数字化模板测量对全髋关节置换后下肢不等长的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.09.002

摘要/Abstract

摘要：

背景：置换前模板测量是全髋关节置换非常重要的置换前计划步骤。准确的模板测量可以帮助骨科医生选择最合适的假体型号，指导置换中下肢长度的控制，使患者获得满意的下肢长度和偏心距，从而减少置换后并发症的发生。
目的：观察置换前进行数字化模板测量对全髋关节置换后下肢不等长的影响。
方法：回顾性分析2004年10月至2012年5月在东南大学附属中大医院骨科行人工全髋关节置换的334例患者，根据是否进行数字化模板测量分为对照组(n=124)和测量组(n=210)，分别在置换前未进行数字化模板测量和进行由NEUSOFT PACS/RIS3.0影像系统对骨盆正位进行的数字化模板测量，比较2组患者置换后下肢不等长的发生情况。
结果与结论：测量组全髋关节置换患者下肢不等长绝对值小于对照组(Z=-3.638，P < 0.01)，表明测量组比对照组下肢不等长程度更小，更加趋向于下肢等长。以下肢不等长绝对值>10 mm作为下肢不等长的诊断标准，测量组全髋关节置换患者比对照组下肢不等长发生率明显降低(χ²=7.17，P=0.007 < 0.05)。说明数字化模板测量能够减少全髋关节置换后下肢不等长的发生。

关键词: 骨关节植入物, 人工假体, 全髋关节置换, 下肢不等长, 数字化测量, 置换前计划, 模板测量, 人工关节, 数字化骨科, 植入物, 骨关节植入物图片文章

Abstract:

BACKGROUND: Digital templating before replacement is a very important step in pre-operative planning of total hip arthroplasty. Accurate pre-operative templating can help orthopedists to select the most appropriate prosthesis and control the lower limb length during replacement. Consequently, patients can get satisfactory lower limb length and offset. The incidence of complications after operation will be decreased.
OBJECTIVE: To investigate the influence of pre-operative digital templating on leg length discrepancy after total hip arthroplasty.
METHODS: We performed a retrospective analysis in 334 patients who received total hip arthroplasty from October 2004 to May 2012 in the Department of Orthopedics, Zhongda Hospital Southeast University. Patients were divided into two groups according to the willingness of digital templating: control group (n=124) and measurement group (n=210). The patients in the control group did not receive digital templating. Patients in the measurement group received digital templating on the anteroposterior pelvic with the NEUSOFT PACS/RIS3.0 imaging system. The incidence of leg length discrepancy after replacement was compared between two groups.
RESULTS AND CONCLUSION: The absolute value of leg length discrepancy of the patients in the measurement group was less than that in the control group (Z=-3.638, P < 0.01), indicating that the severity of leg length discrepancy in the measurement group was lower than that in the control group, more inclining to lower limb equal length. The absolute value of leg length discrepancy > 10 mm was considered as the diagnostic standard. The incidence rate of leg length discrepancy of the patients in the measurement group was lower than that in the control group (X²=7.17, P=0.007 < 0.05). The results indicate that digital templating can reduce the incidence of leg length discrepancy after total hip arthroplasty.

Key words: bone and joint implants, artificial prosthesis, total hip arthroplasty, leg length discrepancy, digital measurement, pre-replacement planning, templating, artificial joints, digitized orthopedics, implants, photographs-containing paper of bone and joint implants

