文章导读：髋关节置换术已经成为一种较为常见的手术方式，人工假体安放在最佳的旋转中心是手术成功与否的关键，对人工髋关节使用寿命有着相当重要的影响，那么如何才能找到最佳旋转中心呢？我们通过阅读MatthieuDurand-Hill教授发表在《JournalofOrthopaedicResearch》杂志上的一篇学术论文，共同探讨、学习。
声明：本文翻译自MatthieuDurand-Hill教授发表在《JournalofOrthopaedicResearch》杂志上的学术论文，因中英文语言表达习惯不同，翻译可能存在偏差，如有疑问请文末留言或参看英文原文。
原文题目及作者名单
摘要
如果不能将人工髋关节放置在最佳的旋转中心，就会导致髋关节功能不佳和昂贵的并发症。本研究的目的是探索稳健的方法来评估髋关节旋转中心(HCoR)；对于单侧髋关节疾病患者，使用术前计算机断层扫描(CT)扫描及对侧解剖。从伦敦植入物检索中心图像库招募了10名解剖正常的骨盆患者（5名男性，5名女性）和1名单侧发育不良的髋臼患者。使用商业软件生成每个骨盆的3D模型。比较了两种估计HCoR的方法。
方法1：单独使用镜像技术。方法2：采用镜像和自动对齐。用组内相关系数和配对T检验比较预测与实际HCoR坐标。这两种方法都预测了HCoR，与所有轴中的原始坐标（0.9）有很好的一致性。这两种技术都为规划髋臼重建提供了有用的临床信息。
各自特点：方法1不太复杂，适用于发育和退行性病变患者。方法2在发生病理学变化前的正常患者（例如髋臼骨折)中，可以提供更高的准确性。
图1A-C:镜像方法，将髋骨(灰色)从整个骨盆中分离出来(米色)，然后被镜像化呈现，再和整个骨盆重叠在一起
引言
髋关节置换术是世界上最常见的主要手术之一，每年有万例。复杂的解剖增加了手术的挑战，未能将人工髋关节放置在最佳的旋转中心导致髋关节功能差和昂贵的并发症，如疼痛、松动和脱位。见于髋关节发育不良患者和接受髋臼大缺陷翻修手术的患者。
错误重建髋关节旋转中心(HCoR)影响髋关节的负荷、稳定性和磨损率。帮助精确预测HCoR的方法可以提高种植体的存活率。
确定HCoR的方法可分为以下几类：基于统计建模的方法、基于几何形状的方法和基于髋关节运动的方法。这些方法具有较低的精度(预测HCoR在25-30mm的真HCoR内)，金标准是基于几何形状的方法（精度在0.1毫米以内）。这些方法假设HCoR是适合于髋臼的球体(3D)或圆(2D)的中心。基于几何形状的方法依赖于将球体/圆与髋臼贴合的能力，它们不能用于确定髋臼缺陷患者的HCoR。
相对的非侵入性基于髋关节运动的方法来确定HCoR而受到欢迎。股骨相对于骨盆框架（通常是骨盆前平面)旋转。这种方法的准确性取决于：在构成骨盆框架的解剖标志上准确地放置外部标记、运动周期数和运动范围（正常和有限运动范围患者的准确性分别为15和26毫米）。在髋臼缺损的患者中，股骨通常围绕一个假旋转中心旋转，不能使用基于运动的方法来确定真正的HCoR。利用平片进行基于统计建模确定髋臼缺损患者HCoR的方法。X线片是用二维方式来表现三维结构的，容易受到旋转和放大误差的影响，我们提出了两种方法来确定真正的HCoR，在商业上可用的3D处理软件中使用。
图2A-C:镜像分离右侧髋骨(灰色)，然后分离对侧，镜像(灰色)和对侧(米色)无髋骨在网状结构中重新排列。
材料与方法
