共计20例(22髋)发育不良的髋部符合纳入排除标准，设为DDH组；选择同期行CT检查且排除髋关节疾病或畸形的患者22例(22髋)为正常对照组。2组人群的一般资料比较，差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表1。

1.4.1  髋关节三维重建  将DICOM原始数据导入Mimics 17.0软件(Materialise，比利时)进行骨盆三维模型重建(图1)。运用Thresholding功能对其进行阈值分割，设定分割阈值为骨骼的CT值(226-1 448 Hu)，保存为初步蒙板(mask)；利用Region Growing工具进行动态区域增长，进一步细分亚组；使用Calculate 3D from Mark命令进行重建；将得图像以“stl.”格式导出。重建后的3D骨盆模型可以任意放大和缩小，在任意空间范围内旋转，且同时在一个视野中显示3个正交断面图像和三维图像，灵活应用断面进行观察(图2)。

1.4.1  髋关节三维重建  将DICOM原始数据导入Mimics 17.0软件(Materialise，比利时)进行骨盆三维模型重建(图1)。运用Thresholding功能对其进行阈值分割，设定分割阈值为骨骼的CT值(226-1 448 Hu)，保存为初步蒙板(mask)；利用Region Growing工具进行动态区域增长，进一步细分亚组；使用Calculate 3D from Mark命令进行重建；将得图像以“stl.”格式导出。重建后的3D骨盆模型可以任意放大和缩小，在任意空间范围内旋转，且同时在一个视野中显示3个正交断面图像和三维图像，灵活应用断面进行观察(图2)。

1.4.2  DDH利用真臼重建的假体确定真臼旋转中心  利用软件Pro/ENGINEER Wildfire 5.0(PTC，美国)进行臼杯模拟，设计生成半球型三维CAD髋臼杯模型(图3)，以“stl.”格式储存并导入Mimics 17.0软件，在冠状位和矢状位以45°外展、15°前倾将臼杯模型置入三维骨盆的真臼处，臼杯模型的下缘靠近泪滴，在髋臼中实现边缘压合；确定最佳的臼杯型号后，利用平移和旋转的方式同步调整臼杯的位置，在横断位使臼杯达到与髋臼前后柱骨质最大接触面积地贴合，并经资深关节外科医生审核。臼杯模型的中心位置即为患侧真臼旋转中心(图4)。



1.4.2  DDH利用真臼重建的假体确定真臼旋转中心  利用软件Pro/ENGINEER Wildfire 5.0(PTC，美国)进行臼杯模拟，设计生成半球型三维CAD髋臼杯模型(图3)，以“stl.”格式储存并导入Mimics 17.0软件，在冠状位和矢状位以45°外展、15°前倾将臼杯模型置入三维骨盆的真臼处，臼杯模型的下缘靠近泪滴，在髋臼中实现边缘压合；确定最佳的臼杯型号后，利用平移和旋转的方式同步调整臼杯的位置，在横断位使臼杯达到与髋臼前后柱骨质最大接触面积地贴合，并经资深关节外科医生审核。臼杯模型的中心位置即为患侧真臼旋转中心(图4)。

髋臼前倾角^[16]：自骨盆出口下面观髋臼前、后缘连线与两耻骨联合前缘连线的垂线的夹角。首先对重建的骨盆图像进行旋转，以左右髂前上棘和耻骨联合前侧中点的平面即骨盆前平面为冠状面，然后测量髋臼后缘最外侧点和髋臼前缘最内侧点连线与位于髋臼中心的垂直轴线之间交角，见图5，6。

髋臼前倾角^[16]：自骨盆出口下面观髋臼前、后缘连线与两耻骨联合前缘连线的垂线的夹角。首先对重建的骨盆图像进行旋转，以左右髂前上棘和耻骨联合前侧中点的平面即骨盆前平面为冠状面，然后测量髋臼后缘最外侧点和髋臼前缘最内侧点连线与位于髋臼中心的垂直轴线之间交角，见图5，6。

2.1  髋臼三维重建图像的描述性分析  DDH组中，患者的真臼形态呈上窄下宽的三角形，前后径明显小于上下径；真臼边缘存在节段性缺陷，开口窄，髋臼浅，深度不足以容纳股骨头；股骨头均脱出于真臼，在真臼向上和向后迁移形成假臼；髋臼骨量在髋臼后上方堆积；模拟臼杯放置的理想中心大致位于后部骨壁的上方(图7A)。

