数字化三维重建在老年股骨转子间骨折半髋关节置换中的应用及经济学效果

doi:10.12307/2024.054

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (18): 2814-2818.doi: 10.12307/2024.054

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数字化三维重建在老年股骨转子间骨折半髋关节置换中的应用及经济学效果

李鹏1，韩小松1，向柄彦1，何颖异1，黄坤1，刘利1，罗洪建2，阮世强1

遵义市第一人民医院(遵义医科大学第三附属医院)，1骨科，2放射科，贵州省遵义市 563000

收稿日期:2023-02-17 接受日期:2023-05-08 出版日期:2024-06-28 发布日期:2023-08-24
通讯作者: 李鹏，副主任医师，遵义市第一人民医院(遵义医科大学第三附属医院)骨科，贵州省遵义市 563000
作者简介:李鹏，男，1980年生，副主任医师，主要从事骨关节外科方面的研究。
基金资助:
贵州省卫生健康委科学技术基金项目(gzwkj2021-259)，项目负责人：阮世强

Application and economic effects of digital three-dimensional reconstruction in hip hemiarthroplasty for intertrochanteric femoral fractures in the elderly

Li Peng1, Han Xiaosong1, Xiang Bingyan1, He Yingyi1, Huang Kun1, Liu Li1, Luo Hongjian2, Ruan Shiqiang1

1Department of Orthopedics, 2Department of Radiology, Zunyi First People’s Hospital (Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China

Received:2023-02-17 Accepted:2023-05-08 Online:2024-06-28 Published:2023-08-24
Contact: Li Peng, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Zunyi First People’s Hospital (Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China
About author:Li Peng, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Zunyi First People’s Hospital (Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China
Supported by:
Guizhou Provincial Health Commission Science and Technology Fund Project, No. gzwkj2021-259 (to RSQ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

人工半髋关节置换：是目前治疗老年股骨转子间骨折的理想术式，将股骨假体固定在正常骨质上，与双动头假体代替病变关节，恢复髋关节功能，提高患者生活质量。

数字化三维重建技术：通过数字化影像技术建立完整三维图像，为临床医师直观了解股骨、髋臼解剖学形态及与其周围组织关系提供有利参考依据。

背景：数字化三维重建技术凭借可视化、精准性、无创等优势逐渐应用于骨科疾病，但关于其在老年股骨转子间骨折人工半髋关节置换术中的循证支持较少。

目的：探讨数字化三维重建技术在老年股骨转子间骨折人工半髋关节置换中的应用价值及经济学效果。
方法：选择2019年1月至2022年12月遵义市第一人民医院收治的老年股骨转子间骨折患者130例，随机分为对照组和观察组(n=65)。两组均行人工半髋关节置换，对照组采取胶片模板测量的方法进行手工术前规划，观察组采取数字化三维重建技术。观察两组患者术前计划与术中实际应用假体符合率、纤维蛋白原、D-二聚体水平、双侧股骨偏心距差值、双下肢长度差值、Harris髋关节功能评分、目测类比评分、髋关节功能优良率、并发症及住院费用。

结果与结论：①观察组髋臼侧、股骨侧假体在0级(完全符合)所占比例高于对照组(P < 0.05)；②术后3 d观察组纤维蛋白原、D-二聚体水平低于对照组(P < 0.05)；③术后即刻观察组双侧股骨偏心距差值、双下肢长度差值小于对照组(P < 0.05)；术前、术后6个月、12个月两组Harris、目测类比评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)，术后12个月两组髋关节功能优良率比较差异无显著性意义(P > 0.05)；④两组并发症发生率比较差异无显著性意义(P > 0.05)；观察组住院费用高于对照组(P < 0.05)；⑤提示将数字化三维重建技术应用于老年股骨转子间骨折人工半髋关节置换，不仅能在术前准确判定假体型号，还能精准重建双下肢力线，但其住院费用高。

https://orcid.org/0000-0005-7247-7451 (李鹏)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 老年, 股骨转子间骨折, 数字三维重建技术, 人工半髋关节置换, 经济学效果

