患者个性化安全区指导下全髋关节置换术后脱位翻修1例报道

唐浩，王思远，郭邵逸，马祝一，芮守玮，周一新

脱位是全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）最常见的术后并发症之一，也是全髋关节翻修手术的主要原因[1]。文献报道每年进行的髋关节手术中有8%～12%是翻修手术，其中11%～24%为脱位翻修[1]。Lewinneck 等[2]在1978 年研究了300 例患者，提出将臼杯安放在外展角30°～50°，前倾角5°～25°可降低假体脱位率，这一安全范围被称为“Lewinneck安全区”。然而，越来越多的证据表明，传统的Lewinneck安全区不能预测THA术后是否脱位，大量的脱位患者臼杯假体位于Lewinneck 安全区之内[3-4]。本研究团队前期研究发现，脊柱-骨盆姿态变化是导致臼杯角度不能满足患者个性化需求，引起Lewinneck 安全区失效的关键机制。本研究团队提出患者个性化安全区（patient-specific safe zone,PSSZ）理论，可使每例患者得到个性化的假体安全区[5]。该方法不仅可用于指导初次THA 术中假体安放，也可用于精准诊断THA 脱位患者是否存在功能性假体位置不良，并指导制定相应的治疗方案。现报道PSSZ 理论在指导1 例THA 术后髋关节脱位翻修病例中的初步应用。本例报道经首都医科大学附属北京积水潭医院伦理委员会审批通过，患者签署知情同意书。

1 临床资料

1.1 术前资料

患者，女，44岁。主因“右髋关节疼痛活动受限1年”入院。患者1 年前因关节发育不良于外院进行双侧THA及双侧转子下截骨术，术后2周患者右侧髋关节在起床时发生脱位，于当地医院进行髋关节X线检查提示为前脱位，进行闭合复位治疗。1个月后，患者右髋关节再次脱位，闭合复位后进行“人”字石膏固定。8个月后患者自觉右髋疼痛，活动受限，来我院门诊就诊。X线检查提示右髋关节置换术后脱位，髋关节假体周围骨折不愈合伴移位（右股骨转子下截骨不愈合），髋关节置换术后复发性脱位（图1A～D）。遂将患者收入院，进行进一步手术治疗。患者无其他特殊既往史。专科查体：拄双拐入病房，右髋关节单足站立试验（+），臀肌步态（+），托马斯征（-），可见切口瘢痕、关节无红肿，右髋关节大转子压痛（+），纵向叩击痛（-）。右髋关节活动度屈曲0°～80°，内收10°，外展10°，内旋0°，外旋10°。左髋关节活动度屈曲0°～100°，内收10°，外展20°，内旋10°，外旋20°。“4”字征（+），双下肢未见水肿，无感觉减退，双侧足背动脉可触及。

图1 初次双侧THA术后右髋关节脱位进行保守治疗

1.2 手术规划

术前采集患者的骨盆-膝关节CT DICOM影像（层厚1 mm，Aquillion ONE，日本东芝），以及患者站立位、坐位全身双平面脊柱-骨盆-下肢影像。根据术前CT影像学测量可知，右髋原股骨假体球头直径28 mm，股骨柄前倾角32°，臼杯影像学外展角45°，影像学前倾角21°（解剖学前倾角20°，图2A～C）。站立位和坐位骨盆后倾角（pelvic tilt, PT）分别为2°和50°（图3）。根据PSSZ 理论，利用计算机3D 建模软件计算该患者的个性化假体安全区，可见术前臼杯假体角度位于Lewinnek 安全区范围内，但是位于PSSZ 范围之外（图2D）。调整股骨柄前倾角为10°后，可见PSSZ 范围向上移动并扩大，臼杯假体角度落入PSSZ 范围内（图2E）。据此分析，该患者右髋关节在THA 术后存在功能性假体位置不良，其中股骨柄前倾角与臼杯角不匹配是该患者发生复发性脱位的主要原因。

