作者：中国修复重建外科杂志
邱越，夏天卫，袁兆丰，环大维，张超，沈计荣
南京中医药大学附属医院骨伤科（南京 210029）
通信作者：沈计荣
关键词：虚拟现实技术；股骨头缩小成形术；扁平髋
引用本文：邱越, 夏天卫, 袁兆丰, 环大维, 张超, 沈计荣. 虚拟现实技术联合股骨头缩小成形术治疗扁平髋的研究. 中国修复重建外科杂志, 2023, 37(3): 284-289. doi: 10.7507/1002-1892.202211098
摘 要
目的探讨虚拟现实技术（virtual reality，VR）联合股骨头缩小成形术治疗扁平髋的可行性，并评估其临床疗效。
方法以2018年10月—2020年10月收治的3例扁平髋男性患者为研究对象，年龄为15～24岁。术前应用VR技术行手术规划，将髋关节256排CT数据导入软件，生成三维图像，模拟手术过程，确定头臼匹配关系。术中依据术前规划行外科脱位下股骨头缩小成形术、股骨颈相对延长术及髋臼周围截骨术，透视下确认股骨头缩小截骨大小和髋臼旋转角度。术后影像学复查评估截骨愈合情况；记录患者手术前后髋关节功能Harris 评分、疼痛视觉模拟评分（VAS）；根据X线片测量股骨头圆形指数、髋关节中心边缘（center-edge， CE）角、股骨头覆盖率。
结果 3例患者顺利完成手术，手术时间分别为460、450、435 min，出血量分别为733、 716、829 mL；术前VR技术设计股骨头缩小截骨大小分别为9.87、12.42、14.59 mm，术中实际截骨大小为11.4、 9.4、12.2 mm，两者相差1.53、3.02、2.39 mm。术后均输注3 U 悬浮少白红细胞和300 mL 冰冻病毒灭活血浆。术后未出现感染、双下肢深静脉血栓形成等并发症。3例患者均获随访，随访时间分别为25、30、15个月；3个月时复查CT示截骨处均愈合良好。术后12个月及末次随访时VAS评分和Harris评分，以及术后12个月股骨头圆形指数、髋关节CE角、股骨头覆盖率均较术前明显改善；术后12个月根据Harris 评分评价3例髋关节功能均获良。
结论 VR技术联合股骨头缩小成形术治疗扁平髋可获得满意的早期疗效。
正 文
扁平髋多见于儿童股骨头坏死（Perthes病）发展的中后期，发病原因包括髋部外伤、股骨头血供障碍及遗传因素[1]。患者幼年时股骨头内骨性成分和血供同时发生改变，导致承重能力下降，如未被及时发现治疗，股骨头外形将发生不可逆性改变，最终变成扁平畸形[2]。扁平髋患者多数髋臼与股骨头匹配不良，从而引发疼痛和关节活动受限，采用保髋手术可改善头臼匹配关系和恢复关节功能[3]。股骨头缩小成形术由Ganz教授最先提出[4]，通过外科脱位入路矫正股骨头畸形和缩小体积，从而增加髋臼对股骨头的覆盖程度，是治疗扁平髋的有效方法[5]。但是由于患者个体差异大，术中股骨头缩小成形截骨大小不一，存在手术难度大、术前规划困难等问题。
虚拟现实技术（virtual reality，VR）目前在骨科领域应用广泛，其原理是通过计算机模拟三维立体环境，向医生及患者立体展示病变部位及周围结构，医生根据治疗需要进行三维测量、模拟手术和预测术后形态改变[6]。本研究采用VR技术辅助外科脱位下股骨头缩小成形术，联合股骨颈相对延长术和髋臼周围截骨术治疗扁平髋，探讨VR技术在保髋领域的应用价值。报告如下。
1、临 床 资 料
1.1 一般资料
2018年10月—2020年10月收治3例扁平髋患者，均为男性，年龄为15～24岁。3例患者均有幼时髋部外伤史，术前疼痛视觉模拟评分（VAS）、Harris评分、股骨头圆形指数、髋关节中心边缘（center-edge，CE）角及股骨头覆盖率见表1。
1.2 术前规划