Abstract: BACKGROUND: Digital three-dimensional reconstruction technology is gradually applied to orthopedic diseases with the advantages of visualization, accuracy and non-invasiveness, but there is less evidence-based support for its use in artificial hip hemiarthroplasty for intertrochanteric fractures of the femur in the elderly.
OBJECTIVE: To investigate the application value and economic effects of digital three-dimensional reconstruction techniques in artificial hip hemiarthroplasty of intertrochanteric fractures of the femur in the elderly.
METHODS: One hundred and thirty elderly patients with intertrochanteric femur fractures admitted to Zunyi First People’s Hospital from January 2019 to December 2022 were selected and randomly divided into a control group (n=65) and an observation group (n=65). Artificial hip hemiarthroplasty was performed in both groups. The control group adopted the film template measurement method for manual preoperative planning while the observation group adopted a digital three-dimensional reconstruction technique. Preoperative planning and intraoperative actual application of prosthesis compliance rate, fibrinogen, D-dimer, bilateral femoral eccentric distance difference, bilateral lower limb length difference, Harris hip function score, visual analog scale score, excellent and good rate of hip function, complications, and hospitalization cost were observed in both groups.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The proportion of acetabular side and femoral side prosthesis in grade 0 (fully compliant) was higher in the observation group than that in the control group (P < 0.05). (2) Fibrinogen and D-dimer levels in the observation group were lower than those in the control group 3 days after surgery (P < 0.05). (3) The difference in bilateral femoral eccentric distance and the difference in bilateral lower limb length in the observation group were smaller than those in the control group immediately after surgery (P < 0.05). The differences in Harris and visual analog scale scores were not significantly different between the two groups preoperatively, 6 and 12 months postoperatively (P > 0.05). There was no significant difference in excellent and good rate of hip function between the two groups 12 months postoperatively (P > 0.05). (4) There was no significant difference in the complication rate between the two groups (P > 0.05). The hospitalization cost of the observation group was higher than that of the control group (P < 0.05). (5) It is indicated that digital three-dimensional reconstruction technology applied in artificial hip hemiarthroplasty of intertrochanteric femoral fracture in the elderly can not only accurately determine the prosthesis type before surgery, but also accurately reconstruct the bilateral lower limbs offline, but its hospitalization cost is high.

Key words: elderly, intertrochanteric femoral fractures, digital three-dimensional reconstruction technique, artificial hip hemiarthroplasty, economic effect

中图分类号:

李鹏, 韩小松, 向柄彦, 何颖异, 黄坤, 刘利, 罗洪建, 阮世强. 数字化三维重建在老年股骨转子间骨折半髋关节置换中的应用及经济学效果[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2814-2818.

Li Peng, Han Xiaosong, Xiang Bingyan, He Yingyi, Huang Kun, Liu Li, Luo Hongjian, Ruan Shiqiang. Application and economic effects of digital three-dimensional reconstruction in hip hemiarthroplasty for intertrochanteric femoral fractures in the elderly[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(18): 2814-2818.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析共纳入130例患者，随机分为2组，65例纳入对照组，65例纳入观察组。术后12个月随访，对照组和观察组分别失访4例及3例。
2.2 试验流程见图2。

2.3 一般资料比较两组患者性别、年龄、体质量指数、骨折位置、骨折原因、2型糖尿病、高血压、慢性阻塞性肺疾病、髓腔形态比较，差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表2。

2.4 两组患者术前计划与术中实际应用假体型号符合情况比较观察组髋臼侧、股骨侧假体在0级所占比例高于对照组(P < 0.05)。观察组术前计划股骨柄假体型号为9-15号，术中实际使用9-15号。见表3。

2.5 两组患者凝血功能比较术前、术后1周两组患者纤维蛋白原、D-二聚体水平比较差异无显著性意义(P > 0.05)，术后3 d观察组纤维蛋白原、D-二聚体水平低于对照组(P < 0.05)。见表4。

2.6 两组患者关节功能比较术后即刻观察组双侧股骨偏心距差值、双下肢长度差值小于对照组(P < 0.05)；术前、术后6个月、12个月两组Harris评分、VAS评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)，术后12个月两组髋关节功能优良率比较差异无显著性意义(P > 0.05)。见表5。

2.7 两组患者并发症及经济学效果比较两组均未出现假体下沉、旋转不稳现象。两组并发症发生率比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表6。观察组住院费用(6.91±1.86)万元高于对照组(5.03±1.21)万元(t=6.633，P < 0.05)。

2.8 植入物与宿主的生物相容性此次研究中所用植入物生物相容性均良好，两组患者均未出现植入物周围感染、免疫反应、过敏反应及排斥反应等。

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计前瞻性、随机、对照试验，定量资料组间比较运用独立样本t检验，组内比较运用配对t检验，计数资料运用卡方检验。
1.2 时间及地点试验于2019年1月至2022年12月在遵义市第一人民医院完成。

