模板测量在全髋关节置换术前计划中的应用及可能影响测量准确性的因素探讨

陈要林邵宏翊郭盛杰蒋毅尹星华周一新*

（1.郑州市第一人民医院关节骨科，郑州 450003；2.北京积水潭医院矫形骨科，北京 100035）

全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）是目前治疗终末期髋关节疾病常用且有效的重要手段。准确的术前模板测量可以估测THA术中可能使用的髋臼及股骨假体大小，并为股骨颈截骨、恢复髋关节偏心距及纠正双下肢不等长提供参考。从Charnley到现代医生[1-3]都一直提倡将模板测量作为THA术前计划的重要组成部分。很多文献[4-6]报道了模板测量的准确性和重要性，但少有分析影响测量准确性的因素。本研究探讨北京积水潭医院矫形骨科某手术组2017年4月至2017年10月术前模板测量在THA手术中的应用情况及可能影响测量准确性的因素。

1 资料与方法

1.1 患者纳入与排除标准

纳入标准：2017年4月至2017年10月，入院需行初次全髋关节置换术治疗的终末期髋关节疾病患者。排除标准：①非初次全髋关节置换患者；②因股骨髓腔不规则或髋关节高位脱位不适合使用锥形柄进行置换的患者。

本研究共纳入120例（126髋）患者，男60例（65髋），女60例（61髋）；年龄20～81岁，平均（55.8±12.1）岁。其中髋关节骨关节炎36例（36髋，28.57%）；股骨头缺血坏死59例（63髋，50%）；髋关节发育不良（DDH，CroweⅠ～Ⅱ型）18例（19髋，15.08%）；类风湿性关节炎1例（2髋，1.59%）；陈旧性股骨颈骨折6例（6髋，4.76%）。术前常规摄骨盆正位片及患侧髋关节正侧位片，严格确认手术指征，并行血常规、红细胞沉降率、C反应蛋白（CRP）、生化、凝血等检查排除手术禁忌证。

1.2 影像学及测量模板资料

术前X线检查使用北京岛津医疗器械有限公司VISION PLUS 50S基线值0.071mGy/mAs DR X线机，拍摄由积水潭医院放射科医师操作完成，摄片时射线管与射线底板之间距离保持为100 cm。术前测量使用模板由人工髋关节假体厂家提供，本研究使用模板分别来自Depuy，Zimmer，Biomet，Simth&Neph⁃ew，Stryker 5家公司，这5家公司提供的髋关节测量模板放大率均为110%。

1.3 模板测量研究设计

本研究全部使用胶片作为测量对象。模板测量分别由积水潭医院同一位住院医师和同一位高年资主治医师在术前单独完成，测量完成后各自记录测量的髋臼及股骨假体型号大小，而后再与实际手术中使用的髋臼及股骨假体型号比对。记录患者身体体重指数（BMI）、下肢长度（下肢长度测量以髂前上棘到内踝尖的距离计算）和术前髋臼覆盖程度[以髋臼中心边缘角（central-edge angle，CE角）表示]，考察不同患者BMI、下肢长度和术前髋臼覆盖程度是否同测量偏失度相关。测量偏失度用测量值-手术实际使用值计算。其中2017年6月至10月THA手术中69人（73髋）同时进行健侧（非手术侧）及患侧（手术侧）髋关节模板测量。

1.4 模板测量方法

将标准骨盆正位片胶片平放于观片灯上，术前用对应假体厂家提供的放大率为110%的髋关节测量模板覆盖于髋臼及股骨近端进行测量（图1）。先测量髋臼大小并确定髋臼旋转中心点，测量时按照外展45°使髋臼模板下缘与泪滴下缘平齐，模板内侧缘（髋臼底）紧贴泪滴外缘，大小能完全覆盖髋臼软骨下骨并使模板外上缘良好覆盖髋臼骨性成分。对于本组病例中CroweⅠ～Ⅱ型髋关节发育不良患者模板测量时允许模板适当超出髋臼外上缘，以获得良好覆盖为准。

CE角的测量方法为自股骨头中心点到髋臼外上缘做一连线，再通过股骨头中心做一向下的垂直线，两线之间的夹角即为CE角。重度骨关节炎患者需排除髋臼外上缘增生骨赘的影响。

测量股骨假体大小时，首先做双侧泪滴下缘连线，作为水平参考线，然后测量双侧小转子顶点到泪滴连线的垂直距离判断患侧肢体有无短缩。如无肢体短缩，使股骨假体模板股骨头中心STD点与髋臼旋转中心点重合，假体中心线与股骨中心线完全重合并能完全填充股骨近远端髓腔。对于已经发生股骨头塌陷的股骨头坏死及CroweⅠ～Ⅱ型髋关节发育不良的病例，测量患侧肢体短缩值，股骨侧模板测量时使股骨头旋转中心高出髋臼旋转中心恰等于患肢短缩值，其余条件同上。