学习设计、证据水平和伦理认可从伦敦医学数据库中鉴定了10例骨盆解剖正常的患者（5例男性和5例女性）的CT扫描和1例单侧发育不良髋臼患者的CT扫描。所有的病人数据都是匿名的。用10个DICOM文件评估了两种方法的准确性和准确性，以预测hCoR和替换缺失的盆腔解剖。然后对发育不良的髋臼进行CT扫描，在临床场景中试验所开发的方法。
综合研究应用系统研究伦理委员会于年批准在该项目中使CT扫描(编号07/Q/25)。骨三维模型生成为了生成三维模型，每个病人的DICOM文件被导入扫描IP(Simpleware有限公司，Exeter，英国)。利用三维软件，采用基于阈值的提取方法，选择仅包含皮质骨的网格；这一过程的工作前提是皮质骨和周围软组织具有不同的X射线衰减，从网格中分离出股骨，生成仅骨盆皮质骨的三维模型。
方法1（镜像）包括将骨盆对准骨盆前平面(APP)，并沿X轴向对侧半岛镜像(图1)。为了将骨盆重新定向到骨盆前平面，对局部协调系统进行了调整，使X轴对应于左、右上斜棘(ASIS)之间的一条线，Y轴对应于左、右PubicTubercle之间的一条线的中点左、右ASIS之间一条线的中点之间的一条线。然后Z轴在前后轴，假设0?骨盆倾斜。在对齐之后，骨盆在X轴上居中。然后保存对齐和中心骨盆的三维模型。从网格中删除左半岛，并创建了右半岛的三维模型。然后将右半岛镜像并保存为第二个文件。随后使用球体匹配技术(见确定hCoR的部分)来确定镜像右半骨和左髋关节的hCoR（来自对齐和镜像骨盆的模型。
方法2使用与方法1（镜像）相同的技术，从进口DICOM生成骨盆的三维模型)。为了进行数据分析，骨盆与骨盆前平面对齐。建立了左右髋骨的三维模型。右髋骨随后被镜像(图2)。
图3球体与三维原始髋部模型相匹配
镜像的右髋骨和左髋骨随后保存为STL文件。镜像的右和非镜像的左无影骨三维STL模型在Mesh实验室内打开，并使用基于点的对齐方式大致对齐，这包括在两个模型上选择16个对应点。在粗糙对齐之后，一种非刚性迭代最近点算法通过搜索两个模型上最接近的两个对应点，自动对齐两个网格。迭代最接近的点对齐是使用髋骨上的所有点进行的。全局对齐与迭代最近点对齐同时进行，以确保误差的偏差积累可以忽略不计。
在此阶段，进行了单边Hausdorff距离（见章节统计分析)，以分析方法2(镜像和自动对齐）预测骨几何的准确性。然后将对齐的髋骨作为单个STL文件导出。然后在扫描IP和镜像的hCoR中打开单个STL文件确定hCoR为了确定hCoR，采用了球体匹配技术(图1.3)。该方法基于髋关节可以用球体建模的假设。预测的（镜像解剖)和实际的(非镜像解剖）模型都在扫描IP中打开。为了避免偏置，只有一个模型在球体匹配过程中可见(图1.3a)。为了确保精度，在多轴的所有二维切片中检查每个球体匹配。然后记录与髋臼匹配的球体旋转中心的坐标，并对每个模型进行比较。
表1方法1预测旋转中心的准确性
结果
应用方法1（镜像），能够预测所有轴的HCoR与良好的一致性(ICC0.9)至实际值（表1）。使用方法2（镜像和自动对齐），我们能够预测HCoR与实际值有很好的一致性(ICC0.9)（表2）。在预测HCoR时没有系统性误差。方法1和2均成功应用于单侧髋臼发育不良患者。
表2方法2预测旋转中心的准确性
讨论
