数字模型评估单次静脉注射唑来膦酸对髋关节置换术后假体早期移位的影响

郭金库+王巍+何飞熊+吴盼+洪胜坤+金乾坤+付志强

[摘要] 目的 通过数字模型评估4 mg唑来膦酸单次静脉注射对股骨头坏死患者全髋关节术后早期假体移位的影响。 方法 将我院收治的30例股骨头坏死生物型全髋关节置换手术患者纳入研究队列，分为实验组及对照组。两组患者均给予全髋关节置换术，实验组术后第2～7天给予唑来膦酸静脉滴注，对照组予生理盐水。两组患者均定期通过薄层CT扫描（层厚0.3 mm）获取数据，利用Mimics 15.0软件的图像配准技术，将同一患者不同时期的数据融合为一个数据集，然后利用Segmentation功能分割图像获得不同时期骨骼及假体的3D模型，最后使用Measurements功能进行位移测量，对比假体移位率（术后7周、6个月、1年、2年），所有患者均完成2年随访。 结果 实验组和对照组在末次随访时假体（髋臼杯平均内移、上移）移位比较差异均有统计学意义（P<0.05）。 结论 单次使用唑来膦酸在提高假体初始稳定性方面效果满意，因此可能有望提高股骨头坏死患者全髋关节置换术后的临床效果。

[关键词] 唑来膦酸；髋关节成形术；置换；数字模型；假体移位

[中图分类号] R687 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2017）33-0005-04

[Abstract] Objective To evaluate the effect of single intravenous injection of 4 mg zoledronic acid on the early postoperative prosthesis shift in patients with femoral head necrosis after total hip arthroplasty via the evaluation of digital model. Methods 30 patients with femoral head necrosis who were admitted to our hospital and received total hip replacement arthroplasty were included in the study， and were divided into experimental group and control group. Both groups were given total hip replacement arthroplasty. In the experimental group， intravenous drip of zoledronic acid was given on days 2-7 after surgery in the experimental group， and the control group was given normal saline. Data were collected via regular thin-layer CT scan（layer thickness of 0.3 mm） in both groups. Image registration technology in Mimics 15.0 software was used， and the data of the same patient at different times were merged into a data set， and then the Segmentation function was used to segment the image to obtain 3D models of bone and prosthesis at different times. Finally， Measurements function was used to perform shift measurement. The prosthesis shift rate was compared（7 weeks， 6 months， 1 year， 2 years after surgery）， All patients were followed up for 2 years. Results The differences of prosthesis shift rate（average internal shift and upper shift of acetabular cup） at the last follow-up visit in the experimental group and the control group were statistically significant（P<0.05）. Conclusion The single use of zoledronic acid is satisfactory in improving the initial stability of prosthesis. Therefore， it may be possible to improve the clinical effect of total hip replacement arthroplasty in patients with femoral head necrosis.

[Key words] Zoledronic acid； Hip replacement arthroplasty； Digital model； Prosthesis shift

无菌性松动是全髋关节置换术后假体失败的常见原因之一，假体松动与假体表面周围骨吸收及其他因素有关[1-3]。全髋术后早期假体周围骨溶解和骨质丢失是学界广泛关注的问题之一。虽然双膦酸盐在维持和促进假体周围骨量方面有良好的作用[4-9]，但其是否能降低假体早期微动、降低假体翻修的风险，尚缺乏證据，目前此类研究较少。endprint

全髋关节置换术（THA）作为股骨头坏死的终末期治疗方案，早中期效果良好，但手术后远期报道结果不一致。较多报告显示：股骨头坏死患者THA术后远期效果不如骨关节炎好[10-12]。我们前期设计、建立的足踝部仿真生物模型，经验证效果可靠[13]。以此为基础，我们建立髋部仿真模型，并运用其对假体移位进行测量。双膦酸盐对假体周围骨量和骨密度的良好作用已经被证实[4-6]，但其对假体移位的效果尚不得而知。本研究的目的是为了评估唑来膦酸对假体早期移位的影响，进一步评估其对THA术后假体生存率的影响，并评估股骨头坏死患者全髋关节置换术后单次4 mg使用唑来膦酸盐的安全性、有效性。

