不同透视角度下髋臼杯覆盖率：评估复杂类型髋关节发育不良全髋关节置换假体的位置

doi:10.12307/2022.057

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (3): 350-353.doi: 10.12307/2022.057

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不同透视角度下髋臼杯覆盖率：评估复杂类型髋关节发育不良全髋关节置换假体的位置

王金子，丁海，张衡，常文举，刘奋斗

蚌埠医学院第一附属医院骨科，安徽省蚌埠市 233000

收稿日期:2021-03-30 修回日期:2021-04-14 接受日期:2021-05-27 出版日期:2022-01-28 发布日期:2021-10-27
通讯作者: 丁海，博士，副教授，硕士生导师，蚌埠医学院第一附属医院骨科，安徽省蚌埠市 233000
作者简介:王金子，男，1995年生，安徽省宿州市人，汉族，蚌埠医学院在读硕士，主要从事骨关节方面临床研究。
基金资助:
安徽省高等学校省级重点自然科学研究项目(KJ2019A0333)，项目负责人：张衡

Coverage of the acetabular cup under different perspective angles: assessing the position of the total hip arthroplasty prosthesis for complex types of hip dysplasia

Wang Jinzi, Ding Hai, Zhang Heng, Chang Wenju, Liu Fendou

Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China

Received:2021-03-30 Revised:2021-04-14 Accepted:2021-05-27 Online:2022-01-28 Published:2021-10-27
Contact: Ding Hai, MD, Associate professor, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China
About author:Wang Jinzi, Master candidate, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China
Supported by:
the Provincial-Level Key Natural Science Research Project of Colleges and Universities in Anhui Province, No. KJ2019A0333 (to zh)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
髋臼杯覆盖率：全髋关节置换中髋臼杯受髋臼覆盖的部分除以髋臼杯外缘表面积的率，用于评估全髋关节置换术臼杯安放后的包容性与稳定性，这本是个三维概念，而临床上常常通过平片检查评估髋臼杯覆盖情况，目前建议确保杯组件长期存活所需臼杯最小覆盖率应在70%以上。
轴位片与斜位片：在平片检查投影过程中，根据投照位置可分为正位、侧位、轴位、斜位。轴位是相对正位和侧位而言。拍摄轴位片时，投照沿检查部位的长轴方向进行，被称为上下位或头足位。斜位又称为内外斜位或外内斜位，拍摄斜位片时，投照沿检查部位的横轴方向进行。

背景：髋臼杯覆盖率用于评估全髋关节置换术臼杯安放后的包容性与稳定性，而髋关节平片检查是一种普遍的全髋关节置换术中或术后髋臼杯覆盖率评估的一项手段，不同透视角度可能影响髋臼杯覆盖率的测量与评估。
目的：探讨全髋关节置换术中不同透视角度下髋臼杯覆盖率之间的关系。
方法：取3D打印合成的骨盆标本5个，通过打磨右侧髋臼安放直径52 mm的髋臼杯假体，以制备5个相同全髋关节置换术后髋臼模型。将制备好的骨盆模型以右侧髋臼为中心固定于C型臂机下进行透视，通过旋转C型臂机，透视出右髋关节正位片，上15°，30°，45°轴位片和左15°，30°，45°斜位片。通过Photoshop 2019软件计算出不同透视角度下臼杯覆盖率，比较不同角度轴位片及斜位片下的髋臼杯覆盖率与正位片的差异。
结果与结论：①在轴位片髋臼杯覆盖率的测试中，随着轴位透视角度向上倾斜，臼杯覆盖率逐渐增大，其中上45°轴位片组显著高于髋关节正位片组[增加(6.72±1.57)%，P=0.009]；②在斜位片髋臼杯覆盖率测试中，随着透视角度向左倾斜，覆盖率呈下降趋势，其中左45°斜位片组显著低于髋关节正位片组[减少(5.56±1.91)%，P=0.021]；③结果说明，不同倾斜透视角度下的髋臼杯覆盖率存在差异。向上轴位倾斜角度越大，显示臼杯覆盖越多，而向对侧斜位倾斜角度越大，显示臼杯覆盖越少；提示对于全髋关节置换的患者需注意术中透视角度，而复杂类型的全髋关节置换的患者术中或术后可透视45°斜位片以进一步评估臼杯位置及覆盖。
https://orcid.org/0000-0002-7774-592X (王金子)

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: 关节置换, 髋, 置换, 覆盖率, 骨盆, 髋臼杯, 透视, 轴位