1.3 材料植入物介绍见表1。

1.4 对象选择2019年1月至2022年12月遵义市第一人民医院收治的老年股骨转子间骨折患者130例，按随机数字表法随机分为对照组和观察组，各65例。试验为开放性试验，分组未采用分配隐藏，评估者对符合入组标准患者均告知手术方案。所有受试者均知情同意并自愿参与此次研究，此次研究经医院伦理委员会批准(批件号：ZY2022120523，审批时间：2022-12-20)。
纳入标准：经临床表现、影像学检查证实单纯单侧新发股骨转子间骨折：年龄≥60岁，性别不限；具备明确手术指征；患者家属知晓并签署同意书。
排除标准：陈旧性或病理性股骨转子间骨折；伴股骨头坏死、髋关节发育不良等下肢疾病；肝肾异常；术前行走异常；髋关节手术史。
样本量估算：采用PEMS 3.2专业软件进行样本量计算，试验假设两组术后12个月Harris髋关节功能评分均数为0.19，标准差为0.60，检验水准α=0.05(双侧)，检验效能0.9，计算后样本量总数为105，考虑脱落率及实际情况，最终经纳入排除标准筛选后130例患者参与试验。

1.5 方法两组手术均由同一组医师团队完成，均行HA，具体步骤：①术前规划：对照组采取胶片模板测量方法，均拍摄骨盆正侧位X射线片，取仰卧位，伸直双下肢，双足内旋，拍摄股骨近端、髋关节、髂骨、坐骨、耻骨形态，按照传统胶片模板测量方法进行手工规划。观察组采取数字化三维重建技术：均行骨盆CT扫描，取仰卧位，自髂前上棘至股骨小转子下约10 cm进行扫描，层厚0.8 mm，将获取DICOM数据导入三维规划系统(AIHIP)软件(北京长木谷医疗科技有限公司)，软件可自动识别、分析手术部位，完成术前规划；智能规划股骨侧，根据股骨髓腔直径肌S-ROM柄直径，明确股骨颈截骨位置，匹配适宜型号、内外翻角度、放置位置的股骨柄，根据双下肢长度绝对值智能匹配适当球头，结合多年临床经验，适当微调三维术前规划。另外AIPHIP软件可根据前期识别的解剖标志点变化情况，模拟术前、术后效果(见图1)。②术中操作：全麻，健侧卧位，自后外侧入路，充分显现股骨转子间骨折部位、股骨颈基底部，结合术前规划截骨高度、方向行股骨颈截骨，取出股骨头。对比术中双动头试模与三维术前规划中的双动头模型，明确合适型号的双动头。后行股骨髓腔扩髓处理(以术前规划的股骨侧假体型号为准)，安装股骨侧假体试模及合适型号股骨假体、球头假体，复位满意后，测量双下肢长度及髋关节稳定性，冲洗并缝合切口。③术后处理：术后持续卧床6 h以上，并给予抗凝、抗感染、止痛、肢体锻炼等对症处理。

1.6 主要观察指标所有指标均采用盲法评估。
术前计划与术中实际应用假体型号符合情况：分为-2、-1、0、+1、+2级，其中0级为完全符合。
凝血功能：于术前、术后3 d、术后1周，取2 mL肘静脉血，肝素抗凝，凝固法测定纤维蛋白原，免疫比浊法测定D-二聚体，试剂盒购自上海卓茵医疗仪器有限公司。
关节功能：于术前及术后即刻拍摄髋关节正侧位X射线片，测量双侧联合偏心距差值、双下肢长度差值。
术前、术后6，12个月评估患者的目测类比评分(Visualan alogue scale，VAS)[7]：总分10分，得分越高疼痛程度越严重。
术后12个月，参照Harris髋关节功能评分评估手术效果，涉及疼痛、功能活动、功能、畸形、活动度5个维度，总分100分，分值越高髋关节功能越好[8]。分为优(总分90-100分)、良(总分80-89分)、可(总分70-79分)、差(总分0-69分)4个等级，优良率=(优+良)/总例数×100%。
为避免主观因素对VAS评分、Harris髋关节功能评分的影响，测评前，主要研究者应充分了解量表性能与结构，选择信度和效度齐全、性能较好的量表；其次由主要研究者亲自进行个别或小团体施测；正式测试前主要研究者应认真讲解指导语，仔细解释被测者提出的各种疑问，待其填写完成后当场回收问卷，查漏补缺，双人录入数据。
记录两组患者的并发症及住院费用。
1.7 统计学分析应用SPSS 22.0软件处理数据，定量资料组间比较运用独立样本t检验，组内比较运用配对t检验，计数资料运用卡方检验，检验水准α值取双侧0.05。文章统计学方法已经遵义医科大学生物统计学专家审核。

