有了髋关节置换数字模型 假体植入不仅“精确”

周一新团队摸索的新算法可以依据患者站立、坐位乃至蹲位等不同姿势下骨盆倾斜角的变化、关节运动度等综合因素，为每位患者计算出一个功能最优且最安全的目的值，形成个性化的“患者特异性假体安全区”，更精准地指点机器人辅助全髋关节置换手术。

北京积水潭医院矫形骨科主任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范畴50多年的传统安全区(即Lewinnek安全区)不能成立的原因，并树立了患者特异性安全区算法。日前，相干研讨结果发表在国际骨科威望杂志《骨与关节外科杂志》和《临床骨科和相干研讨》上。

传统安全区存在哪些问题?患者特异性安全区算法有哪些优势?研讨团队如何取得这一理论突破?科技日报记者就此采访了上述研讨团队的核心成员。

传统放置假体的安全区或许不安全

人工关节假体应当安装在身材的哪个地位?

“过去，医生们对于人工关节假体安装地位，通常只知道一个相对隐约的规模，缺少精确的目的信息。”周一新团队研讨成员之一、北京积水潭医院矫形骨科主治医师唐浩表现。

20世纪70年代末，Lewinnek教授提出了髋关节置换范畴的主要概念“安全区”。他指出，髋臼臼杯的安顿地位有一个相对安全的规模：外展角40°±10°，前倾角15°±10°。这一安全规模被称为Lewinnek安全区。自此，这一概念长期统治人工关节置换范畴。

然而在实际操作中，让人工髋关节实现术后走、跑、蹲等活动功能的同时又避免假体脱位，并非易事，术后关节脱位时有产生。起初学术界以为，这重要是由于人工手术误差大造成的。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地位的才能，进步了将假体放Lewinnek安全区的概率。

“然而，此后越来越多的证据表明，术后关节脱位依然无法避免。”唐浩告知记者，一般来说，术后关节脱臼的概率在1%—10%。有文献称，58%的脱臼病例臼杯角度位于Lewinnek安全区内。

因此，Lewinnek安全区受到了质疑，它并不能有效防止术后关节脱位，也不能确保患者术后的关节运动度等。

唐浩说：“基于Lewinnek安全区的原始模型是静态的，没有斟酌到人的骨盆是动态的。但最近的研讨发现，骨盆在实现不同功能时的空间地位变化很大，且人与人之间的差别也非常大，继续用静态方式来肯定关节置换的手术目的，就好比‘刻舟求剑’。”

为患者量身打造特异性假体安全区

“一些我们早已习性的传统理论或方式，也许从根上就存在瑕疵，如果这些理论与方式是毛病的，我们又该怎么办?”周一新和团队成员决议揭开这个谜底。

近年来，有研讨发现，脊柱骨盆姿势是全髋关节置换术后是否脱臼的主要影响因素，有学者报道了假体在矢状面上的功能角度是影响其稳固性的要害。

于是，周一新研讨团队树立了髋关节置换的数学模型。该模型可以作为定量工具来肯定全髋关节置换术中患者特异性的安全区，填补了国际上臼杯矢状面功能角度计算的方式学空白。

他们发现，没有一个固定的经验值可以满足所有患者的需求，每个患者对应的目的值都是个性化的。此外，他们从数学和活动学上证明了Lewinnek安全区只是一个二维的静止目的值，并不能准确指点髋关节假体安顿，以及同时满足髋关节重建在稳固性与运动度、髋关节合理载荷等方面的要求。

这套算法可以依据患者站立、坐位乃至蹲位等不同姿势下骨盆倾斜角的变化、关节运动度等综合因素，为每位患者计算出一个功能最优且最安全的目的值，形成个性化的“患者特异性假体安全区”，更精准地指点机器人辅助全髋关节置换手术。

唐浩介绍，这一发现不但为假体规定了安全规模，且提醒了有充足理由转变传统髋关节重建的手术进程。

唐浩表现，采取新的理论方式，他们已经为400多位患者实施了机器人辅助髋关节手术，截至目前，没有一例产生术后脱臼。

唐浩介绍，研讨团队还依据此方式对多例置换术后关节脱位患者进行了精准剖析指点下的翻修手术，极大地降低了手术难度，进步了疗效。

让数学在临床医学中迸发能量

美国加州大学洛杉矶分校骨科研讨中心爱德华·埃布拉姆扎德教授对此项研讨工作评价道，这一新的算法可根据病的特色，量化预测术后脱臼风险并制定更合理的术前筹划，为领导或机器人辅助手术提供要害手术目的，使假体植入不仅精确而且准确，具有重大意义。

唐浩介绍，团队提出的“患者特异性假体安全区”，突破了传统理论的局限，树立了新型个性化手术规划方式。

“数学原理是树立骨科精准医学理论大厦的必由之路。”唐浩说。

一直以来，临床医学与生物、化学等学科有着更紧密的接洽，至于数学则似乎要疏远一些。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成果回归到临床实践，一直是周一新团队研讨的重要方向之一。

“骨科相较于其他临床科室，有更多与力学、统计学、数理模仿等方面打交道的机遇，这让我们在摸索数学与临床联合方面有了更多可能。”唐浩说。

周一新表现：“作为医生，我们循规蹈矩，遵从诊疗原则与常规，但一旦有了科学与临床证据的支撑时，我们又是革命者，坚决否认与废弃后进的观点与技术，哪怕它们曾经是那样的神圣不可冒犯。”他以为，医学可能是最后一个被数学加持的范畴。

这场晚到的联合，未来所迸发出的能量将是宏大的。“数学能够利用于更多创新性的研讨，除了髋关节置换，在膝关节置换以及治疗脊柱侧弯、X型腿和O型腿矫正方面都有着很好的利用远景”。唐浩告知记者。