正常对照组人群的髋臼大体呈相对规则的半球形，骨质分布较为均匀，髋臼前后柱的骨量较多；上下径和前后径大小较为一致，髋臼深度和宽度与股骨头相互匹配(图7B)。

2.2  髋臼三维重建图像的参数分析  Crowe Ⅳ型DDH组患者的髋臼前倾角和髋臼外展角均大于正常对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

髋臼发育障碍和股骨头不相容，引起长期的生物力学异常，致使髋关节解剖结构畸形是发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)患者出现股骨头半脱位或全脱位、负重区域软骨磨损、局灶性骨坏死及在终末期形成严重骨关节炎的原因^[1]。该病临床表现及治疗方法的选择与年龄及病理解剖状态高度相关，目前对不同年龄段DDH患者的治疗尚未形成公认的意见。成人DDH多数在20-40岁出现临床症状时才确诊，因长期的解剖结构及生物力学机制异常出现不同程度的症状，其外科治疗难度大，一直是国内外学者研究的热点。全髋关节置换是解除终末期患者患髋疼痛、恢复髋关节功能的首选手术方法^[2-3]，临床上Crowe Ⅳ型DDH患者的髋关节解剖畸形程度最大^[4]，其  全髋关节置换手术极具挑战性，术后并发症发生率和翻修率高^[5]。目前多数学者支持在真实髋臼(真臼)处行DDH髋臼重建，恢复髋臼旋转中心，以保持髋关节外展强度及平衡肢体长度^[4，6]。因此，术前深入分析Crowe Ⅳ型DDH髋臼侧病理解剖特点及差异，定性和定量分析髋臼参数在DDH手术治疗中显得尤为重要。髋臼前倾角和外展角是髋臼重要的解剖参数^[7]，适当的髋臼前倾角有利于髋臼对股骨头的容纳，影响臼杯置入的位置和方向^[8]；髋臼外展角有着维持髋关节负重功能稳定的作用^[9]。髋臼前倾角和髋臼外展角的术前测量可提高复杂全髋关节置换假体安放的精确度，降低术后并发症并提高假体远期生存率^[10-11]。

三维(3D)图像与常规的二维(2D)射线图像相比，在反映真臼形态特征和评估髋臼参数方面更为有效。在三维成像环境中，髋关节模型的分离重建、旋转和分割可以直观地促进术前计划^[12]。此外，一些研究揭示了臼杯的模拟置入不仅可以提供髋臼假体尺寸和位置的准确预测，还可以提供对髋臼重建有用的解剖参数^[13-15]。

此次研究通过Mimics等软件对成人Crowe Ⅳ型DDH患者的CT断层图像进行医学图像处理，建立髋臼三维数字化可视模型，利用三维手术模拟技术实现真臼重建，确定真臼旋转中心，从任意平面、方向、角度上观察三维模型图像，探究髋臼形态的特点，测量髋臼相关角度参数，对真臼定性定量地进行3D形态分析。

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

1.1  设计  3D形态分析试验。

1.2  时间及地点  于2019年1至10月在新疆医科大学第六附属医院及新疆医科大学中心实验室完成。

1.3  对象  收集2016年1月至2019年1月新疆医科大学第六附属医院收治的29例(34髋)成人Crowe Ⅳ型DDH患者的术前影像学数据。

纳入标准：①年龄≥18岁；②诊断为Crowe Ⅳ型DDH患者；③影像学资料清晰。

排除标准：①既往髋关节手术史；②Legg-Calve- Perthes综合征；③髋关节感染；④髋臼或股骨肿瘤的病史；⑤CT扫描不合格。

共计20例(22髋)发育不良的髋部符合纳入排除标准，设为DDH组；选择同期行CT检查且排除髋关节疾病或畸形的患者22例(22髋)为正常对照组。2组人群的一般资料比较，差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表1。

将所有患者的X射线片和CT扫描数据(64排CT，薄层 1 mm)从医院信息科工作站以“DICOM 3.0”格式导出，储存于可移动硬盘。该研究得到新疆医科大学第六附属医院伦理委员会的批准，符合《赫尔辛基宣言》的宗旨。