图1 患者，男，50岁，右侧股骨头缺血坏死

1.5 手术方法

本研究全部假体均使用非水泥型人工全髋关节，假体提供厂家包括Depuy，Zimmer，Biomet，Simth&Nephew，Stryker公司。全部手术均采用侧卧位，经改良的Gibson入路由臀中肌后缘进入。脱位髋关节后按术前设计好的截骨平面行股骨颈截骨，取出股骨头。充分显露髋臼周缘，按外展40°±10°，前倾15°±10°由小到大依次挫磨髋臼到合适大小后冲洗植入生物型人工髋臼假体（用或不用螺钉固定）及陶瓷/聚乙烯衬垫。股骨侧按前倾15°近端开髓后由小到大依次使用相应的髓腔挫扩髓到合适大小后冲洗植入相应生物型人工股骨柄假体。

1.6 统计学分析

统计方法使用SPSS 19.0统计软件包（SPSS美国）组内相关系数法（intraclass correlation coefficient ICC）完成住院医师和高年资主治医师测量一致性检验。ICC＞0.90为高度一致，＞0.80为可接受，0.61～0.80为中等，0.41～0.60为一般，0.11～0.40为较低，0.1以下为无一致性[7,8]。使用SPSS 19.0 Pearson相关系数完成不同患者BMI、下肢长度、CE角是否同测量准确度相关的检验。使用配对t检验验证健侧、患侧髋臼和股骨假体测量偏失度。检验水准α值取双侧0.05。

2 结果

2.1 模板测量的总体一致性

术前模板测量结果：住院医师组全部获得完整数据（126组），高年资主治医师组获得88组数据。120例（126髋）THA手术实际使用假体型号大小全部获得完整数据（126组）。

住院医师组髋臼侧测量完全符合率为43.65%（55/126），相差1个型号为45.24%（57/126），相差2个型号为9.52%（12/126），相差2个型号以上的为1.59%（2/126）。高年资主治医师组髋臼侧测量完全符合率为59.09%（52/88），相差1个型号为34.09%（30/88），相差2个型号为5.68%（5/88），相差2个型号以上的为1.14%（1/88）。两组髋臼侧模板测量总体组内相关系数（ICC）为0.893（P=0.000），说明两组髋臼侧测量结果明显相关（表1）。

住院医师组股骨侧测量完全符合率为38.10%（48/126），相差1个型号为51.59%（65/126），相差2个型号为8.73%（11/126），相差2个型号以上为1.59%（2/126）。高年资主治医师组股骨侧测量完全符合率为54.55%（48/88），相差1个型号为38.64%（34/88），相差2个型号为6.82%（6/88），相差2个型号以上为0。两组股骨侧模板测量总体组内ICC为0.977（P=0.000），说明两组股骨侧测量结果高度相关（表2）。

高年资主治医师组在髋臼侧和股骨侧测量值与手术实际使用假体在相差1个型号的符合比例方面均高于住院医师组，说明总体测量准确度方面高年资医师组优于住院医师组。

2.2 患者BMI 和模板测量准确度的相关性

120例患者BMI最小值16.87，最大值38.10，平均24.80±3.65。髋臼侧模板测量结果和手术实际使用假体最大相差4个号，股骨柄侧模板测量结果和手术实际使用假体最大相差3个号。采用SPSS Pearson相关检验评估BMI和髋臼侧、股骨柄侧测量值与手术实际使用值之差间的相关性得到髋臼侧相关系数r=0.019，P=0.835；股骨柄侧相关系数 r=0.008，P=0.927。两者均无显著相关性。

表1 模板测量髋臼侧总体一致性组内相关系数（ICC）检验结果

表2 模板测量股骨侧总体一致性组内相关系数（ICC）检验结果

2.3 患者下肢长度和模板测量准确度的相关性

120例患者下肢长度最小值79.50 cm，最大值100.00 cm，平均（88.17±4.28）cm。采用SPSS Pearson相关检验评估下肢长度和髋臼侧、股骨柄侧测量值与手术实际使用值之差间的相关性得到髋臼侧相关系数r=0.039，P=0.785；股骨柄侧相关系数r=0.028，P=0.779。两者均无显著相关性。

2.4 髋臼覆盖情况和模板测量准确度的相关性

因为全部厂家提供的手术模板均没有标记类似量角器一样的角度值不能准确测量冠状面上术前模板对髋臼的覆盖，更无法评估三维空间的髋臼覆盖率，所以本研究以骨盆正位片上的髋臼CE角表示术前的髋臼覆盖情况。126髋术前CE角最大值36°，最小值14°，平均27.9°±5.7°。其中18例（19髋）髋关节发育不良患者的髋关节CE角在14°～20°，平均18.2°±1.6°。采用SPSS Pearson相关检验检验髋臼覆盖和髋臼侧测量偏失度之间的相关性得到整体相关系数r=0.087，P=0.332。18例DDH髋关节髋臼覆盖和髋臼模板测量偏失度之间相关系数r=0.310，P=0.183。该统计学结果提示髋臼覆盖情况和模板测量偏失度之间无显著相关性。

