髋臼位相参数的研究进展*

刘 洋 柴瑞宝 张 辉

(1.泰山医学院，山东 泰安 271016； 2.泰山医学院附属医院，山东 泰安 271000)

通常人体的髋臼窝近似于半球凹形，大约有4/5的股骨头包裹在髋臼内，髋臼底面相对于人体朝向前下外，与人体的各个切面形成一定的角度。其中在髋关节置换术中最值得注意的为髋臼的前倾角和外展角。全髋关节置换术的近期和远期效果均与假体，特别是髋臼杯的安放位置有关，臼杯位置安放不恰当可能会引起假体撞击、脱位、磨损等不良后果[1]。精确测量髋臼假体位置，有助于提高术中假体安放的准确性[2]。前倾角和外展角是全髋关节置换手术中的重要位相参数，髋臼假体放置是否合理往往通过这两个参数的大小来衡量[3]。

髋臼位相参数的定义很多，其中国外学者Murray[4]给出了髋臼位相参数有代表性的三种定义：手术定义、解剖学定义和影像学定义，而且这三种定义成为很多文献研究的依据。国内学者李永奖等[5]转述了Murray的定义并且讨论了髋臼位相参数的测量在全髋关节置换术术前术中和术后的临床意义。Murray认为髋臼的手术前倾角是指髋臼轴在矢状面上的投影与人体垂直轴的夹角，所谓髋臼轴是将髋臼半球面的顶点与球心的连线。髋臼的手术外展角是髋臼轴在冠状面上的投影与垂直轴的夹角。髋臼的影像学外展角是髋臼轴在冠状平面的投影与垂直轴的交角。影像前倾角是髋臼轴和冠状平面之间的夹角。髋臼的解剖学外展角是臼杯开口平面与水平面的夹角。解剖学前倾角是髋臼轴在水平面上的投影与冠状轴的夹角。解剖学外展角和前倾角也被称作髋臼的三维外展角和前倾角。髋臼位相的测量方法可以通过: 实物测量[6-8]、影像测量[9-14]和计算机辅助手术导航测量[12,15-16]。

国内学者朱天岳[7]通过实物测量人类骨盆标本研究了髋臼外展角和前倾角与骨盆倾度之间的关系, 采用的就是实物测量。先在骨盆髋臼口外上缘找出上极点，内下缘因为有骨缺损只能在上方圆周延长线上找出下极点, 将系有铅垂的量角器紧贴上下极点，根据铅垂线在量角器上的投照线可得出髋臼外展角。对于前倾角的测量，则将盆骨向前旋转90°，然后用测量外展角的方法测得前倾角。得出当骨盆倾度为60～70°时，外展角最大，髋臼对股骨头的覆盖率最大，髋关节最稳定。当骨盆倾度增大或减小时，外展角减小，髋臼对股骨头覆盖减少，髋关节趋于不稳定。骨盆倾度增加60°，外展角减小15°，而骨盆倾度减小30°，外展角却减小了19°，说明人体在伸髋活动时外展角变化较大，而屈髋时外展角变化较小。骨盆倾度增加时，前倾角减小，反之，前倾角增大。骨盆倾度每增加10°，前倾角随之减小约6°。当骨盆倾度增加到约85°时，前倾角减至0°，可见髋臼前倾角敏感地受骨盆倾度变化的影响。近来不少研究者通过对骨盆仰卧和负重前后位X射线片髋臼位相的改变，也证实了骨盆倾斜对髋臼外展角和前倾角的影响[17-19]。国内学者许杰等人[20]对60名受试者于不同体位下进行骨盆侧位X线摄片并进行前倾角监测。摄片体位包括自然站立位、自然仰卧位及屈髋抱膝仰卧位，并得出屈髋抱膝仰卧位较站立位时骨盆前倾角变化显著，髋臼开口平面与躯干水平面及矢状面间角度改变较大，影响关节置换术臼杯置入角度的准确性，因此在临床上应予以重视。

国内学者索鹏[8]利用髋关节平片研究髋臼外展角和前倾角的测量方法。首先在髋关节正位片上标出髋臼上下极点及髋臼后沿中点，上下极点连线与水平线之交角即为外展角。用曲线板通过髋臼后沿中点连接上下极点构成弧线。以上下极点连线为轴，将弧线向前旋转180°，构成椭圆形，上下极点连线为椭圆形最长径。两弧中点连线为最短径。从立体角度去考虑，髋臼开口平面与矢状面的夹角即为前倾角，可用最短径与最长径之比值的正弦反三角函数表或通过计算器得出。结果证实其测量结果与实物测量结果无明显差异。戴士峰等人[21]在术中利用髋关节前后X线片上髋臼杯口的环行金属圈所形成的椭圆弧线影像，测量椭圆环线的最大径D和最短径d，杯口平面与与矢状面的夹角即前倾角可以通过数学公式O=arcsind/D，术后由于股骨假体金属头颈的遮档，不能直接测出最短径d，而取最大径D的1/5处为M点，此处相应的椭圆弧线或弧面不易遮档，设通过M点的最短直径为d’，那么杯口平面与矢状面的夹角即前倾角可用d’表示为θ=aresinl.25d’/D。不过有研究[22]证实在骨盆前后位X线平片上用公式所计算得到的前倾角要比在髋关节前后位平片上用同样的公式所计算得到的前倾角小4°～5°，所以在骨盆正位片上所计算得到的前倾角要加4°～5°。

