虚拟现实技术辅助下经股骨颈基底部旋转截骨术治疗股骨头坏死11例

高润子 夏天卫 环大维 邱越 刘金柱 张超 施乐 黄桂成 沈计荣△

股骨头坏死(Osteonecrosis of the Femoral Head，ONFH)好发于青壮年，可引起髋关节疼痛、活动受限，严重降低患者日常生活质量[1]。对于年轻患者而言，不宜过早置换关节，故保髋治疗具有较高意义[2-4]。张洪等将传统股骨转子间截骨术改良为经外科脱位入路股骨颈基底部旋转截骨术，用于ARCOⅡB～ⅢC期ONFH的保髋治疗[5]。但由于患者个体差异大、手术复杂，存在术前规划困难、截骨不愈合、术后头臼关系不匹配等问题，是限制该手术推广应用的瓶颈[5-7]。

虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术利用计算机模拟产生一个三维立体环境。在保髋术前规划方面，通过VR技术可三维展示病变部位及周围结构，进行立体测量、预测术后形态改变[8-10]。2018年4月至2019年11月，笔者对收治的11例(11髋)ONFH患者，采用VR技术辅助下经股骨颈基底部旋转截骨术进行治疗，取得一定疗效，现报告如下。

1 临床资料

1.1 研究对象

2018年4月至2019年11月，由南京中医药大学附属医院骨伤科收治的有强烈保髋意愿的ONFH患者。患者年龄 21～38岁，平均 30岁。男 8例(8髋)，女 3例(3髋)。单髋11例。坏死类型：创伤性 1 例(1 髋)，酒精性 2 例(2 髋)，激素性 4 例(4 髋)，特发性 4 例(4 髋)。均为ARCO Ⅲ期。中日友好医院(CJFH)分型：L2型10髋、L3型1髋。病程 5～12 个月，平均7个月。术前 Harris评分为(55.00±4.73)分。患者一般资料见表1。

表1 虚拟现实技术辅助下经股骨颈基底部旋转截骨术治疗股骨头坏死患者的详细临床资料

1.2 纳入标准

1)患者年龄20～40岁；2)患者有强烈保髋意愿，而且一般情况良好，配合各项检查及治疗；3)中日友好医院分型(CJFH分型)L2、L3型ONFH患者[11]；4)经VR软件计算，符合外侧柱完全受累，而内侧柱完整率>1/3要求的患者；5)随访资料完整。

1.3 排除标准

1)髋关节MRI上患髋关节软骨明显损伤的患者；2)近2 a内患脑血管意外、急性冠脉综合征、严重烧烫伤或经历其他重大手术的患者；3)肝、肾、造血系统存在严重原发性疾病的患者；4)精神疾病患者。

2 方法

2.1 VR 工程制作、图像处理与手术规划

术前摄标准骨盆正位、蛙位X线片、双髋关节256排CT平扫(见图1a)、1.5 T双髋关节MRI。将髋关节256排CT的原始数据保存为DICOM格式导入软件，上传云端服务器，进行图像处理与分割。将原始VR工程发回工作站(MVR手术规划系统)(妙智科技(深圳)有限公司)，进行CT与MRI图像配准(见图1b)。VR软件自动分割双侧髋骨和股骨，同时除噪点和碎片，构建髋关节三维模型，保存为原始VR工程(见图1c)。以CT冠状位逐层绘制坏死区(见图1d)，随后经边界平滑处理，生成最终的VR工程(见图2a、b)。

图1 VR工程制作流程

笔者对符合上文纳入标准的患者行经股骨颈基底部旋转截骨术的术前规划。首先模拟截骨手术，术者于VR工程上确定截骨界面(股骨颈基底部，见图2c、d)。接着模拟旋转手术，一般将股骨头向后旋转，必要时可将股骨头适度内翻进一步提高旋转截骨术的效果。期间通过软件计算旋转、内翻至该角度时，股骨头负重区的完整率，并采用蓝色线条标示不同旋转角度下股骨头颈交界与髋臼间的相对距离(见图2c、d)，以期尽可能减少术后发生头臼撞击的风险。在确保无撞击情况下，取股骨头负重区完整率最高时的旋转与内翻角度(见图2c、d)。

图2 VR术前规划流程

2.2 手术方法

全麻后患者取侧卧位，以大粗隆顶点为中心，于髋关节外侧作长10 cm左右的纵切口。依次切开皮肤、皮下，轻度内旋髋关节，沿大粗隆后上缘及股骨干后缘向股骨远端分离股外侧肌。用摆锯沿此连线自后向前截骨，厚约1.5 cm。用Hoffman拉钩伸入截骨间隙，于髋关节屈曲、外展、外旋位，沿大转子顶点向前上方钝性分离，显露、切开关节囊。剪断圆韧带，使股骨头向外脱位。完成外科脱位后，自大转子外下方沿股骨颈轴线植入1枚1.5 mm克氏针，作为旋转轴。在术前VR设计的截骨线的近、远端各植入1枚克氏针。使用摆锯于股骨颈基底部、垂直于股骨颈，截断股骨颈。通过把持截骨线近端的克氏针旋转股骨头颈。结合术前VR分析的结果，根据2枚克氏针角度的变化判断股骨头是否旋转至理想角度。用2.5 mm螺纹针对截骨块行临时固定。透视下确认坏死区旋转至非负重区后，用动力髋螺钉(3髋，见图3a)或空心螺钉(8髋，见图3b)固定。复位髋关节，固定大粗隆截骨块，依次缝合切口[7]。