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 3

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引言

材料方法

对象和方法
设计：非同期对比观察。
时间及地点：于2004年10月至2012年5月在东南大学附属中大医院骨科完成。
对象：收集于2004年10月至2012年5月在东南大学附属中大医院骨科行人工全髋关节置换的所有患者。
诊断标准：患侧垂直偏心距减去对侧垂直偏心距值的绝对值>10 mm，定义为下肢不等长^[9]。
纳入标准：①成功行单侧全髋关节置换。②患者及家属对实验目的及过程知情同意。
排除标准：①先天性髋臼发育不良。②置换对侧已行全髋关节置换。③既往因髋部骨折曾行手术治疗、髋关节翻修、髋关节破坏严重致测量困难。④骨肿瘤。⑤影像资料不全。
最终纳入的全髋关节置换者根据是否进行数字化模板测量分为对照组和测量组。对照组为2004年10月至2008年5月行全髋关节置换者124例，置换前均未进行数字化模板测量。测量组2008年6月至2012年5月行全髋关节置换的患者210例，均于置换前进行数字化模板测量。
材料：主要采用美国强生公司和德国林克公司生产的人工髋关节。
方法：
单侧全髋关节置换：手术采取健侧卧位，选择患侧髋关节后外侧入路进行手术。根据患者情况选择骨水泥型假体或者生物型假体。股骨颈截骨水平与置换前模板测量确定的小转子顶点至股骨颈截骨水平的距离相符。处理髋臼至有新鲜出血的软骨下骨床，然后植入非骨水泥型或骨水泥髋臼假体。股骨扩髓后，依据置换前的模板测量选定的柄大小植入股骨假体。髋关节复位后修复后方的软组织以增加术后髋关节的稳定性。常规放置扁管引流。
影像学测量：所有患者均于单侧全髋关节置换前后1周内分别拍摄数字化骨盆正位X射线片。数字化置换前模板测量使用软件为NEUSOFT PACS/RIS3.0影像系统(沈阳东软软件股份有限公司)，该系统通过软件计算直接消除缩放效应，数据能够精确到0.01 mm，并且可以通过软件提供的测量工具进行数字化置换前模板测量，直接通过软件计算出所有数据。
测量髋臼直径：确定旋转中心，选择合适型号的髋臼假体。
测量近端和远端髓腔直径：选择合适型号的股骨假体。
测量颈长：选择合适型号的假体颈。
移植前行数字化测量下肢不等长程度：实验选择了泪滴连线作为骨盆参照点，选择小转子尖作为股骨参照点。测量垂直偏心距值方法[10]：在骨盆正位X射线片上，测量股骨小转子内侧尖部至双侧泪滴下缘尖部连线的垂直距离。下肢不等长正值表示置换侧下肢长度偏长，负值表示置换侧下肢长度偏短。下肢不等长绝对值表示下肢不等长的程度。具体测量方法见图1。

下肢不等长绝对值=|下肢不等长|。下肢不等长绝对值代表下肢不等长的程度。

假体尺寸的确定：根据影像学检测获得的髋臼直径、近端和远端髓腔直径、颈长和下肢不等长程度选择假体型号，置换中采用的假体尺寸则根据具体情况而定，需综合考虑置换中具体测量值、周围软组织张力、骨质强度和稳定性等。
主要观察指标：下肢不等长绝对值和下肢不等长发生率，比较数字化模板测量对全髋关节置换后下肢不等长的影响。
统计学分析：所有统计数据采用SPSS 11.0软件(美国SPSS公司)进行处理。比较测量组和对照组下肢不等长绝对值时采用秩和检验，比较2组下肢不等长发生率时采用卡方检验。P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

众多研究表明，全髋关节置换可以改善患者的关节功能和生活质量。但是全髋关节置换也可能导致一系列并发症，全髋关节置换后下肢不等长就是其中最常见的并发症之一^[23]。全髋关节置换后下肢不等长可能导致下腰痛、假体松动、髋部疼痛、关节僵硬、神经损伤、异位骨化、关节脱位等一系列并发症^[6-22]。从而严重影响患者满意度，往往需要进行关节翻修，甚至导致医疗纠纷。Plaass等^[24]研究了94名行全髋关节置换的患者短期(1年)预后情况，认为全髋关节置换后下肢偏短的患者更易发生跛行，而下肢偏长的患者疼痛的发生率更高。下肢不等长对患者行走能力，Harris评分和满意度的影响较小。Wylde等^[25]研究了全髋关节置换后远期(5-8年)预后情况，统计了1 114名行全髋关节置换的患者，结论为全髋关节置换后5-8年，约30%患者受到下肢不等长的影响。在这些感觉到下肢不等长的全髋关节置换患者中，49%的患者对于下肢不等长感觉很烦恼，31%的患者使用增高鞋进行矫正，4%的患者认为置换不值得做。感觉到下肢不等长患者的髋关节功能评分更差，并且跛行的发生率明显更高。翁文杰等^[26]通过研究认为全髋关节置换后下肢不等长，尤其是患肢延长对置换后功能有很大的影响，会严重降低患者的生活质量，肢体延长越多对患肢功能影响越大(> 10 mm)，且不会随时间推移而减轻。因此骨科医生应尽可能保持患者在全髋关节置换后下肢长度一致，尽量减少下肢不等长的发生率。

