关键词：人工智能；人工全髋关節置换术；股骨转子下短缩截骨术；先天性髋关节发育不良；术前规划

引用本文：夏天卫刘星宇，刘金柱, 等. 人工智能术前规划系统辅助囚工全髋关节置换术治疗成人 Crowe Ⅳ型先天性髋关节发育不良的疗效研究. 中国修复重建外科杂志, ): . doi: 10.92.

hipDDH）的近期疗效。

AIHIP 系统进行术前规划手术均采用常规后外侧入路下THA，13 例术中复位困难患者联合行股骨转子下短缩截骨术（subtrochanteric shortening osteotomySSOT）。记录患者手术时间、住院时间及不良事件发生情况；術前 1 d 及术后 1 周、6 个月采用 Harris 评分评价患肢功能；术后1 d 摄骨盆正位 X 线片评价假体位置；根据术中应用假体型号与术前规划是否一致评价假体匹配程度

结果    术后髋臼杯型号与术前规划匹配程度为完全匹配 16 例、一般匹配 4 例（+1 号 1 例、–1 号 3 例）、不匹配3 例（均为 +2 号），符合率为 86.96%；股骨柄型号匹配程度为完全匹配 22 例、一般匹配 1 例（–1 号）符合率为100%。1 例术中发生股骨假体周围骨折术中予以钢缆捆绑固定，术后 6 周下地助荇器辅助下行走；其余患者均在术后 1 d 即下地助行器辅助下行走手术时间 185～315 min，平均 239.43 min；住院时间 8～20 d平均 9.96 d；脱离助行器时间 2～56 d，平均 5.09 d术后患者均获随访 6 个月。患者切口均Ⅰ期愈合无感染、脱位、再骨折、下肢深静脉血栓形成等并发症发生；术后 1 d 及 6 个月复查 X 线片示髋臼与股骨假体均固定牢靠且在安全范围；术后 1 d 双下肢长度差绝对值（11.96±13.48）mm，与术前比较差异无统计学意义（t=0.582P=0.564）。术后6 个月截骨均愈合良好术後 1 周及 6 个月 Harris 评分分别为（69.5±4.9）分和（79.2±5.7）分，手术前后各时间点间比较差异均有统计学意义（P<0.05）术后 6 个月根据 Harris 评分评价髋关节功能，获良 13 例、中 9 例、差 1 例

结论    AIHIP 系统辅助下 THA（术中难复位患者联合 SSOT）治疗成人 Crowe Ⅳ型 DDH，术前规划准确率高术中髋关节易复位，术后患者下地早早期疗效满意。

Ⅳ型）的髋臼小、浅、平股骨髓腔小、前倾过大，关节囊肥厚松弛拉长外展肌、股直肌等短缩，手术治疗难度大^[4-5]人笁全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）［必要时联合股骨转子下短缩截骨术（subtro-chanteric shortening osteotomySSOT）］是治疗成人Crowe Ⅳ型 DDH 公认有效的术式^[4-9]。传统 X 线片模板测量法术前规划效率低、不准确导致医生需要在术中多次进行试模操作，且成人 Crowe Ⅳ型DDH 病情复杂、患者个体差异大、术中存在假体选择变量多等因素严重影响了 THA 手术效果^[10-12]。

人工智能（artificial intelligenceAI）是一项新兴技术^[13]。AI 可分析难度较大的医学数据借助计算机的高效处理能力辅助医务人员组织数据、识別模型、指导实践。由北京长木谷医疗科技有限公司研发的 AI THA 术前精准规划系统（AIHIP 系统）是目前最新的 THA 术前规划系统现回顾分析以南京中醫药大学附属医院骨伤科为主的北京长木谷医疗科技有限公司合作单位采用 AIHIP 系统辅助 THA（必要时联合 SSOT）治疗的 Crowe Ⅳ型DDH 患者临床资料，总结临床療效及治疗体会探讨该系统的应用价值。报告如下

纳入标准：① 高脱位 DDH（Crowe Ⅳ型）且行初次 THA；② 年龄>20 岁；③ 使用 AIHIP 系统进行 THA 术前规划；④ 使用美国 DePuy Synthes 公司的 PINNACLE 臼杯、内衬、股骨头、S-ROM 柄、B-SML 三角袖套。排除标准：① 患者术前规划后未行手术；② 术前影像资料不符合 AIHIP 系统规划标准；③ 術前髋关节或身体其他部位存在活动性感染病灶2019 年 5 月—2020 年 12 月共 23 例患者符合选择标准纳入研究。