1.4  方法

1.4.1  髋关节三维重建  将DICOM原始数据导入Mimics 17.0软件(Materialise，比利时)进行骨盆三维模型重建(图1)。运用Thresholding功能对其进行阈值分割，设定分割阈值为骨骼的CT值(226-1 448 Hu)，保存为初步蒙板(mask)；利用Region Growing工具进行动态区域增长，进一步细分亚组；使用Calculate 3D from Mark命令进行重建；将得图像以“stl.”格式导出。重建后的3D骨盆模型可以任意放大和缩小，在任意空间范围内旋转，且同时在一个视野中显示3个正交断面图像和三维图像，灵活应用断面进行观察(图2)。

1.4.2  DDH利用真臼重建的假体确定真臼旋转中心  利用软件Pro/ENGINEER Wildfire 5.0(PTC，美国)进行臼杯模拟，设计生成半球型三维CAD髋臼杯模型(图3)，以“stl.”格式储存并导入Mimics 17.0软件，在冠状位和矢状位以45°外展、15°前倾将臼杯模型置入三维骨盆的真臼处，臼杯模型的下缘靠近泪滴，在髋臼中实现边缘压合；确定最佳的臼杯型号后，利用平移和旋转的方式同步调整臼杯的位置，在横断位使臼杯达到与髋臼前后柱骨质最大接触面积地贴合，并经资深关节外科医生审核。臼杯模型的中心位置即为患侧真臼旋转中心(图4)。

1.4.3  参数测量

髋臼前倾角^[16]：自骨盆出口下面观髋臼前、后缘连线与两耻骨联合前缘连线的垂线的夹角。首先对重建的骨盆图像进行旋转，以左右髂前上棘和耻骨联合前侧中点的平面即骨盆前平面为冠状面，然后测量髋臼后缘最外侧点和髋臼前缘最内侧点连线与位于髋臼中心的垂直轴线之间交角，见图5，6。

髋臼外展角^[17]：在髋关节冠状面髋臼上、下缘连线与垂直轴线的夹角，见图5，6。

1.5  主要观察指标  ①真臼形态；②髋臼前倾角；③髋臼外展角。

1.6  统计学分析  采用SPSS 21.0统计学软件进行统计分析，计量资料满足正态分布采用t 检验比较，以x(_)±s形式表示，P < 0.05为差异有显著性意义。

Crowe Ⅳ型DDH患者的髋关节先天畸形主要包括形态异常、扭转畸形、开口狭窄、节段性缺损、髋关节旋转中心移位、关节周围软组织挛缩、骨盆倾斜及脊柱畸形等^[18]，此类患者进行初次全髋关节置换时，对骨外科医生提出了相当大的技术挑战^[19]。尽管几项研究评估了二维和三维图像上的髋臼参数^[20-21]，但评估和测量大多限于Crowe Ⅰ型髋关节以及通过股骨头中心确定测量平面。YOSHITANI等^[22]研究显示不同于正常髋关节的半球形髋臼，Crowe Ⅳ型DDH髋臼形态呈三角形，此次研究通过对髋臼三维重建图像的定性分析也得出相似结论。因此以脱位的股骨头确立测量基点无法准确地描述Crowe Ⅳ型DDH真臼形态。