图3 股骨颈基底部旋转截骨术后固定方式

2.3 术后处理及疗效评价指标

术后常规给予抗感染、镇痛，辅以化痰、抑酸护胃等对症治疗，嘱患者抬高患肢，术侧避免负重3个月。术后第2天摄骨盆正位X线片，由同一研究人员评价手术的旋转效果，与术前规划旋转角度进行比较(误差值)。术后3个月随访1次，之后每6个月随访1次，摄骨盆正位X线片、双髋关节CT等，采用Harris评分评价髋关节功能。

2.4 统计学方法

3 结果

术后切口均Ⅰ期愈合，VR术前规划旋转角度7髋一致，4髋误差2°～6°。患者均获10个月以上随访。本组10例截骨处愈合良好，典型病例见图4。末次随访时，1例(1髋)出现内固定松动，1例出现截骨处延迟愈合。末次随访时，11例患者术髋Harris 评分为(72.73±10.93)分，与术前比较差异有统计学意义(t=4.937，P<0.001)。随访时，髋关节功能优1髋，较好2髋，良5髋，差3髋，优良率为72.7%。本组患者详细临床资料见表1。

图4 典型病例

4 讨论

经外科脱位入路股骨颈基底部旋转截骨术是最新国内保髋指南推荐的股骨头坏死保髋术式[12]。一般认为经外科脱位、股骨颈基底部旋转截骨术相比传统的旋转截骨术的优点在于：1)通过髋关节外科脱位技术能安全、彻底地暴露并探查患髋，不影响股骨头的血供[13-14]。2)股骨颈形态类似圆形，在股骨颈基底部旋转截骨后截骨面对合好，固定后的股骨颈形态类似正常形态，避免了截骨面旋转困难、对合差的缺点。3)截骨部位在股骨颈基底，对股骨近端的髓腔形态几乎没有影响，一旦出现保髋失败需要人工关节置换，则对股骨近端扩髓及人工假体的近端固定没有影响。4)必要时可通过软组织瓣延长技术将股骨头血供最重要的旋股内侧动脉深支连同外旋肌群自大粗隆后方游离出来，完全彻底地暴露股骨颈基底部。但由于患者个体差异大、手术复杂，存在术前规划困难、术后头臼关系不匹配等问题，是限制该手术推广应用的瓶颈[5-7，15]。

笔者认为将VR技术用于经股骨颈基底部旋转截骨术主要具有如下优势：1)VR 软件有利于筛选符合条件的患者。负重区完整率是决定手术成功与否的关键。不同于X线、CT、MRI等传统影像学技术，VR 软件可直接、准确计算负重区完整率。笔者前期研究发现CJFH分型中L2型患者与L3型的部分患者适合做经股骨颈基底部旋转截骨术[13]。借助VR技术，更好地筛选适合该术式的人群。2)术前规划方面，VR技术具有直观的特点，可以提高术前准备的质量。笔者可以通过VR工程将坏死区形态、体积纳入考虑范围，三维模拟手术，形象直观。这样不仅可推算出手术所需内固定器械(螺钉或钢板)的长短，更有利于预估手术的疗效，便于与患者及家属沟通、讲解手术，缓解患者及家属的压力与紧张感。3)VR 技术有利于减少术中创伤。经股骨颈基底部旋转截骨术的学习周期长，手术复杂。术者如果根据经验目测、估算手术的旋转角度，术中多需要根据实际情况反复调整旋转角度。VR技术恰好可以弥补此缺点，VR软件可直接测算旋转角度，并且术后负重区情况和完整率均由软件运算获得，准确性较高，故应用VR技术指导手术，可缩短手术时间、减少手术创伤。4)在模拟股骨颈基底部截骨、旋转、内固定的过程中，VR软件可预测出股骨头与髋臼间易发生撞击的区域(见图4)，以及截骨后易发生愈合困难的区域，故可在术中行头颈部成形术，局部富含血小板血浆注射等减少术后发生撞击、骨不连的可能。

但是VR 技术用于外科脱位下经股骨颈基底部旋转截骨术还存在以下问题：1)坏死区域重建仍需人工完成，精度有待提高；2)由于缺乏合适工具(如3D打印)，术前规划确定的截骨平面尚不能在术中精准确定。

综上所述，VR技术辅助下经股骨颈基底部旋转截骨术治疗股骨头坏死短期疗效满意。但本研究仅应用11例，随访时间较短，且无对照研究，该技术的临床疗效有待进一步明确。此外，已有研究者将VR技术与人工智能技术、3D打印技术相结合[8-10，16]，提高保髋手术疗效，提示未来亦可将其应用于保髋手术。