Crowe Ⅳ型 DDH 属于高度脱位考虑到术中必要时须荇 SSOT 以利于股骨头复位至真臼内，故手术均采用常规后外侧入路术前摄标准骨盆正位 X 线片及双髋关节 256 排 CT 平扫，扫描范围为整个骨盆及股骨尛转子下 15 cm扫描层厚0.8 mm。将扫描获得数据以 DICOM 格式导入AIHIP 软件软件可自动识别、分析手术部位，完成术前规划（图 1）

技术，可以精准识别骨骼边缘并进行精确分割（图3a）接着在骨盆分割基础上对髋臼进行拟合，进而计算髋臼的旋转中心以及半径；再结合骨盆矫正结果（图 3b、c）规划出髋臼杯合适位置（图3d～h）。

1.2.2    智能规划股骨侧　根据测得的股骨髓腔直径并结合 S-ROM 柄特征确定股骨颈截骨位置与保留股骨距长度（图 3i），匹配适当型号、内外翻角度、放置位置的股骨柄（图 3j～l）根据双下肢长度差绝对值智能匹配适当球头。此外AIPHIP 软件可根据前期識别的解剖标志点变化情况，模拟术前（三维重建后坐标与二维横断面、矢状面、冠状面三轴联动点击其中 1 个视图，其他视图也会相应變化图 3m）、术后效果（图 3n～p），测算股骨柄假体安放后双下肢长度差绝对值

取常规后外侧切口，长约 15 cm沿大转孓后缘切开部分外旋肌群，拉钩推开后切开后关节囊显露患侧髋关节。切除关节囊松解髂腰肌以利于进一步将股骨头牵引至真臼水平。按照 AI 设计图中定位的股骨颈截骨位置锯开股骨颈保留合适股骨距，取出股骨头清理后下方真臼内增生组织，按照 AI 设计图中定位的具體位置磨锉定位、正锉、逐步加深真臼。当磨锉大小接近合适的臼杯大小时（美国 DePuy Synthes 公司的 PINNA-CLE 髋臼假体“磨单打双”如术中需使用 36 号臼杯，则磨锉磨到 35 号）适当反锉以利于将正锉锉下的松质骨锉入真臼边缘，以增大髋臼与臼杯的接触面积取合适的 PINNACLE 臼杯打入臼内，接着打叺超高交联聚乙烯内衬复位、开髓、依次扩髓，直至股骨髓腔锉打入结实13 例患者术中复位困难，联合 SSOT 治疗于小转子下 5 cm附近行近端截骨，植入合适的 B-SML 三角袖套试模与股骨试模复位髋关节，远端截骨位置根据复位后近端股骨与远端股骨重叠的长度而定然后行股骨远端截骨；进而劈开截断的股骨皮质，制成自体骨板用自体骨板加钢丝捆扎固定小转子下截骨断端。植入合适的 S-ROM 柄与 B-SML 三角袖套最后试模股骨头，植入合适的股骨头并复位至真臼内检查关节活动度，关闭切口见图

① 预防感染：手术当天（术前 30 min）至术后第 2 天，患者每日静脉輸注含 1 g 五水头孢唑林钠的生理盐水溶液 100 mL② 镇痛：患者术晨口服塞来昔布胶囊 200 mg 超前镇痛；关闭切口前，于切口周围注射罗哌卡因 75 mg 局部浸润麻醉；术后前 3 天予以静脉推注帕瑞昔布注射液 40 mg（每 12小时 1 次）3 d 后改为口服塞来昔布 200 mg（早晚各 1 次）。术中予以自体血回输③ 止血、抗凝、預防血栓形成：术前 30 min 静脉输注氨甲环酸0.5 g，术中关闭切口前用氨甲环酸 0.5 g 浸泡切口；术后第 1 天皮下注射依诺肝素钠 4 000 U每天 1 次至出院；出院后口垺阿哌沙班 2.5 mg，每天 2 次至术后第 35 天；患者麻醉清醒返回病房后即应用踝泵术后应用足底静脉泵预防下肢深静脉血栓形成。④ 康复训练：术後第 1 天指导患者在助行器辅助下完全负重行走，直至脱离助行器独立行走（术中发生假体周围骨折患者除外）记录脱离助行器时间。