近年来，LIU等^[23]使用CT多平面重组技术以骨盆高度比例确立测量平面，提出CroweⅠ/Ⅲ级DDH患者的髋臼内壁骨量要多于Ⅰ级DDH患者，而髋臼开口和深度明显小于Ⅰ级DDH患者。肖喻等^[24]采用Harris窝、髋臼十字坐标轴以及Ranawat三角确定真臼旋转中心，分析了各型DDH的形态学特征：随Crowe分型增加，髋臼前倾角和髋臼内壁宽度逐渐增加；髋臼前覆盖角和后覆盖角逐渐减小。OKUZU等^[25]利用对侧正常的对侧股骨头中心位置作为参考，对207例单侧DDH女性患者的髋关节半脱位率与髋臼宽度之间的关系，结果显示，随Crowe分型的增加，髋臼前倾角、股骨颈前倾角及联合前倾角均显著增加；髋臼宽度，臼杯假体尺寸则显著减小。YANG等^[26]通过数字化软件模拟置入假体全面评估DDH患者的髋臼的形态特征，结果显示，髋臼扇形角及髋臼前倾角随DDH的严重程度而增加，各型DDH髋臼的内壁厚度较正常髋臼均增加。综上，DDH真臼形态变化随DDH的严重程度存在一定的演变规律。此次研究利用三维手术模拟技术，直观、清晰地呈现髋关节的立体可视化形态，显示各部位准确可靠的空间解剖结构，以真臼重建的假体确立旋转中心对Crowe Ⅳ型 DDH的真臼形态进行了分析，与正常髋臼的半球形不同，DDH真臼形态呈上窄下宽的三角形；其髋臼前倾角、外展角均大于正常髋臼，同上述报道的研究结果相似。其次，单侧病例组中，其对侧髋臼也存在病理性改变，一方面可能因为患者长期处于功能失代偿状态，继发性解剖异常如盆腔倾斜或脊柱弯曲的发生可能并存，故对侧也在发生改变，提示对于单侧Crowe Ⅳ型DDH患者，术前计划中必须考虑由于髋关节慢性脱位引起的骨盆和脊柱的变化，同时应将Crowe Ⅳ型DDH细分为亚型和其他类别。再者，Crowe Ⅳ型DDH患者的髋臼前倾角差异较大，这表明在进行全髋关节置换术前必须谨慎地进行个体化的术前计划。最后，作者发现模拟臼杯放置的理想中心大致位于后部骨壁的上方，有必要增大样本量及对不同种族的患者进行作进一步研究。

DDH患者真臼处骨储备量最为丰富，在真臼处造臼重建旋转中心，可以最大程度地重现髋臼正常解剖关系，恢复正常或接近正常的生物力学^[27-28]。同时避免假体在非生理状态下加速磨损，且对于恢复外展肌功能，增加假体稳定性和耐用性至关重要^[29-30]。然而，Crowe Ⅳ型DDH患者由于周围纵行肌肉与韧带挛缩、髋臼内软组织填充以及纤维软骨性臼缘向臼内折叠，导致术中难以判断真臼位置^[14，31]。此次研究利用患者CT扫描原始数据，进行数字化三维重建，获得高仿真可视化的3D重建模型，实现了离散的体数据表示与连续的几何表示间相互转换；通过对股骨及髋臼进行任意的分离重建，运用3D置入模拟可直观全面地评估DDH患者的真实髋臼的形态特征。不仅有助于术者在术前了解髋臼解剖形态、骨质缺损部位与造臼位置等信息^[18]，而且3D模拟可以高度有效和准确地预测术后旋转中心和假体的方向。因此，应用3D模拟置入臼杯以准确定义真正的髋臼位置是合适的。另外，此次研究应用骨盆前平面为参考平面，排除了因骨盆前后旋转、位置变动、歪斜与倾斜等因素造成的测量误差，在一定程度上保证了髋臼角度参数测量的准确性和可靠性。

此次研究存在一定的局限性：首先，样本量相对较小，未对性别差异进行单独髋臼形态评估，后续还需要增加样本量，提高研究的论证强度；其次，在模拟臼杯置入过程中，需根据骨量参考手动调整髋臼杯；再者，仅对Crowe Ⅳ型DDH患者髋臼进行定性和定量分析，后续还需增加其他分型的多个参数分析。

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

文题释义：

发育性髋关节发育不良：由于髋臼发育异常造成髋臼与股骨头匹配不佳，长期的生物力学异常导致髋臼、股骨近端骨质结构发育畸形，关节周围软组织挛缩、功能减退，终末期形成严重骨关节炎的一种疾病。

3D手术模拟技术：利用病患的CT原始数据进行高仿真的数字化三维重建，在此基础上编辑、配准，应用仿真手术功能预估截骨的位置、标志及置入假体的型号，能精确对比术前、术后髋关节解剖结构变化，并能进行解剖学的测量。

发育性髋关节发育不良：由于髋臼发育异常造成髋臼与股骨头匹配不佳，长期的生物力学异常导致髋臼、股骨近端骨质结构发育畸形，关节周围软组织挛缩、功能减退，终末期形成严重骨关节炎的一种疾病。

3D手术模拟技术：利用病患的CT原始数据进行高仿真的数字化三维重建，在此基础上编辑、配准，应用仿真手术功能预估截骨的位置、标志及置入假体的型号，能精确对比术前、术后髋关节解剖结构变化，并能进行解剖学的测量。

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#br#