2.5 THA手术健侧与患侧模板测量的比较

69例（73髋）THA手术病例中股骨头坏死33例（35髋），髋关节骨关节炎18例（18髋），髋关节发育不良14例（15髋），类风湿性关节炎1例（2髋），股骨颈陈旧性骨折3例（3髋）。这69例患者术前同时进行了患侧和健侧（对于双侧股骨头坏死和类风湿患者手术侧被认为是患侧，非手术侧被认为是健侧）的模板测量，测量由该组住院医师完成。对结果进行配对t检验，髋臼侧结果显示健侧模板测量结果和实际使用假体型号平均相差-0.60±1.34，患侧相差-0.15±1.06，患侧测量准确度高于健侧测量t=-4.094（P=0.000），结果有显著性差异。股骨侧结果显示健侧模板测量和实际使用假体型号平均相差0.39±1.24，患侧相差0.26±0.81，两侧测量准确度检验t=1.391（P=0.169)，结果没有统计学差异（表3）。这表明对于股骨头坏死、髋关节骨关节炎及陈旧性股骨颈骨折使用模板测量患侧（手术侧）结果准确度优于健侧（非手术侧）结果。

表3 69例（73髋）THA手术健侧和患侧模板测量与手术实际使用假体一致性配对t检验结果

2.6 手术相关并发症

126例THA手术术中发生1例（0.79%）股骨距劈裂，经双股钢丝环扎后顺利植入股骨柄，术中及术后未发现不稳定。全部病例无髋臼内陷、髋臼骨折、假体脱位、假体松动及短期内（1个月内）感染发生。

3 讨论

3.1 髋关节模板测量时测量健侧还是患侧

张恒辉等[9]应用计算机辅助下高精度提取骨盆表面数据考查中国人髋臼朝向的三维测量结果表明有些患者（非髋关节病变患者）双侧髋臼前倾角和外展角并不完全相等，解剖学前倾角双侧差异最大为9.1°，解剖学外展角双侧差异最大为5.7°。董建东等[10,11]应用计算机辅助分析髋臼开口形态的三维结构特征发现横断面髋臼开口缘最大宽度为（63.06±3.75）mm且患者左右侧髋臼开口缘最大宽度存在有差别，左右侧平均相差（2.35±1.13）mm。尽管高中礼等[12]测量26副52根新鲜尸体股骨标本发现左右侧股骨髓腔形态和直径没有明显差异，但是临床上对同一患者行双侧THA手术时仍会发现左右侧髋臼和股骨假体型号大小存在不一致情况。本研究6例（男5例，女1例）双侧THA患者就有3例左右侧不完全一致。

本研究同时测量69例（73髋）健侧和患侧髋关节发现患侧髋臼测量数据和手术实际使用假体的一致性相对高于健侧，两侧差异有统计学意义。这提示我们在进行THA术前模板测量时不能简单的拿左侧（右侧）完全复制右侧（左侧），进行患侧（手术侧）模板测量是不可缺少的步骤。

3.2 CE 角能够较好地表示髋臼覆盖及髋关节表面接触应力

CE角是股骨头中心点的垂线与髋臼外侧边缘的夹角，是衡量髋关节表面接触面积的重要指标，髋臼覆盖随CE角的减小而减小。王沫楠等[13]通过建立数学模型揭示了髋关节表面接触应力与几何参数之间的关系进而模拟三维静态髋关节表面生物力学特性，发现髋臼接触面积与CE角呈一次线性关系。王沫楠等的研究结果为本研究采用CE角表示髋臼覆盖情况提供了科学的依据和支持。同时该研究对不同CE角的髋关节有限元模型加载不同方向的载荷，发现股骨头表面的最大接触应力均发生在股骨头表面与载荷方向交点的附近，并以放射状向周边分布，从中心到周边逐渐减弱。髋关节表面应力峰值变化趋势随CE角的减小而逐渐增大，且CE角越小，应力峰值增大速度越快。所以理论上CE角越大对髋关节的健康越有利，但临床上发现CE角大于39°时容易发生髋关节钳夹样撞击（pincer impingement）[14]。