图2 右髋关节翻修术前CT假体角度测量及PSSZ分析

图3 右髋关节翻修术前双髋关节X线表现

1.3 手术过程

患者于2020 年7 月在北京积水潭医院采用MAKO 机器人辅助手术系统进行人工髋关节翻修术+大转子复位固定术。术中采用髋臼、股骨柄enhance 手术流程，注册过程采用implant-in 技术（图4A），通过在股骨干安装自主研发的“股骨远端定位器”解决股骨侧示踪器安装问题（图4D）。在股骨柄及髋臼假体界面上顺利完成注册，验证注册精度＜1 mm。取出假体前，术中验证髋臼杯影像学外展角为45°，影像学前倾角为21°（图4C），股骨柄前倾角为27°（图4D）。术中测试臼杯固定稳定，股骨假体近端无骨整合，保留髋臼杯假体，顺利取出股骨柄假体，见股骨近端不愈合及大量瘢痕组织形成。骨床新鲜化处理，采用组配式股骨柄（Stryker，美国），按照术前规划股骨柄前倾角10°准确植入（图4E、4F）。安装28 mm-0陶瓷股骨头假体后术中测试髋关节活动度，关节稳定性良好。以大转子重建接骨板-钢缆系统固定股骨大转子骨折块，股骨近端骨缺损处植入脱矿骨基质（demineralized bone matrix, DBM）填充。

图4 机器人辅助右髋关节翻修术中情况

1.4 术后随访

术后24个月随访，患者右侧髋关节无疼痛，行走不需辅助，上下楼梯等功能正常，可自由坐起。髋关节X线片显示假体位置满意（图5），假体稳定未再脱位。

图5 右髋关节翻修术后24个月双髋关节正位X线片可见髋关节采用组配式非水泥股骨柄及大转子重建接骨板-钢缆系统固定，假体固定良好，大转子截骨处顺利愈合

2 讨论

明确THA术后脱位的原因，并针对性制定手术方案纠正导致髋关节不稳定的关键因素，是翻修手术后避免脱位复发的前提。髋关节脱位通常是多因素综合作用的结果，假体位置不良、软组织张力不足是最常见的手术原因，传统评估方法缺乏定量分析手段，难以对这两种因素进行精准鉴别，更不能以量化的方式对翻修手术方案进行精准指导。本病例基于PSSZ理论，对假体稳定性采用功能化定量分析的评估方法，有力地指导了髋关节翻修术的数字化精准诊疗。

2.1 脱位原因分析

2.1.1 手术因素

①软组织/外展肌功能不良、近端骨折块不愈合：患者右髋关节翻修术前X线片见转子下骨折不愈合，股骨大转子骨块向近端移位（图3A），考虑存在外展肌功能不良，且容易认为软组织张力不足可能是导致该患者脱位的主要原因。然而，仔细评估该患者初次双侧THA 术后的数次X 线片，可见该患者第一次脱位后，右髋关节近端骨块尚未出现移位（图1C）。同时，该患者初次双侧THA 术后即刻髋节旋转中心下移至接近生理位置，高脱位髋关节发育不良患者多存在软组织紧张所导致的复位困难，术后即刻近端软组织松弛的可能性不大。与此相反，后期大转子骨块不愈合和向近端移位，反映的是臀中肌过于紧张造成的近端张力过高；同时可能存在转子下截骨水平过高，造成近端袖套在植入的过程中近端骨折块术中骨折、远近端骨折块无接触，也是造成近端骨折块不愈合及近端移位的危险因素。因此，虽然该患者存在外展肌功能不良，但该患者在发生脱位时可能并不存在软组织松弛。

②假体位置不良：如前所述，PSSZ分析提示该患者存在功能性假体位置不良，股骨柄前倾角与臼杯功能性角度不匹配是脱位的主要因素。

2.1.2 假体因素

该患者为Crow Ⅳ型髋关节发育不良，髋臼骨量少，限制了假体型号的选择。28 mm股骨头直径降低了头颈比（约为2∶1），显著降低了髋关节的系统稳定性，这是Crow Ⅳ型髋关节发育不良患者手术容错率低、脱位率高的关键因素之一。

2.1.3 患者因素

患者为中年女性，无神经肌肉疾病、精神疾病等，脊柱-骨盆站立位对线平衡，坐姿脊柱-骨盆活动代偿良好，不存在导致髋关节不稳定的整体因素。

2.2 手术方案选择

针对该患者近端骨折块不愈合、反复脱位病史，虽然当前通过“人”字石膏制动后获得了稳定，但这是以严重损失髋关节功能及疼痛为代价，再次手术不仅要解决骨折不愈合，也要解决髋关节不稳定的问题，以改善髋关节活动度，重建关节正常功能。针对脱位及不愈合原因的诊断，手术方案存在仅切开复位内固定、内固定+仅翻修股骨柄、内固定+仅翻修臼杯、内固定+股骨柄及臼杯翻修等4种不同的选择，以下逐一进行分析。