Mian等[14]采用过臼杯中心的CT切片测量臼杯前倾角。Komeno[13]也采用这一方法测量髋臼的前倾角, 并由此与其他测量一起对全髋关节术后错位情况进行评估。Mian等[14]对偏移中心面上的前倾角进行了测量和统计，在过中心的面上，男性的前倾角值是(14.02±3.83)°，女性的前倾角值是(16.85±4.85)°。Lazennec认为髋臼的前倾角会随着骨盆的倾斜角度变化而变化，他分别用骨盆的侧位平片和CT的矢状位成像来测量成人的站立位和坐位时髋臼的前倾角，把水平面与沿S1椎体上缘切线之间所成的角称为骶倾斜角(ST)，这个角度反映了矢状位骨盆的倾斜角度，把沿S1椎体上缘切线与沿髋臼或臼杯前后缘切线所成的角叫骶髋臼角 (SA)，把沿髋臼前后缘切线所成的角与水平线之间所成的角叫髋臼倾斜角(AT)，AT反映了髋臼的前倾角。根据几何学原理有SA=ST+AT，SA是一固定的形态学角度，而ST和AT是随着体位变化的功能角度，这个公式反映了髋臼的前倾角与体位之间的关系。在经过髋臼CT横断面上前倾角是矢状平面与沿髋臼前后缘连线之间的夹角，选择了三个平面经CT断面后分别测量其前倾角[23]。Zilbe运用CT断面的方法，测量了骶倾斜度在4个不同角度(0°、20°、40°、60°)时髋臼的头侧的、中间的和尾侧的不同的前倾角随骨盆的倾斜变化而变化情况[22]。

近些年来计算机辅助手术导航系统可以帮助手术医生进行术前规划,并在术中提供引导,为准确放置人工假体提供有力支持。但目前计算机辅助手术导航系统几乎均基于前骨盆平面[24]，其基本的内容都是依据X线片或CT数据在术前进行测量和实时跟踪测量。目前已有诸多文献对辅助导航系统测量的准确性进行验证[25]。Richolt等[26]采用超声经皮测量72例患者两侧髂前上棘和耻骨联合之间的软组织厚度，两侧髂前上棘软组织厚度(7.9±3.4)mm, 耻骨联合软组织厚度达到(13.6±4.1)mm,覆盖骨性标记的软组织可引起4.4°的改变。Wolf等[27]研究发现在定位3个骨性标记偏差4 mm的情况下，以解剖学定义测量的髋臼前倾角为20°，外展角为45°时，计算机辅助手术导航所测量的前倾角与外展角可分别发生7°和2°的误差。Dorr[24]采用经皮穿刺至骨性标记的方法，较少计算机辅助手术测量的误差。准确、快速是导航系统测量的特点,但是计算机导航系统使用费用昂贵，占用时间长，在临床上广泛使用还需较长时间。

国内学者刘永涛等[28]通过数学方法对髋臼前倾角和外展角的变化规律进行解析，他们以髋关节旋转中心和髋臼出口平面中心连线为 X 轴，身体纵轴为 Y 轴，身体矢状轴为 Z 轴建立三维坐标系。通过数学方法推导骨盆倾斜时髋臼外展角和前倾角的计算公式，并绘制髋臼外展角和前倾角的三角函数曲线。髋臼外展角和前倾角的三角函数曲线均成同样的正弦曲线，外展角的正弦曲线落后于前倾角正弦曲线90°。结果提示，骨盆倾斜时髋臼前倾角与外展角的动态变化趋势由髋臼外展角与前倾角决定，而外展角在屈髋活动时减小比较缓慢。

总之髋臼的外展角、前倾角及髋臼的骨关节面的表面形态是影响髋臼位置的重要因素，对髋臼位相参数及骨关节形态的测量有重要的临床意义。在临床人工髋关节置换时应考虑到髋臼形态以及骨盆运动对髋臼外展角和前倾角的影响，臼杯合理安置保证外展角和前倾角的匹配，避免由于假体置入位置不当导致人工髋关节活动范围受限，引起早期假体脱位，磨损加剧，假体松动，持续疼痛和晚期骨溶解等严重并发症[29]。

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