3.3 髋关节模板测量的几个重要技术要点

在骨盆正位片上连接两侧泪滴下缘的连线，也可以连接两侧坐骨结节连线作为水平参考线，比较两侧小转子顶点到该水平线的距离，计算该距离的差值作为恢复双下肢长度的参考。一般先测量髋臼侧假体大小并确定髋臼旋转中心[2]，测量时髋臼假体模板的内缘（髋臼底）靠近泪滴外侧缘预留2～3 mm软骨下骨，模板的下缘与泪滴下缘平齐，在清除骨赘干扰的情况下模板的外上缘能良好覆盖髋臼外上缘，按外展45°放置是比较合适的，如果选择陶瓷对陶瓷的关节界面建议外展角放置在40°[15]。髋臼杯假体位置确定后，新的髋关节旋转中心即被确定，可以用记号笔做下标记。值得一提的是，在DDH患者中髋臼往往发育不完全且存在股骨头向上方脱位/半脱位情况，这个时候做髋臼侧模板测量时臼底一定要紧贴髂坐线[2]把髋臼假体放回到真臼中，因为DDH患者髋臼通常后上方骨质比较充分而前上方不足。手术挫磨髋臼时也要尽量往后挫磨以便获得较好的骨质覆盖，如果前上方不能获得充分的假体覆盖可以进行股骨头结构性植骨[16]。本研究19例DDH CroweⅠ～Ⅱ型患者均未行结构植骨。

测量股骨侧假体时，如果双下肢等长，则使股骨头假体的旋转中心与髋臼旋转中心重叠，以维持下肢长度及偏心距。如果存在双下肢不等长，股骨头假体的旋转中心与髋臼旋转中心的垂直距离应等于双下肢长度差异的距离。但是，有时会遇到股骨头旋转中心不能与髋臼旋转中心重叠的现象。如果股骨头旋转中心位于髋臼旋转中心的内侧，则假体植入后会增加股骨偏心距，如果股骨头旋转中心位于髋臼旋转中心的外侧，将会减小股骨偏心距。偏心距增加几个毫米的是有利的，偏心距减小会导致外展肌力臂减小进而减小外展肌力，这种情况一定要避免。当模板测量股骨头旋转中心落在髋臼旋转中心外侧时可以通过降低股骨颈截骨高度，同时使用加长头来补偿偏心距。也可以选择高偏心距的假体来恢复正常偏心距。不要忘了在侧位片上将所选定尺寸的假体进行模板测量，以确保所选择假体的直径及长度能够与髓腔匹配。很多人在进行股骨模板测量时喜欢用大转子顶点的水平线来确定股骨头旋转中心，其实这是一种不准确的方法[2,17]。大转子顶点的水平线是否和股骨头旋转中心重合要看股骨颈干角的大小，如果颈干角偏大（髋外翻）大转子顶点的水平线会低于股骨头旋转中心，如果颈干角偏小（髋内翻）水平线会高于股骨头旋转中心。

3.4 胶片及测量模板的放大率

准确的X线片放大率是模板测量法的前提，理论上要求髋关节的放大率与厂家提供的模板的放大率一致，但是临床往往很难做到。Knight等[18]研究表明当放射球管离胶片距离为1米时，髋关节的平均放大率为20%±6%（2SD)。Gorski等[19]在摄片时将一个标尺放于髋关节水平，通过标尺来校正X线片的放大率，能显著提高模板测量的准确性。也有人[20]用直径已知的硬币放在大转子旁拍片作为测定X线片放大率的标记。本研究中，摄片时已尽量保持了射线管与X射线底片之间距离的恒定性，但在实际操作中并不都尽如人意。这是本研究测量准确率较其他文献[4]稍低的一个原因。

3.5 BMI 和下肢长度是否会影响模板测量的准确性

根据相似三角形原理，髋关节的放大率取决于髋关节与X线放射头以及髋关节与胶片的距离，而后者又受到患者的体形的影响。理论上讲肥胖的患者，其髋关节与胶片距离相对较远，所以髋关节放大率相对较大[21]，反之亦然。本研究测量120例患者BMI和下肢长度，经过统计学检验发现BMI和下肢长度与模板测量偏失结果之间没有明显相关性。

本研究仍有些不足之处。第一，影响模板测量的因素除了身高体重指数、下肢长度、髋臼覆盖之外，可能和患者自身的其他因素及假体类型相关，本研究只能考量有限的几个可能因素无法涵盖全部。第二，本组有三位主刀医师进行全髋关节置换手术时虽然手术入路及手术方式均一致但仍存在些许个人偏好上的不同。第三，存在有部分数据缺失，高年资主治医师组术前模板测量只有88例完整数据。这在进行统计分析时减少了样本量丧失了部分自由度。第四，本研究中使用的假体来自5个进口厂家，不同厂家提供的假体在手术植入技巧方面存在有不同，比如假体压配方面的要求等。

综上，本研究结果发现全髋关节置换术前进行精确的模板测量对术中髋臼和股骨假体使用具有良好的预测作用。在模板测量的准确度方面，经验丰富的医师要优于经验不足的医师。但是，术前模板测量不能代替主刀医师的术中判断和最终决定。