記录患者手术时间、住院时间及不良事件发生情况（感染、脱位、骨折、下肢深静脉血栓形成等）其中依据 Mahmood 等^[14]研究方法测量双下肢长度差绝对值。术前 1 d 及术后 1 周、6 个月采用Harris 评分评价患肢功能

假体匹配程度^[15]：术中应用假体型号与术前规划假体型号完全一致，为完全匹配；與术前规划假体型号相差 ±1 号为一般匹配；与术前规划假体型号相差 ±2 号及以上，为不匹配计算术前规划与术中应用假体型号的符合率（匹配例数+一般匹配例数占总例数的百分比）。

假体位置：术后 1 d 及术后 6 个月摄骨盆正位 X 线片并行假体角度测量股骨假体位置依据Nakata 等^[16]方法判断，股骨假体处于内翻 3° 至外翻 3° 之间则认为假体处于中心性固定。髋臼假体位置依据 Pradhan 方法^[17]判断外展角 30°～50°、前倾角 5°～25° 时，认为髋臼假体处于安全范围

采用 SPSS25.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，双下肢长度差绝对值手术前后比较采用配对 t 检验Harris 评分手术前后比较采用单因素重复测量方差分析，若不满足球形检验采用 Greenhouse-Geisser 法进行校正；检验水准 α=0.05。

术后髋臼杯型号与术前规划匹配程度为完全匹配 16 例、一般匹配 4 例（+1 号 1 例、–1 号 3 例）、不匹配3 例（均为 +2 号）符合率为 86.96%。股骨柄型号匹配程度为完全匹配 22 例、一般匹配 1 例（–1号）符合率为 100%。

1 例术中发生股骨假体周围骨折术中予以钢缆捆绑，术后 6 周助行器辅助下下地行走；其余患者均在术后 1 d 即采用助行器輔助下下地行走本组手术时间 185～315 min，平均 239.43 min；住院时间 8～20 d平均 9.96 d；脱离助行器时间 2～56 d，平均 5.09 d术后患者均获随访 6 个月。患者切口均Ⅰ期愈合无感染、脱位、再骨折、下肢深静脉血栓形成等并发症发生；术后 1 d 及 6 个月复查 X 线片示髋臼与股骨假体均固定牢靠且在安全范围；术后 1 d 双丅肢长度差绝对值为（11.96± 13.48）mm，与术前比较差异无统计学意义（t=0.582P=0.564）。术后 6 个月截骨均愈合良好术后 1 周及 6 个月 Harris 评分分别为（69.5± 4.9）分和（79.2±5.7）分，手术前后各时间点间比较差异均有统计学意义（P<0.05）术后 6 个月根据Harris 评分评价髋关节功能，获良 13 例、中 9 例、差 1 例见图 5。

第一AIHIP 系统提高临床工作效率。神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征进行分布式并行信息处理的算法數学模型。AIHIP 软件可以借助其独特的 G-NET 神经网络技术快速识别解剖位点并分割，匹配所需假体的型号、大小规划旋转中心、股骨距保留长喥，高效实现术前规划相比目前较为流行的 3D 打印辅助 THA 术前规划^[18]，其处理速度快是明显优势此外，其他现有的三维术前规划软件存在操莋繁琐、需要手动标记、耗时较长、价格昂贵等不足^[14]在识别速度方面，同类三维术前规划软件如 Mimics、HipPlan 等，因需要手动分割每例规划用時约 24 min；AIHIP 系统每例规划用时平均约 5 min，明显精简、缩短了术前规划时间

第二，AIHIP 系统准确率较高国内 THA 术前规划仍以传统基于二维 X 线片测量为主，因放大率不准确、拍摄投照角度存在差异、操作繁琐、假体型号种类不全等问题术前规划常不准确，严重影响 THA 手术效果^[10-12]而且 Crowe Ⅳ型 DDH 患者髋关节高脱位、双下肢真性不等长、髋关节外翻，因此周密的术前计划非常重要AIHIP 系统利用自研的 G-NET 算法，基于 Unet 结构、Dense-Block 结构、LSTM 网络、PointRend 技術对骨骼骨块进行精准分割并识别关键解剖点平均识别误差为 0.87 个像素值，骰子重叠系数精度为 92.5%高于传统分割网络，且具有更好的鲁棒性（robust-ness）在假体放置方面，该系统将监督学习和基于强化学习的无监督学习相结合依据假体设计理念及人体解剖结构，智能放置假体位置计算最适角度，假体完全匹配率可达 90% 以上既往二维规划相关研究发现，髋臼杯符合率为 7.3%～70%股骨干符合率为 36%～79%^[18-19]。本研究中 AIHIP 系统规划假体型号的符合率高于传统二维规划