2.2.1 仅切开复位内固定

切开复位内固定可将大转子复位，能可以获得大转子-转子下截骨部位的骨性或纤维性愈合，恢复臀中肌张力和功能，但如前文脱位原因分析所述，不能解决该患者功能性假体位置不良的问题，同时由于该非骨水泥假体近端涂层已被瘢痕组织所占据，远端柄没有涂层，因此近端骨块不能获得与假体的骨整合固定，对于假体的远期固定非常不利，远期松动的风险较高。

2.2.2 切开复位内固定+仅翻修股骨柄

仅翻修股骨柄可恢复股骨柄的正常前倾角，将柄前倾角降低到10°即可纠正股骨柄-髋臼假体位置不匹配，改善功能性假体位置关系，同时联合大转子复位和重建，使股骨近端假体偏心距恢复，可有效解决外展肌功能不良并增强软组织张力，保留臼杯可减少手术创伤，并避免臼杯取出后的骨缺损及重建困难。但是该患者右髋关节臼杯当前外展角较大，可能产生假体边缘应力集中、陶瓷异响等问题，保留臼杯将不能纠正臼杯到最佳角度。

2.2.3 切开复位内固定+仅翻修臼杯

如果仅根据该患者右髋关节翻修术前X 线片外展角偏大，以及Lewinneck 安全区只考虑臼杯角度的传统观念，容易误解为臼杯角度不良和股骨近端截骨不愈合是假体位置不稳定的主要原因，从而采取仅切开复位内固定+仅翻修臼杯的方案。然而，术前检查及PSSZ 定量分析显示，该患者股骨柄前倾角位置不良可能是比臼杯位置更突出的问题，因此该方案不能解决股骨柄假体位置不良的关键问题。

2.2.4 切开复位内固定+股骨柄及臼杯翻修

该方案可解决股骨近端愈合不良、大转子移位、股骨柄前倾角过大、臼杯外展角过大等一系列问题，可实现髋关节稳定并避免边缘负重。但该患者为Crow Ⅳ型发育不良，髋臼骨量严重不足，臼杯取出会造成严重髋臼骨缺损，甚至骨盆横断，因此臼杯翻修的损伤和难度极大。

综上分析，最终采用了切开复位内固定+仅翻修股骨柄的手术方案，使用自主研发的“股骨远端定位器”，进行改良的MAKO Enhance 机器人辅助髋关节翻修技术，以保证组配式股骨柄以目标角度精准植入。

2.3 THA PSSZ的发展

传统的THA 假体安全区的观念已经日益受到挑战。Lewinnek 等[2]于1978 年通过研究300 例初次进行THA 的患者，提出了髋臼杯安全区的概念：30°～50°的外展角和5°～25°的前倾角。然而，越来越多的证据表明这个统一的安全区对预测个性化的脱位存在根本性的缺陷[3-4]。不同的研究均证实假体头颈比、骨盆倾斜、股骨前倾角等因素是影响假体稳定性的关键因素，而近年来众多报道证实脊柱-骨盆失衡和僵硬是导致Lewinnek 安全区失效的一个主要机制[6-8]。这些研究表明，THA 假体安全区是多因素共同影响的结果，因此其必然是个性化的。

鉴于Lewinneck 安全区的缺陷，有学者提出了新的安全区评估方法，主要有寻找修正的统一安全区和PSSZ两种思路。尽管研究者在寻找统一安全区方面进行了大量努力，但有大量的研究指出，不存在可以避免所有患者脱位的统一安全区[4,9-13]，因为所有统一的安全区都存在不能满足患者个性化因素的局限性。2018年，Tezuka等[12]提出了一个新的定义在矢状面上的安全区，将髋臼矢状面前倾角（anteinclination, AI）和骶股角（pelvic femoral angle, PFA）纳入一个功能化参数即联合矢状面指数（combined sagittal index, CSI）来指导THA 假体的定位。基于这些功能化安全区的研究，Larry Dorr 和Callaghan[4]在2019 年撰文宣告“Lewinneck 安全区的死亡”，为THA 个性化、功能化安全区的发展指明了方向。在CSI的基础上，本团队建立了AI 向冠状面臼杯前倾角、外展角、骨盆PT 转化的数学公式，解决了CSI在临床应用的一个关键问题，并基于此方法发现，骨盆姿态变化导致仅有约64.2%的Lewinneck 安全区满足髋关节的功能需求，甚至存在大量患者Lewinneck安全区与CSI完全不重叠的情况，从而揭示了骨盆姿态变化对髋关节假体稳定性的巨大影响，也阐明了骨盆姿态导致传统Lewinneck安全区失效的基本机制[14]。