讨论

HA治疗原则为缓解疼痛，改善髋关节功能，提高生活质量，是目前治疗老年股骨转子间骨折重要手段。尽管HA治疗老年股骨转子间骨折效果已得到诸多研究者证实[9-11]，但由于假体设计与型号日益多样化，术中假体类型选择难度大。以往HA术前规划倾向于胶片模板测量方法，但存在放大率不准确、操作繁琐、易受人为因素影响等不足，极易产生测量假体型号偏差，增加并发症发生风险，影响治疗效果[12-14]。
近年越来越多学者主张以数字化三维重建技术为基础展开术前规划，即术前行CT检查，根据CT图像数据进行三维重建，获取三维可视化图像，便于术者操作。以往临床常用瑞典Symbios公司HipPlan、比利时Materialize公司Minics软件对髋关节CT图像进行手动分割，此类软件术前规划每例患者平均耗时约24 min[15]。而此次研究选用AIHIP软件行股骨、髋臼分离重建，每例患者平均耗时约5 min，可任意旋转图像角度，显现股骨、髋臼形态，精准定位解剖标志，提高股骨、双动头假体置入准确度[16]。股骨、双动头型号在HA中的手术效果尤为重要，相关研究显示，若股骨柄假体不匹配，无菌性松动发生风险增加4.2倍，双动头假体过大、过小均可增加疼痛发生风险[17]。AIHIP软件基于G-NET神经网络技术、PointRend技术、LSTM网络、DenseBlock结构、Unet结构进行智能分割，平均识别误差0.87个像素值，骰子重叠系数精度92.5%，充分保证手术规划效率及精确分割，并通过计算机算法匹配双动头、股骨柄，有效判定术中实际所需假体型号，减少假体脱位、关节不稳定等并发症发生[18-19]。同时AIHIP软件的应用便于术者在髋关节三维模型上模拟假体匹配及安装，为假体安放角度及位置提供有利参考。相关研究表明，AIHIP软件有机结合监督学习、基于强化学习的无监督学习，根据人体解剖结构及假体设计理念，智能放置假体，计算最适合角度，假体完全匹配率达90%[20]。文献报道，S-ROM柄相比于其他种类生物型柄，可显著减少股骨前倾角，矫正股骨旋转畸形，减少髋关节脱位发生风险[21]。二维模板缺乏三维视觉动态规划，无法提供解剖形态及假体大小、置入深度等，并发症发生率偏高。资料显示，二维规划髋臼杯符合率为7.3%-70%，股骨干符合率为36%-79%，与此次研究观点相符合[22-23]。由此可见，数字化三维重建技术规划假体型号符合率明显优于传统二维规划。此次研究还发现，术后即刻观察组双侧股骨偏心距差值、双下肢长度差值小于对照组，提示数字化三维重建技术辅助HA有助于缩小双侧股骨偏心距差值及双下肢长度差值，对并发症减少、下肢功能恢复具有积极作用，可能原因为翻修柄为加长柄可远端固定，利于术后早期下床活动。但上述观点与吴东等[24]的研究存在一定差异，考虑原因与样本量、数字化三维重建技术型号、操作者经验有关。另外，AIHIP软件还具有以下优势：①一键智能运算，操作简单；②三维可视化图像输出身临其境，可提供逼真三维视觉解剖；③可自动校正骨盆、下肢位置，无需手动调整，有效避免个人经验所致规划偏差；④生成多角度观测计划方案，便于术中实现。
手术创伤及其引起的应激反应可激活机体凝血功能，导致抗凝、凝血、纤溶稳态失衡，进而引起围术期血栓性事件发生[25-26]。因此统计老年股骨颈骨折患者HA围术期凝血功能变化尤为重要。纤维蛋白原、D-二聚体是反映机体凝血功能重要指标，其水平升高提示机体凝血功能紊乱[27-28]。统计分析发现，术后3 d两组纤维蛋白原、D-二聚体水平均高于术前，且观察组低于对照组，说明两种方案均会引起凝血功能紊乱，其中数字化三维重建技术影响较小。术后1周两组各指标趋于术前水平，说明两种方案所致凝血功能紊乱均为一过性，并未带来长期影响。需注意的是，骨折发生后，血管损伤可刺激内源凝血系统，加之骨组织中所含组织因子、凝血活酶释放入血后，可启动外源性凝血系统，综合作用导致血液高凝状态，诱发下肢深静脉血栓形成，故建议住院期间加强老年股骨颈骨折患者抗凝治疗，以防下肢深静脉血栓[29-30]。
另作者总结相关经验：①资料显示，彻底松解髋臼周围增生关节囊及骨赘有利于假体复位[31]。因此，HA操作期间应适当松解关节周围外展肌群，促进假体复位，确保髋关节活动度良好。②尽管数字化三维重建技术可规划HA各种参数，但数字化三维重建技术操作相对复杂、耗时，一旦操作不当便会造成误差，临床实际中应加强相关知识和技能培训，缩短学习曲线，提高实践工作中学习效率和手术成功率，减少并发症。③术前AIHIP软件系统辅助规划需行薄层CT检查，可增加扩大辐射剂量，加重患者经济负担，同时CT数据需前往影像科拷贝，无法在影像系统直接导入AIHIP软件，因此尚未在国内临床实际中广泛应用，其临床应用需进一步探索。
综上所述，数字化三维重建技术应用于老年股骨转子间骨折HA术中不仅能准确判定假体型号，还能精准重建双下肢力线，但其住院费用高。此次研究纳入病例均源于同一家医院，代表性不足，同时并未统计数字化三维重建技术辅助HA的远期治疗效果，今后需多中心、多渠道选取样本，增加观察时间，进行更为深入的研究。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