术前摄骨盆正位、蛙位X线片及双髋关节CT平扫、MRI。将256排CT原始数据以DICOM格式上传云端服务器（手术规划系统）［妙智科技（深圳）有限公司］，进行图像处理，自动分割髂骨和左、右股骨，构建髋关节三维图像。以CT冠状面和矢状面逐层确定截骨区中央柱，模拟股骨头缩小成形手术过程，确定截骨大小，生成最终的VR工程。见图1。
图 1 VR术前规划步骤a. VR工程主视图；b. 模拟股骨头缩小成形俯视图；c. 截骨中间部分（计划截骨14.59 mm）；d. 将股骨头外上方游离部分和内侧固定部分合拢，近似球形
1.3 手术方法
股骨头缩小成形术：患者于全身麻醉下取健侧卧位，采用髋关节外科脱位技术，取患髋外侧入路；先暴露大转子臀中肌止点，在保护股直肌止点前提下行大转子截骨，需保持上、下止点完整；沿截骨处向前侧股骨颈暴露，并切开关节囊探查盂唇是否损伤，再将股骨头脱位，见股骨头扁平畸形，克氏针钻孔探查股骨头血供。于大转子后侧剥离外旋肌群软组织瓣，暴露股骨颈基底部，游标卡尺测量股骨头和髋臼直径，根据术前计划确定截骨平面和厚度；截骨后固定游离带血管蒂软组织瓣的外侧柱和固定的内侧柱两部分，合拢近似球形，头颈交界处使用加压螺纹钉固定，固定牢靠后复位，缝合关节囊。见图2。
图 2 股骨头缩小成形术中a. 骨刀截取中间柱区域；b. 取出截骨骨块；c. 用克氏针固定外侧游离部分和内侧固定部分，两者合拢近似球形；d. 术中透视头臼匹配较佳
股骨颈相对延长术：将大转子截骨处向远端移位1～2 cm，使股骨颈相对延长，使用2枚螺钉固定。
髋臼周围截骨术：将患者体位转变为仰卧位，患髋行S-P切口，注意保护股外侧皮神经。先从髂前上棘截骨，将髂前上棘骨块下拉，剥离骨膜显露髂骨内板和耻骨支；在C臂X线机透视下，术者手指摸到坐骨支下方，用骨刀把坐骨接近髋臼部分打断。直视下骨刀打断耻骨支，注意保持髂坐线完整，剥离骨膜显露髂骨外板；使用特制拉钩保护髂骨内外板，沿髂骨用摆锯锯开髂骨，保持髂骨的完整性；往复锯于髋臼内侧锯开髋臼内侧髂骨，翻转髋臼周围骨块，再次透视查看股骨头覆盖明显改善。克氏针临时固定，沿导针拧入长皮质骨螺钉固定，透视下确定固定位置及长度良好后，复位固定髂前上棘，使用短皮质骨螺钉固定，依次缝合切口，术毕。
1.4 术后处理
术后常规抗感染、抗凝治疗。指导患者行踝关节背伸、跖屈运动，股四头肌及腓肠肌等长训练。严格卧床3个月，3个月后部分负重，逐渐训练至完全负重。
1.5 随访及疗效评价
患者出院后密切随访，术后3、6、12个月定期复查X线片及CT评估截骨愈合情况。记录患者手术前后髋关节Harris评分、VAS评分；于X线片测量股骨头圆形指数、髋关节CE角、股骨头覆盖率[4，7]。
2、结 果
3例患者顺利完成手术，手术时间分别为460、450、435 min，出血量分别为733、716、829 mL；术前VR设计股骨头缩小截骨大小分别为9.87、12.42、14.59 mm，术中实际截骨大小为11.4、9.4、12.2 mm，两者相差1.53、3.02、2.39 mm。术后均输注3 U悬浮少白红细胞和300 mL冰冻病毒灭活血浆。术后未出现感染、双下肢深静脉血栓形成等并发症。3例患者均获随访，随访时间分别为25、30、15个月；3个月时复查CT示截骨处均愈合良好。术后12个月及末次随访时VAS评分和Harris评分，以及术后12个月股骨头圆形指数、髋关节CE角、股骨头覆盖率均较术前明显改善；术后12个月根据Harris评分评价，3例髋关节功能均获良。见表1、图3～5。
图 3 病例1正位和蛙位X线片 a. 术前；b. 术后12个月
图 4 病例2正位和蛙位X线片 a. 术前；b. 术后12个月
图 5 病例3正位和蛙位X线片 a. 术前；b. 术后12个月
3、讨 论