全髋关节置换最重要的置换前计划步骤之一就是模板测量。在过去的20年中，置换前模板测量在全髋关节置换中发挥了重要作用。置换前模板测量有助于选择合适的假体型号，从而更好地辅助假体置入。完善的置换前模板测量有利于恢复髋关节偏心距和下肢长度，从而有利于达到肌肉力量平衡，恢复关节运动功能，延长假体寿命^[27-30]。传统置换前模板测量一般用人工关节厂家提供的一系列不同型号的透明模板与X射线片进行对比，从而确定置换中使用的假体型号。但是传统胶片X射线往往存在缩放效应，需要通过特殊方法进行校正^{[23, 31]}。如Sathappan等^[23]测量X射线片髋臼直径和实际髋臼直径，通过二者之间的比例换算来确定下肢长度。

采用传统置换前模板测量方法的假体符合率的文献较少。Knight等^[32]研究了110例初次行全髋关节置换的患者，髋臼假体符合率为62%，骨水泥型股骨假体符合率为78%，非骨水泥型假体符合率为42%。Carter等^[33]研究了74例非骨水泥型全髋关节置换患者，假体符合率约50%，如放宽标准至大小1号则假体符合率为88%至95%，如放宽标准至大小2号则假体符合率约100%。Eggli等^[34]研究了100例行全髋关节置换的患者，股骨假体符合率为92%，髋臼假体符合率为90%。Gonzalez等[35]研究了139例全髋关节置换患者，髋臼假体符合率为83%，股骨假体符合率为78%，如放宽标准至大小1号则假体符合率为99%。以上各项研究置换前和置换后假体符合率虽然不尽相同，但假体符合率比较高，这也说明了置换前模板测量在全髋关节置换中的重要性。

国内也有类似的研究，李山珠等^[36]通过传统全髋关节置换前模板测量方法，选择92例接受初次单侧人工全髋关节置换的患者作为研究对象，全髋关节置换前利用厂家模板确定假体置入位置，预判股骨颈截骨平面及股骨距的保留长度。全髋关节置换中行Shuck试验，Drop-Kick试验以及双踝-双膝比较试验，并且根据假体试模及软组织松解程度来保持双下肢的长度等长。结果显示全髋关节置换后患者下肢不等长在1.2 cm以内共77例(85%)，在0.6 cm以内的58例(64%)。全髋关节置换后对所有患者进行16-49个月的随访，全髋关节置换后髋关节功能平均评分从48分提高到90.3分。结论认为全髋关节置换后下肢不等长对全髋关节置换效果有很大影响，通过全髋关节置换前模板评估测量，全髋关节置换中反复检查试验，可以获得较好结果。

近年来，由于影像技术的发展，数字化X射线片越来越普及，使得数字化置换前模板测量得以实现，从而使测量方法大为简化，且提高了测量精确度。Davila等^[37]在拍X射线片时，通过固定X射线球管曝光距离为48英寸 (1英寸=2.54 cm)，并在髋关节旁边放置直径30 mm的球形金属标记，最后通过电脑换算的方法确定测量长度。Bertz等^[38]也采用了类似的方法。第一作者所在医院从2004年10月开始使用NEUSOFT PACS/ RIS3.0影像系统进行影像学数据传输和分析。第一作者所在科室从2008年6月开始对全髋关节置换患者置换前进行数字化模板测量。该系统数字化模板测量的优点是不要考虑传统胶片X射线的缩放效应，直接通过系统消除缩放效应，而且测量精确程度很高。

在以往的研究中，不同作者在比较下肢长度时采用了各种不同的方法。骨盆参照点以泪滴下缘连线和坐骨结节连线多见，而股骨参照点一般选择小转子尖和股骨头中心^[39-44]。Meermans等^[6]通过比较各种下肢不等长测量方法得出结论：骨盆参照点建议选择坐骨结节连线，而使用泪滴连线进行测量更接近真实值。股骨参照点建议选择小转子尖或者股骨头中心，两者差异无显著性意义。在本文中第一作者选择了泪滴连线作为骨盆参照点，选择小转子尖作为股骨参照点，这种方法在实际操作中较为方便实用。