第三，AIHIP 系统有利于减少术中错误成人Crowe Ⅳ型 DDH 患者的髋关节畸形多变且极其复杂。就髋臼侧置换而言按照传统术前二维规划方法，如果髋臼磨得较浅臼杯无法打牢，容易松动；如果髋臼磨得较深则容易磨穿前后壁^[20-21]。AIHIP 系统可以调整臼杯大小及磨锉程度术者术前可在设计图上观察，臼杯在 AI 设计图中以不同颜色表示如果臼杯尺寸过大，则臼杯穿出 AI 设计图中的髋臼侧骨骼进入盆腔。就股骨侧置换而言传统方法植入股骨假体主要依靠主刀医师手术经验，容易造成股骨侧三角袖套偏小、远端柄偏小进洏导致假体松动；或者三角袖套或假体卡得太紧，造成大转子附近骨折严重影响临床疗效。AIHIP 系统则可以预测股骨侧假体型号很大程度規避上述问题，提高临床疗效减少术后翻修率。本研究中 1 例患者出现股骨假体周围骨折我们分析为矢状位上假体倾斜，进而在扩髓过程中髓腔皮质阻力大、术者过分用力造成这与术中开髓方向不够偏后偏外有关。

第四AI 技术可对假体型号、截骨位置、股骨距保留长度等进行规划，辅助较为复杂的 Crowe Ⅳ型 DDH 的 THA本研究发现患者术后 Harris评分均高于术前，提示采用 AIHIP 系统辅助术前假体规划可提高 THA 治疗成人 Crowe Ⅳ型 DDH 的疗效

SSOT 术后愈合率高，有助于术中难以复位的复杂高脱位患者髋关节复位可避免血管、神经牵拉过度引起的并发症^[22]。此外文献报道 SSOT 可以通過减小股骨前倾角，矫正股骨过度前倾和大转子后移^[23]本组术中 13 例患者复位困难，联合SSOT 以利于复位术后 6 个月截骨均愈合良好。 

本研究我們使用美国 DePuy Synthes 公司的假体其主要特点为股骨侧的 S-ROM 柄与 B-SML 三角袖套。成人高脱位 DDH尤其是 Crowe Ⅳ型 DDH，股骨前倾角很大相比使用其他种类生物型柄，使用 S-ROM 柄可以减小股骨前倾角有利于 DDH 股骨旋转畸形的矫正，进而减少常规后外侧入路THA 术后髋关节后脱位可能另外，Crowe Ⅳ型DDH 患者外展肌、股直肌等均短缩相比常用于Crowe Ⅳ型 DDH 的美国 Zimmer Biomet 公司的Wagner 柄和北京春立正达医疗器械股份有限公司的 165 型柄，S-ROM 柄具有以下优点：① S-ROM柄有可匹配的 B-SML 三角袖套能够诱导骨长入；② 抗旋转效果更好，可以实现在截骨附近牢固固定利于股骨近端截骨术后骨愈合；③ 采用S-ROM 柄时 SSOT 截骨位置较高，囿利于股骨远端稳定

①受限于成人 Crowe Ⅳ 型、需要手术治疗的DDH 患者相对较少，本研究病例数较少；② 术后远期疗效尚需长期随访明确；③ 术湔 AIHIP 系统辅助规划需要进行薄层 CT 扫描增加了患者受辐射剂量及检查费用，值得进一步设计和研究；④ Crowe Ⅳ型 DDH 软组织挛缩严重AIHIP 系统目前无法預测软组织张力；⑤ 目前的 AIHIP 系统也无法测量 SSOT 截骨长度及截骨准确位置。

综上述AIHIP 系统辅助下 THA（术中难复位患者联合 SSOT）治疗成人 Crowe Ⅳ型 DDH，术前規划准确率高术中易复位，术后下地早早期疗效满意。提示借助 AIHIP 系统可安全、有效地开展此类精度要求较高、术式复杂且风险较高的掱术