数字化三维重建在老年股骨转子间骨折半髋关节置换中的应用及经济学效果

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[1]	侯泽欣, 许本柯, 戴媛, 何川, 张朝驹, 李孝林. 老年人跌倒腕关节背伸损伤机制的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 886-890.
[2]	吴钟汉, 王景坤, 李涛, 许新忠, 余水生, 程里, 田大胜, 汤健, 荆珏华. 股骨近端防旋髓内钉治疗外侧壁完整型和外侧壁危险型股骨转子间骨折[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 911-916.
[3]	张泽毅, 杨亦敏, 李文彦, 张美珍. 足前进角对不同年龄膝关节炎患者下肢动力学影响的系统综述和Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 968-975.
[4]	尹林伟, 黄夏荣, 屈萌艰, 杨璐, 王金玲, 贾飞阳, 廖阳, 周君. 跑台运动对老年大鼠骨质疏松及wnt/β-catenin信号通路的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(2): 231-236.
[5]	周思睿, 黄坤, 柏帆, 刘利, 周阳阳. 罗斯曼指数对老年髋膝关节置换后非计划再入院和并发症的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2835-2839.
[6]	江渝, 罗燕, 林希圣, 王昳琳, 高泽福, 吕厚辰, 张里程, 唐佩福, 刘玉杰. 痴呆对老年髋部骨折术后并发症的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2895-2900.
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[9]	朱睿智, 曲强, 崔鹏飞, 刘栋, 张永涛, 王昌耀. 关节置换与闭合复位内固定治疗合并骨质疏松不稳定型转子间骨折的对比[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(12): 1869-1874.
[10]	马瑞, 葛莹, 王坤正, 杨佩. 小转子重建人工股骨头置换治疗高龄Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(12): 1880-1884.
[11]	王安全, 陈昊, 华兴一, 卢晓林, 周剑, 崔益亮, 李光宇, 尹宗生. 亚洲型股骨近端抗旋髓内钉治疗亚洲人群转子间骨折髓内钉突出程度的比较[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(12): 1901-1906.
[12]	王金玲, 黄夏荣, 屈萌艰, 黄福锦, 尹林伟, 钟培瑞, 刘静, 孙光华, 廖阳, 周君. 运动训练老年骨质疏松大鼠骨量及骨微结构的变化[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 676-682.
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[14]	潘玮敏, 王兵, 韩亚兵, 李婷, 宋嘉琦, 覃华生, 刘洋. 血流限制训练对老年人肌肉力量、质量和躯体能力改变影响的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 805-812.
[15]	汪天豪, 梁晓龙, 郑恺, 李荣群, 周军, 耿德春, 徐耀增, 朱锋. 股骨颈动力交叉钉系统与空心加压螺钉治疗老年股骨颈骨折短期随访的对比[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(36): 5828-5833.