Abstract: BACKGROUND: The coverage of acetabular cup is used to evaluate the inclusiveness and stability of the acetabular cup after total hip arthroplasty. Plain radiograph examination of the hip is a common method to detect acetabular cup coverage during or after total hip arthroplasty. Different perspective angles may affect the measurement and evaluation of acetabular cup coverage.
OBJECTIVE: To explore the relationship between the coverage of the acetabular cup under different perspectives after total hip arthroplasty.
METHODS: Five three-dimensional printed synthetic pelvic specimens were taken, and 52 mm diameter acetabular cup prosthesis was placed by polishing the right acetabulum to prepare different acetabular cup coverage models. The prepared pelvis model was fixed with the right acetabulum as the center under the C-arm machine for fluoroscopy. By rotating the C-arm machine, the right hip joint was seen through the front view, 15°, 30°, and 45° axial position films and left 15°, 30°, and 45° oblique films. The coverage of the acetabular cup under different perspective angles was calculated by Photoshop2019 software to compare the difference between the acetabular cup coverage under the different angles of the axial and oblique films and the orthographic film.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) In the test of the acetabular cup coverage of the axial film, as the axial perspective angle was tilted upward; the coverage of the acetabular cup gradually increased, and was significantly higher in the upper 45° axial film group than that in the hip orthographic film group [increased (6.72±1.57)%, P=0.009]. (2) In the oblique film acetabular cup coverage test, as the perspective angle tilted to the left, the coverage rate showed a downward trend. The coverage was significantly lower in the left 45° oblique film group than that in the hip joint orthographic film group [decreased (5.56±1.91)%, P=0.021]. (3) Results confirm that there are differences in the coverage of the acetabular cup under different oblique perspective angles. The greater the upward axial tilt angle, the greater the cup coverage, and the greater the contralateral tilt angle, the less cup coverage. It is indicated that for patients undergoing total hip arthroplasty, attention should be paid to the intraoperative fluoroscopy angle. For complicated types of total hip arthroplasty patients, 45° oblique films can be shown during or after the operation to further evaluate the position and coverage of the cup.

Key words: arthroplasty, hip, replacement, coverage, pelvis, acetabular cup, fluoroscopy, axial

中图分类号:

王金子, 丁海, 张衡, 常文举, 刘奋斗. 不同透视角度下髋臼杯覆盖率：评估复杂类型髋关节发育不良全髋关节置换假体的位置[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(3): 350-353.

Wang Jinzi, Ding Hai, Zhang Heng, Chang Wenju, Liu Fendou. Coverage of the acetabular cup under different perspective angles: assessing the position of the total hip arthroplasty prosthesis for complex types of hip dysplasia[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(3): 350-353.

图/表（结果） 2

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引言

材料方法

1.1 设计二维骨盆平片髋臼杯覆盖率的评估，各组差异采用方差分析和LSD-t检验比较。
1.2 时间及地点实验于2021年2至3月在蚌埠医学院第一附属医院手术室中完成。
1.3 材料人工骨盆模型：采用3D打印合成骨盆标本模型5个，主要由聚乳酸材料构成，见图1；髋臼杯假体：直径52 mm髋臼杯1个，为钛合金构成，见图2；C型臂机

(SIEMENS Cids select，德国)。

1.4 方法
1.4.1 臼杯覆盖率的测量臼杯覆盖率测量根据KIM等介绍的方法：臼杯覆盖率=(180°-臼杯外上方未被髂骨覆盖弧度角)÷180°×100%，见图3[16，22]。

1.4.2 全髋关节置换术后髋臼模型的构建制备5个全髋关节置换术后髋臼模型。取骨盆标本1个，固定，以外展45°、前倾15°方向逐一打磨右侧髋臼。维持这一方向，在骨盆髂骨上画线标记，用于引导臼杯安装的方向，尽可能保证各个臼杯模型方向一致。将髋臼打磨至臼杯稳定，逐一安装与髋臼磨锉型号相同的臼杯，不用螺钉固定，安放与髋臼磨锉型号相同的臼杯，见图4。所有模型均采用与固定臼杯相同型号的髋臼磨锉。

1.4.3 不同透视角度下臼杯覆盖率测定将各组标本以正位依次置于试验床上，采用C型臂机进行透视，以每15°为转动间隔旋转C型臂机，透视出不同角度髋关节轴位片与斜位片，通过Photoshop 2019软件计算出X射线片的臼杯覆盖率，以评估不同角度下的轴位片与斜位片对测量臼杯覆盖率的影响。其中通过控制C型臂机的高度与位置固定X射线投影参数，如源膜距离、X射线中心及视场等，见图5。

(1)轴位片下的髋臼杯覆盖率测试：固定骨盆模型，以右侧髋关节为中心，通过旋转C型臂机投照出髋关节正位片，上15°，30°，45°轴位片。实验过程中每15°为转动间隔，计算出每个轴位片下髋臼杯覆盖率。
(2)斜位片下的臼杯覆盖率测试：固定骨盆模型，以右侧髋关节为中心，通过旋转C型臂机透视出髋关节左15°，30°，45°斜位片。实验过程中每15°为转动间隔，计算出每个斜位片下髋臼杯覆盖率。
1.5 主要观察指标 ①轴位片下髋臼杯覆盖率；②斜位片下髋臼杯覆盖率。
1.6 统计学分析处理数据采用统计学软件Stata 25.0 (StataCorp LP，美国)进行。对数据进行正态性和方差齐性检验。结果均满足正态分布和方差齐，数据以x±s表示。各组差异采用方差分析和LSD-t检验比较，检验水准α值取双侧0.05。