在机器人-导航技术日益普及的今天，对髋关节稳定性的认识已经逐渐从静态走向动态，从解剖进入功能，从局部迈向整体。髋关节的稳定性是一个三维问题，任何二维平面的评估都将牺牲三维分析的准确性。因此，本团队在汲取前人丰富研究成果的基础上，进一步开发了综合脊柱-骨盆姿态、假体大小、假体撞击、应力集中等多种因素在内的系统性综合解决方案——髋关节PSSZ 理论及相应算法[5]。本病例较好地展示了PSSZ 理论在髋关节脱位翻修术中，如何辅助临床医师定量评估假体位置，如何判断股骨假体角度与髋臼假体角度、骨盆姿态等是否相匹配，如何量化评估髋臼角度、假体头颈比、股骨前倾角等因素对髋关节稳定性的影响。在准确诊断脱位机制的基础上就可以针对性地制定治疗方案，在翻修手术中精准治疗，从而大幅提高脱位翻修手术的疗效和安全性。

2.4 股骨柄前倾角的影响

股骨柄前倾角在髋关节的稳定性中发挥了关键性的作用，这一点在所有仅强调髋臼角度的安全区理论中常被忽略。Dorr等[15]提出了联合前倾角的理论，并认为髋关节臼杯+股骨柄联合前倾角30°～50°可保持假体稳定。观察该患者双髋关节正位X线片发现左髋关节的角度似乎比右髋关节更不理想，经测量左髋关节臼杯为影像学外展角50°，前倾角24°，虽然左髋关节臼杯角度似乎较右髋关节更差，但是却没有脱位。分析右髋关节翻修术前左髋关节PSSZ，发现该患者左髋关节柄前倾角较小（8°），因而左髋关节当前的臼杯角度虽然较右侧前倾、外展角度均更大，但是却仍然落在与股骨柄相应的PSSZ 脱位安全区之内（图2F），因此可以解释为什么右髋关节脱位而左髋关节没有脱位。该患者双侧髋关节稳定性、PSSZ的巨大差异均证明了股骨柄前倾角对髋关节稳定性的基石作用。

本研究团队推荐THA臼杯角度应与股骨柄角度、骨盆姿态、假体型号等一起综合考虑，特别是对于难以调节股骨假体角度的非骨水泥一体柄，股骨侧优先的手术方案可降低臼-柄角度不匹配的风险，这与Dorr等[15]所倡导的联合前倾角技术理念相似。与联合前倾角技术所不同的是，在PSSZ 理论指导下的联合前倾角安全范围也是患者个性化的，而不是一个统一的。

2.5 本研究的局限性

①该病例报道未涉及统计学分析，因此还需要通过建立临床研究队列，研究PSSZ 理论指导髋关节脱位翻修术的准确性、有效性、安全性等；②PSSZ 理论基于患者的CT 影像、脊柱-骨盆侧位影像，存在增加患者辐射剂量的风险，但其CT 扫描要求与机器人辅助手术的要求可互相兼容，没有在机器人辅助手术的基础上增加更多的放射风险；③该病例的脊柱-骨盆运动不存在站立位失衡、坐位运动僵硬的问题，因此需要收集更多的存在脊柱-骨盆运动障碍的患者以研究骨盆姿态在脱位翻修患者中的具体影响。

3 结论

PSSZ理论通过将脊柱-骨盆运动、假体参数、假体角度等因素综合分析，建立量化评估THA术后髋关节稳定性的方法，可辅助THA术后脱位的病因诊断及翻修手术方案制定，与机器人辅助手术联合应用有望大幅提高髋关节脱位翻修术的临床疗效和安全性。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突