1资料与方法

1.1一般资料

选择2014年1月～2015年1月30例股骨头坏死接受THA的患者纳入研究。入选标准：根据症状及影像学发现，MRI、病理组织检查结果证实，被诊断为终末期股骨头坏死[14]。排除标准：（1）患有骨矿物质代谢病，如派吉特病、严重的骨质疏松症；（2）2年内接受双膦酸盐、氟化物、降钙素等治疗的患者；（3）怀孕[8]。本研究中30例患者股骨头坏死相关疾病及主要风险包括：长期饮酒12例（40.0%），使用糖皮质激素4例（13.3%），晚期肾病患者1例（3.3%），糖尿病2例（6.7%），创伤后股骨头坏死3例（10.0%），8例患者有2项或更多的风险因素，同时19例患者无明显风险因素，被定义为特发性股骨头坏死。所有患者均签订书面知情同意书，并通过我院伦理委员会审查。将患者分为实验组与对照组，两组一般资料具有可比性。见表1。

1.2外科手术过程

所有患者均使用生物型全髋假体，术中所用关节假体为Zimmer trilogy生物型髋臼杯，Zimmer TM Primary股骨锥形柄，磨擦界面：金属球头对高交联聚乙烯内衬17例，粉陶球头对高交联聚乙烯内衬10例，粉陶球头对粉陶内衬3例。所有手术均经标准后外侧入路进行，于贴近大粗隆后壁骨面处切断外旋肌和后方关节囊，术后在大粗隆后方骨面处打孔重建后外侧关节囊及外旋肌，以恢复后方关节囊及外旋短肌的张力。所有患者术前均超前镇痛，围手术期常规使用抗生素（术前30 min至术后48 h）。术后所有患者均使用助行器部分负重，常规抗凝预防深静脉血栓，逐步全体重负重，开始康复煅炼。

1.3术后处理

术后1 d，患者接受下述处理：（1）实验组静脉滴注4 mg唑来膦酸；（2）对照组静脉滴注生理盐水。样本贴标签，药物溶化为100 mL液体，静脉滴注30 min注射完毕。所有患者均应用钙剂和维生素D（1000 mg和400 IU/d）。

1.4术后随访与监测

术后7周、6个月、1年、2年对随访患者进行薄层CT扫描（层厚0.3 mm），基于患者髋部CT薄层数据利用Mimics 15.0软件的图像配准技术，将同一患者不同时期的CT数据融合为数据集（以手术侧骨骼作为参考图像融合），然后利用Segmentation功能分割图像，并计算获得各时期骨骼及假体的3D渲染模型，最后使用Measurements功能进行位移测量，并收集数据。记录两组患者不同时点股骨假体下沉、髋臼移位情况。

1.5统计学方法

实验开始前，根据统计学方法计算所需患者的样本量，以期能在最短的2年随访时间内探测到较大的差异。检验水准α=0.05，检验效能为80%。连续变量以均数±标准差描述，数字变量以中位数和全矩描述。对假体移位改变采用组间重复测量分层方差分析，使用SPSS17.0软件进行统计分析。

2结果

2.1两组不同时点股骨假体下沉比较

末次随访时对照组股骨柄平均下沉（1.21±0.25）mm，实验组股骨柄平均下沉（0.91±0.21mm），实验组优于对照组，但差异无统计学意义（表2）。

2.2两组不同时点髋臼移位比较

末次随访时对照组髋臼杯平均内移（0.62±0.13）mm，上移（0.54±0.19）mm，实验组髋臼杯平均内移（0.08±0.03）mm，上移（0.13±0.04）mm，实验组优于对照组，且差异有统计学意义（表3）。