实验中对照组患者未进行数字化模板测量，测量组患者置换前进行数字化模板测量。对照组患者下肢不等长绝对值为(6.54±4.73) mm。测量组患者下肢不等长绝对值为(4.64±3.77) mm，显示两组下肢不等长绝对值的差异有显著性意义，测量组的下肢不等长绝对值低于对照组，表明置换前进行数字化模板测量的测量组患者下肢不等长程度更小，更加趋向于下肢等长。对照组124例患者中27例发生下肢不等长，发生率为21.8%。而测量组210例患者中仅23例发生下肢不等长，发生率为12.0%。经卡方检验，测量组下肢不等长发生率明显低于对照组。置换前进行数字化模板的测量组下肢不等长发生率更低，下肢不等长发生率几乎减少一半。以上结果表明数字化模板测量对全髋关节置换有很大帮助，可以有效的减少置换后下肢不等长的程度和发生率。

而国内外其他一些学者也有一些类似的研究^[45-52]。林竹等^[45]通过应用MediCAD软件对人工膝关节假体置换进行数字化置换前计划，分别应用数字化模板与传统胶片模板对2010年1月至2011年4月间人工膝关节假体置换的60例患者进行数字化置换前计划，比较置换前计划与置换实际假体型号选择方面与置换中实际尺寸吻合度。结果数字模板测量股骨假体符合率为90.0%，胫骨假体符合率为86.7%；结论认为置换前数字化模板测量可提高置换中假体选择的精确性，置换前设计准确率和可信度较高。

Jassim等^[46]全髋关节置换前通过数字化模板测量，能精确预测全髋关节置换中股骨和髋臼假体的型号，并且对于全髋关节置换前即存在的下肢不等长矫正效果良好。利用一种名为Mdesk的软件系统进行模板测量，测量内容主要包括髋臼直径、股骨干尺寸、股骨颈长度、颈干角和下肢不等长值。置换后股骨假体符合率为64%，髋臼假体符合率为60%。如放宽标准至相差1号则髋臼假体符合率为95%，股骨假体符合率为94%。对于置换中选择假体型号的有效性和可靠性均取得满意效果^[47]。Hsu等^[47]通过数字化测量对全髋关节置换和全膝关节置换假体符合率进行研究。全髋关节置换中，髋臼假体符合率36%，股骨假体符合率31%。放宽标准至相差1号则髋臼假体符合率为75%，股骨假体符合率为71%。放宽标准至相差2号则髋臼假体符合率为90%，股骨假体符合率为85%。全膝关节置换中，股骨假体符合率58%，胫骨假体符合率50%。放宽标准至相差1号则股骨假体符合率为96%，股骨假体符合率为88%。放宽标准至相差2号则髋臼假体符合率为100%，股骨假体符合率为98%。Hossain等^[48]通过研究50例初次全髋关节置换患者，比较数字化模板测和传统模板测量对下肢长度的影响，利用名为TraumaCad的数字化模板测软件进行研究。数字化测量组髋臼杯符合率46%，股骨偏心距符合率80%，假体柄符合率76%；而传统测量组髋臼杯符合率43%，股骨偏心距符合率70%，假体柄符合率60%。因此上述实验结论认为数字化模板测量比传统模板测量手术假体的预测明显更加准确，与本次实验结论相似。

当然本实验也存在着一些不足之处，如仅关注下肢长度问题，未对股骨偏心距进行研究；未能比较置换前置换后假体符合率；也未对患者下肢不等长的发生和患者髋关节功能进行相关性研究。

综上，在对全髋关节置换患者进行置换前计划时，与传统模板测量相比，使用数字化模板测量会使得测量更为精确，从而有助于骨科医师选择最适合患者的人工假体，指导置换中下肢长度控制。置换前进行数字化模板测量的患者置换后更趋向于下肢等长，并且下肢不等长发生率更低。随着计算机辅助技术的普及，数字化模板测量在骨科置换前计划中有着良好的应用前景。

致谢：感谢东南大学附属中大医院所有骨科医生对实验的帮助和支持。
作者贡献：张学军进行实验设计，实施，评估及资料收集，并构思成文；王宸负责审校；张学军对文章负责。
利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组织直接或间接的经济或利益的赞助。
伦理要求：参与实验的患病个体及其家属自愿参加，均对实验过程完全知情同意，在充分了解本治疗方案的前提下签署“知情同意书”；干预及治疗方案获东南大学附属中大医院伦理委员会批准。实验实施者均为临床骨科医师，且具有医师资格证书。
作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。

