靠术者经验及受体位变化影响的问题。而且，该模板扣卡于髋臼面确保了术者研磨方向固定，避免了术中研磨髋臼时摆动，不能沿同心圆方向研磨髋臼。导航模板固定平行于髋臼面，自带的外展角、前倾角能使术者准确无误的研磨髋臼并安放臼杯，使术后疗效更好得达到预期效果。
二．数字化导航模板制作及相关问题
本课题设计的数字化导航模板是采用一种新的髋关节旋转中心的定位方法和一种新型的不锈钢材料。根据术前测量得到的数据，采用专业的三维绘图软件Solidworks画出导航模板，并生成导航模板的数字加工文件，交由专业的模具生产公司加工生产。导航模板的材料根据高温高压消毒及其强度的要求，并结合其经济性的特点，采用了不锈钢材料，制作导航模板。目前数字化导航不锈钢模板存在制作时间较长，一般在4个工作日，这样病人就需延长等待手术时间和住院日，增加住院费用；不锈钢导航模板的制作时基于CT数据上的，要求病人术前要做CT平扫检查，增加检查了费用；另外，尽管数字化导航模板制作的材料相当便宜，但也是一小笔额外的开支，一定程度上给病人带来经济负重。所以术前要与病人良好的沟通，向病人详细介绍治疗方法及手术方案，取得患者及家属同意后方可进行。
三．导航模板术者操作影响及准确性的问题
对于该术中导航模板，主要有以下几个环节可能影响模板的准确性：（1）对髋关节进行CT扫描所采用的层厚度、层间距、螺距等CT参数在髋关节重建过程中造成的误差：理论上CT扫描采用的层厚、螺距越小，髋关节的影像数据越完整，误差就越小，但考虑到临床应用时CT扫描采用的层厚、螺距越小，患者所暴露的X线放射量越大，而目前临床应用的64排螺旋CT最薄层厚为0.mm，基本是完全可以满足髋关节扫描，甚至重建的要求。（2）髋关节CT及X线片数据在不同软件转换过程中误差：髋关节数据以Di