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科技日报/2022.05.18/我国研究者提出个性化髋关节假体安全区理论

发布时间:2022-05-18点击数 字体:

科技日报记者 代小佩

近日,北京积水潭医院矫形骨科周一新教授团队提出“臼杯矢状面角度的数学转换公式”,填补了国际空白,从数学原理上揭示了统治髋关节重建领域50多年的传统安全区(即“Lewinnek安全区”)不能成立的原因,并建立了病人特异性安全区算法,提出了个性化髋关节假体安全理论,突破了传统理论的局限,建立了新型个性化手术规划方法。

日前,相关研究成果发表在国际骨科权威杂志《骨与关节外科杂志》(Journal of Bone & Joint Surgery )和《临床骨科和相关研究》(Clinical Orthopedics Related Research)上。

在传统⼿术中,对于⼈⼯关节假体到底安装在什么位置,医生们通常只知道一个相对模糊的范围,缺乏精确的点位信息。

20世纪70年代末,Lewinnek教授提出了髋关节置换领域的重要概念“Safe Zone”(安全区)。他指出,髋⾅⾅杯的安置位置有一个相对安全的范围:外展角40±10°,前倾角15±10°。这一安全范围被称为“Lewinnek安全区”。自此,这一概念统治了人工关节置换领域直至今日。

曾经,学术界认为⼈⼯⼿术误差⼤导致假体不能放⼊Lewinneck安全区,是脱位的主要原因。随着计算机辅助⼿术的发展,骨科医⽣获得了精确放置假体位置的能⼒,提⾼了将假体放⼊传统Lewinnek安全区的概率。然⽽,越来越多的证据却表明,传统Lewinnek安全区并不能避免术后关节脱位的发⽣。有⽂献称,58%的脱位病例⾅杯角度位于Lewinnek安全区内。

针对Lewinnek安全区的失效,近年来研究发现,脊柱骨盆姿态是全髋关节置换术后是否脱位的重要影响因素。应如何根据骨盆姿态建立量化分析⽅法以降低脱位风险,是髋关节外科领域亟须解决的关键问题。

为回答上述问题,周一新研究团队建立了髋关节置换的数学模型,通过数学推理和临床验证,填补了国际上臼杯矢状面功能角度计算的方法学空白。

研究团队发现,没有一个经验值可以满⾜所有⼈的需求,具体到每个⼈的目标值都是个性化的;从数学和运动学上证明Lewinnek安全区”只是⼀个二维的静⽌目标值,并不能正确指导髋关节假体安置,以同时满⾜髋关节重建在稳定性与活动度、髋关节合理载荷等⽅面的要求。

研究团队通过建立数学模型与算法,结合患者术前站立位、坐位、蹲位等不同姿势下的骨盆⽮状面姿态参数,以避免撞击、脱位及髋关节负重面过载等为边界条件,形成个性化的运动学安全区,以指导机器⼈辅助THA⼿术的精准重建。研究团队还发现,在髋关节重建中,如果股骨假体放置在10°-20°区间以外,则髋⾅假体理想目标值“有解”的可能性⼤⼤减小。这⼀发现不但为股骨假体规定了安全范围,且提示了有充分理由改变传统髋关节重建的⼿术过程。

美国加州⼤学洛杉矶分校骨科研究中心Edward Ebramzadeh教授⾼度评价此项研究⼯作:⽂中报道的算法实现了依据病⼈特点,量化预测术后脱位风险并制定更合理的术前计划,为导航或机器人辅助手术提供关键手术目标,使假体植入不仅“精确”而且“正确”,具有重⼤意义。

数学原理是建立骨科精准医学理论大厦的必由之路。周⼀新说道:“作为医⽣,我们循规蹈矩,遵从诊疗原则与常规,但⼀旦科学与临床证据支持时,我们又是⾰命者,坚决否定与放弃落后的观点与技术,哪怕他们曾经是那样神圣不可冒犯的。”如何从临床实践中发现有价值的问题,同时将这些问题数学化,最后将数学化的推论结果回馈临床实践,这⼀直是团队⼯作的主要⽅向之⼀。

通过这两项研究成果,积水潭医院矫形骨科率先将量化分析与数学决策引入关节外科,更新了人们对手术目标值的认识,也颠覆与重构了手术流程,研究成果获得良好临床疗效。


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