3讨论

3.1唑来膦酸的优势

THA作为股骨头坏死的终末期治疗手段，其临床效果已得到充分肯定，但远期无菌性松动、假体移位仍是THA术后假体失败的主要原因[15-17]。假体松动与假体表面周围骨吸收有关，另外还有其他原因如力学因素、假体设计、材料、应力遮挡、假体微动，还有生物因素如组织坏死、骨重塑、废用性骨质疏松、宿主组织与磨损碎屑的反应、患者的生活习惯、吸烟等[18]。假体松动的生物因素主要为磨擦界面产生的颗粒诱导破骨细胞增加骨吸收和骨溶解。双膦酸盐作为目前主要的骨吸收抑制剂，可以抑制假体周围骨吸收，减少周围骨量丢失，已得到较多学者的广泛認同[4-9]。静脉用唑来膦酸是第三代双膦酸盐药物，其优势包括：（1）含有独特的双氮咪唑杂环结构，增加其与骨表面的结合率，对破骨细胞的抑制作用更强，我们的实验结果也证实了这一点[19]。（2）静脉一次性给药，患者依从性和耐受性较好。李炜明等[4]的随机对照研究显示唑来膦酸对THA术后股骨假体周围骨密度改善较对照组具有明显统计学意义。袁宏等[5]研究显示唑来膦酸对THA术后髋臼假体周围骨密度有改善作用，与对照组相比有统计学意义。本研究中因实验设备的限制，未能对假体周围骨密度进行监测。从本文研究数据来看，实验组髋臼假体内移及向上移位的距离与对照组相比较明显减少，差异有统计学意义，说明唑来膦酸对髋臼周围骨密度和骨量的改善作用对假体的稳定是有效的。而从股骨假体下沉距离来看，实验组比对照组小，但此未见明显统计学差异，我们考虑虽然唑来膦酸对股骨假体周围骨密度和骨量有改善作用，但股骨假体移位可能与多种因素相关，可能与髋臼假体移位及固定存在不同的力学机制相关。endprint

3.2唑来膦酸对骨转化率的影响

唑来膦酸通过抑制破骨细胞的活性来抑制骨吸收，改善骨密度。相关文献报道骨吸收的指标NTX与骨形成指标OC是降低的，这一现象虽然可以用骨代谢中骨吸收与骨形成的特殊耦联机制所解释，但这一效果是否会影响假体周围的骨长入及假体稳定或是否THA术后需要早期同时使用促进骨形成药物抑制这一效果以起到早期稳定假体的作用，需要更加长期随访及进一步的研究。唑来膦酸的安全性也是受到较多临床关注，文献报道最多的是用药后的发热反应，有学者称之为流感样症状，还有较罕见的颌骨坏死[20]。本研究中所有患者在用药前均告知有出现发热反应可能，用药后予500 mL生理盐水进行水化，其中有3例患者出现发热反应，给予非甾体类抗炎药对症处理后均缓解，随访过程中无一例出现颌骨疼痛、坏死情况。

3.3数字模型在关节外科中的应用

我们所使用的数字模型，是以薄层CT扫描数据为基础，获得人体骨关节断层数据，并以此利用计算机技术制作，这已在我们之前的研究中报道[14]。基于此平台，我们可以进行大量的临床研究，本次研究只是其中一部分。以往关于THA术后假体移位测量的研究，都是基于髋关节正侧位片进行，其中利用EBRA计算机软件进行测量的最多，此测量方法的准确性和可行性也得到了学者的认同[21]，但本研究测量方法具有明显的优势：（1）精确度更高，最小测量精度0.3 mm，并且与薄层CT的数据相关，即更薄层的CT数据可获得更精确的测量精度。（2）通过三维模型可以测量假体在空间的移位距离，是创新点之一。

综上所述，对于股骨头坏死患者THA术后静脉给予唑来膦酸可以预防假体的早期移位，提高临床效果，其临床用药是安全可靠的。数字模型可作为一种测量假体移位的新方法。

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（收稿日期：2017-09-06）endprint