我们已经研究了两种能够预测h-R坐标的方法（表3），在骨盆解剖正常的个体中，具有很好的一致性。两者都是方法都允许预测HCoR所有轴上5mm偏差。使用髋关节模拟研究的数据，独立于骨盆倾斜，在这个范围内的HCoR的改变被认为是最小的增加髋关节负荷和松动的植入物。这两种方法有许多应用，方法的选择取决于两个髋骨的几何对称性(图。5).对于单侧发育不良的髋臼患者(图。4A)，方法1（镜像）为外科医生提供了一个虚拟覆盖估计的非发育不良解剖的病人，可用于手术计划(图.4b)。这个虚拟覆盖在预测“正常或相当预期”髋关节旋转中心的准确性
方法2（镜像和自动对齐）缩放并转换镜像对侧髋骨(图。因此，4C)及其准确性取决于两个髋骨的几何相似性。如果病人单侧发育不良髋臼(如本例图所示。4C)那么方法2可能更准确。结果表明，正常骨盆具有适当的几何对称性，允许在5mm安全区内预测髋关节旋转中心。
图4从左到右:侧视图、正视图和矢状视图(A)使用髋臼发育不良患者的CT扫描数据生成的3D模型(B)运用镜像原理创建非发育不良解剖结构的虚拟数据，该数据叠加至患者的发育不良髋关节(米色)(C)上。通过使用非刚性迭代对准，镜像的髋骨已经被缩放以利于手术获得更好的髋臼覆盖
然而，我们建议方法2（镜像和自动对齐)仅用于患者其髋部在出现病理之前存在有正常发育(例如髋臼骨折）；在这些患者（例如髋臼发育不良的患者)中，使用方法1(镜像）提供预测的正常HCoR的覆盖更合适。其他患者群体的例子，其中确定真正的HCoR是具有挑战性的，包括接受翻修手术的患者和患有严重骨关节炎的患者。
CT提供了整个三维数据集，消除了与平片相关的放大误差和方向不确定性。通过使用CT，这两种技术能够确定前后轴(AP)轴的HCoR。
方法2（镜像和自动对齐）比传统方法的优点是它不需要地标来预测HCoR。方法1（镜像）需要识别ASIS和耻骨结节，以便将骨盆重新定向到骨盆前平面，然而，这些标志很容易用3D-CT识别。对骨盆前平面重新定位的要求限制了方法1（镜像）在耻骨结节或髂前上棘畸形患者中的应用。方法2（镜像和自动对齐），仍可用于该亚组患者。
表3两种方法预测旋转中心的综合对比
这两种方法的一个局限性是它们需要正常的对侧髋部解剖。一项关于髋关节发育不良(DDH)流行病学的文献回顾表明，63.4%的病例是单侧的，因此这两种方法不能在36.6%的DDH患者中使用。如何-永远，我们相信方法背后的原则2（镜像和自动对齐）可以应用于正常臀部的CT扫描来预测HCoR在对侧缺陷患者。
我们的研究有一些局限性。首先，对有限数量的颗粒进行了研究。此外，虽然研究了相同数量的女性和男性，但没有获得种族、年龄和盆腔疾病方面的数据。所有这些因素都可能影响颗对称性，从而影响每种方法的准确性。进一步的研究将包括一个更大的样本大小，并将应用这些方法来预测HCoR扫描的患者，他们以前的正常解剖已经被扭曲通过外科技术，如扩孔。虽然CT为预测HCoR提供了更高的准确性和整个3D数据集，但与普通X线片相比，它的使用也与更高的患者辐射暴露、增加扫描时间和更高的成本有关。为了增加CT的合理性，进一步的工作将旨在开发一种低剂量的CT髋关节方案。
图5第一种疾病中方法1优于方法2，第二种疾病中方法2优于方法1
结论
在临床实践中，骨盆畸形患者全髋关节置换术的规划具有挑战性。这两种方法，能够在可接受的偏差5mm内预测HCoR，我们相信这些方法将在单侧缺损患者髋臼重建的规划中具有临床意义
译者：髋部损伤中心孙瑞波医生
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6、科室简介