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延伸阅读

全髋关节由人工髋臼和人工股骨头组成。过去二者均用金属，实践症明并发症多，现已不用。目前国内外均用超高分子聚乙烯制成的髋臼，低强度模量金属制成的人工股骨头。人工全髋关节的类型和设计较多，主要是股骨头的直径和与骨固定的髋臼面的设计。较厚的髋臼，直径相对小的人工股骨头组成的全髋，头臼磨擦力小，人工臼稳定，局部反应小。全髋关节置换术的并发症除有人工股骨头置换的并发症外，尚有人工髋臼的松动，脱位及负重区的超高分子聚乙烯面磨损后引发的局部反应。

全髋关节置换术后绝大多数肢体是不等长的，绝对等长罕见。Turula等认为下肢不等长在10mm以内一般不会引起临床症状，也不会引起髋关节肌力的明显改变，而下肢不等长超过10mm的患者因代偿性的骨盆倾斜脊柱侧弯易导致腰背痛等并发症，且术后患肢延长比短缩更为常见，这与术者担心术后关节脱位有关。而肢体延长后使偏心距增大，导致软组织的张力和关节的压力增加，患者关节功能受限并加快假体的磨损，最终缩短假体的使用寿命，临床上患者不满意率较高，甚至引发医患纠纷。人工关节是医生参照患者的骨性标志，遵循一定的操作规范及术者的经验来进行安装的。具体影响术后肢体长度的因素为：髋臼安放的深浅、股骨柄打入的深度、球头假体的颈长等。最终肢体长短的误差应是上述因素的综合结果，如髋臼安装过深、偏高，对应的股骨假体打入时宜偏浅，以此来平衡患肢的长短，反之亦然，而球头的颈长仅作为微小调节，这与手术医师的经验关系密切。依照上述理念，作者采用了仰卧位，术前、术中直接触摸测量，对比双侧髂前上棘至髌骨上缘的距离，该方法简便、实用，可靠性高，重复性强。首先，术前患者麻醉后，自然仰卧、保持双侧髂前上棘在同一垂直平面，直接测量双侧髂前上棘到双侧髌骨上缘的距离;仰卧位手术，手术体位的摆放要求患者患肢贴近床边、患侧髋部略垫高、对侧床边支架固定健侧骨盆，保持双侧髂前上棘在同一垂直平面，再次测量上述距离。这样，可消除因体位改变而带来的相对误差。其次，仰卧位手术，使得术中双侧髌骨、髂前上棘等骨性标志术中均容易触摸，定位准确。第三，安装假体等手术操作不易使手术体位发生较大改变，即便因击打假体、复位、牵拉等动作使体位出现移位，术中仍可通过触摸双侧髂前上棘，重新找到标准体位。第四，手术者通过术前X线片及术前测量数值对比，已有具体的、直观的感受，依据其经验和对假体型号、尺寸的掌握，综合考虑完成整套假体的预安装过程并复位，再次测量双侧髂前上棘至髌骨上缘的距离，比较之前的数值，如接近理想数值范围，则仅做球头颈长的微调，进一步完成手术操作。第五，结合术中在切开臀中肌止点时所做的标记缝合线，在假体完成预安装后，自然状态下，测量其相对位移距离，作为上述直接测量的验证参考。另外，Charnley等提出的在假体复位后牵引患肢状态下、关节间隙在0.5cm左右为合适的组织张力，也可作为肢体长短是否适宜的间接参考。总之，仰卧位下的手术操作，为作者能够简便、直观、科学的测量带来了可能，结合其他的辅助检测方法和手术者的实践经验，可有效的预防双下肢不等长。同样，这种方法也可推广到侧卧位，通过触摸双侧髌骨，进行术前、术后对比测量。随着骨科三级学科的建设，已经能够创造出这种条件：相对固定的手术者、相对固定的关节假体、相对固定的手术器械、甚至相对固定的手术床，使得手术者的熟练度达到“动力定型”的高度，这不仅能减少肢体不等长的误差，更重要的是，它提高了整个人工关节假体安装的精确度。