扁平髋是Perthes病发展中末期，患者可选择的保髋治疗术式有限，多数患者选择后期行人工全髋关节置换术，但对于年轻患者而言，保髋意义重大[8]。股骨头缩小成形术通过缩小股骨头体积，达到近似球体，以增大头体部分在髋臼窝内的包容范围[4]。Siebenrock等[5]应用该术式治疗扁平髋畸形11例11髋，股骨头圆形指数由术前平均72%（64%～81%）提高至术后平均85%（73%～96%），平均随访5年（最长10年）取得较好结果。Paley[9]应用该术式治疗扁平髋畸形20例20髋，与术前比较，股骨头直径平均缩小25%（13%～43%），平均随访2.7年（最长5年），髋关节功能优良率达70%。国内目前对股骨头缩小成形术治疗扁平髋的报道较少，杨先腾等[10]应用该术式治疗扁平髋畸形12例13髋，术后平均随访28.8个月，患者头臼匹配程度增加，髋关节功能和疼痛程度明显改善，获得满意近期疗效。良好的头臼匹配是改善患者髋关节功能的前提，本研究中3例患者术后12个月股骨头圆形指数、髋关节CE角及股骨头覆盖率均较术前明显改善，获得了良好的头臼匹配；术后12个月根据Harris评分评价髋关节功能均为良，VAS评分较术前明显降低，患者疼痛明显缓解，临床疗效较好。
通过外科脱位入路及股骨头脱位后软组织瓣延长术有效保护股骨头血供，是充分显露髋关节的安全方法[11]。在外科脱位入路下充分暴露股骨头，有利于术者观察和处理股骨头畸形。股骨头的异常增大导致髋臼发育落后，股骨头包容欠缺，髋臼缘与股骨头畸形发生撞击，仅通过股骨头成形术或髋臼周围截骨术不能完全改善头臼匹配关系，术后治疗效果不佳；从髋臼侧和股骨侧同时手术，可确保最佳头臼匹配，力争髋臼对股骨头的最大包容，从而获得满意疗效[5，10，12-13]。
股骨头缩小成形术、股骨颈相对延长术和髋臼周围截骨术3种术式联合应用，极具挑战性，良好的术前设计是手术成功前提。相比既往术前采用传统影像资料二维测量方法规划截骨区域[4，10]，我们发现VR技术辅助股骨头缩小成形术具有如下优势：① 可以筛选符合手术条件的扁平髋患者。术后头臼匹配度是手术成功与否的关键，术前借助VR技术模拟股骨头缩小成形后状态，可以直观清晰地展示头臼匹配程度，供术者评估术后疗效，对于不适用于该术式的患者可避免术后并发症和二次手术痛苦。② VR技术术前规划可直观展示股骨头缩小成形过程，使术者了解截骨区域、尺寸，清晰展现解剖结构形态、空间方位和毗邻关系，提升术者的模拟视觉；术者可借助VR技术规划完备的术前计划，缩短手术时间，提高手术成功率[14]。本研究3例患者股骨头实际截骨尺寸与术前VR设计相差1.53～3.02 mm，在术者预期范围内。③ 股骨头缩小成形术和髋臼周围截骨术学习周期长，手术复杂，术者如果根据经验目测、估算截骨区域，术中必会多次调整，存在手术失误、并发症发生率高、手术时间长、失血多、创伤大等风险[15]；VR技术可以为术者提供较为精确的术前规划，有利于缩短学习曲线。④ 模拟股骨头缩小成形过程中，VR软件可预测股骨头与髋臼间易发生撞击的区域，在术中可根据患肢活动情况行头颈部成形术，避免术后髋臼股骨撞击征的发生。⑤ 成本低廉，有助于患者节省治疗成本。
我们将VR技术应用于股骨头缩小成形术过程中发现存在以下问题：① 股骨头缩小成形区域重建需人工完成，存在人为误差；② 术前规划确定的截骨平面和截骨尺寸在术中无法精准重现，未来可考虑应用机器人技术进行精确操作；③ 目前可设计股骨头部分，髋臼侧暂时无法设计旋转角度，多数扁平髋患者需要联合髋臼周围截骨术确保获得更好的股骨头覆盖范围。
综上述，VR技术联合股骨头缩小成形术治疗扁平髋畸形可取得满意早期疗效，但本研究病例少、随访时间短，还需进一步积累病例并延长随访时间，明确该术式的中远期疗效。
参考文献：略
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