讨论

全髋关节置换术治疗髋关节发育不良中的复杂性主要是由于髋臼和股骨的病理形态学的广泛变化，而主要技术难点是使髋臼杯获得足够的髂骨覆盖，并将臼杯置于真臼或接近真臼内，以便取得满意的临床疗效及假体生存[23-24]。但髋关节发育不良患者常伴有髋臼外上方的骨缺损[25-26]，以及髋臼较浅。若将臼杯置于真臼部位，易造成臼杯外上方髂骨覆盖不足，影响臼杯的初始稳定性，使臼杯不能有效固定及骨长入，造成臼杯松动[27-29]。髋臼杯覆盖率是一个三维参数，是预测臼杯生存的关键参数[30]。三维测量技术是可靠的，但目前只有在体外才能进行，而普通X射线片仍是全髋关节置换术后患者评价臼杯覆盖率最常用的技术。最广泛接受的最小杯覆盖率为70%[17]，这是基于X射线透视臼杯覆盖与臼杯松动之间关系分析得出，这一建议在X射线随访中仍然是有效的，以预测无骨水泥臼杯的覆盖率[31]。此次研究的目的是阐明不同髋关节轴位与斜位片下的臼杯覆盖率的相关性和差异性。
此次研究结果显示，在髋臼杯轴位片下覆盖率的测试中，随着透视角度向上倾斜，显示臼杯覆盖率逐渐增加，其中髋关节正位与上15°、30°轴位片下的臼杯覆盖率接近；而上45°轴位片明显高于髋关节正位片下的臼杯覆盖率，其中测试髋关节正位片与上45°轴位片之间的臼杯覆盖率平均增加(6.72±1.57)%。这一结果显示在术中或术后透视评估臼杯覆盖时，透视角度逐渐向上倾斜时，会使得臼杯覆盖率逐渐增大。建议临床术中需注意投照角度，投照角度非标准正位时，而是向上偏斜，臼杯覆盖的测量结果将偏大，而此时对真实正位片下的臼杯覆盖率往往高估。因此，应该谨慎应对透视时角度以正确评估臼杯覆盖。
此次研究结果显示，在臼杯斜位片下覆盖率的测试中，随着透视角度向左倾斜，显示臼杯覆盖率呈下降趋势，其中髋关节正位片和左15°、30°斜位片下的臼杯覆盖率接近；而髋关节正位明显高于左45°斜位片下的臼杯覆盖率，左45°斜位片比髋关节正位片的臼杯覆盖率平均减少(5.56±1.91)%。这一结果说明，与标准正位比较，投照时向对侧偏斜，可造成臼杯覆盖率偏小，其中斜45°透视出的臼杯覆盖率往往比正位透视的结果低4%-8%。建议对于重度髋关节发育不良伴有严重骨缺损等复杂性全髋关节置换术的患者，除正位片下评估臼杯覆盖，术中或术后评估臼杯覆盖时可给予45°斜位投照。此时满足最小臼杯覆盖率70%时，可进一步证明臼杯覆盖是有效覆盖，因为此时斜45°投照下的70%臼杯覆盖相当于正位下74%-78%的臼杯覆盖。
研究的局限性：该实验样本量较小，选择全髋关节置换术患者的骨性结构是因个体而异。最理想的检测模型应该是新鲜尸体骨盆标本，但这种标本很难获得，且其骨密度与质量的差异也会影响测试的一致性。此次研究采用真实人体数据3D打印的骨盆模型[32]，具有较好的均一性与有效性[33-34]。此外，在计算不同轴位片与斜位片下的髋臼杯覆盖率时，无法消除人工选择臼杯边缘和髋臼边界上的代表性点所造成测量角度的误差。其次，此次研究中5个模型只用1个髋臼杯，而理论上每个模型使用一个臼杯结果将更精确。因此次研究采用相同型号臼杯固定技术，且直径52 mm臼杯刚度明显高于髋臼骨，所以在测试过程中不会对臼杯形态或表面造成破坏，理论上不会影响测试结果。研究所有骨盆模型均采用相同的髋臼杯，因此其测试结果可能不适用于其他临床所使用的臼杯假体。
此次研究旨在二维骨盆平片上进行臼杯覆盖率的评估，研究显示了不同轴位片与斜位片下的臼杯覆盖率与正位片下的存在差异。而真实臼杯覆盖是一个三维概念。真实臼杯覆盖值尚未可知，目前的最小杯覆盖建议是基于平片测量。望努力开发术中或术后仪器评估技术，以进一步明确全髋关节置换患者的最低三维臼杯覆盖率。这可以为外科医生提供关于臼杯覆盖率的实时反馈。由于完整可行的宿主骨提供的三维杯覆盖对于无水泥臼杯的长期固定至关重要，而三维臼杯覆盖的实时反馈可能会影响关于是否需要额外固定技术的决策。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

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