盂唇是环绕在髋臼边缘切面的三角状纤维软骨,其通过增强髋臼对股骨头的包容性,在维持关节稳定性、分散应力及保持关节液密封效应方面起重要作用
[1]。髋臼盂唇损伤(labral tear,LT)占所有髋关节疼痛患者的22% ~ 55%,最常见于股骨髋臼撞击征(femoroacetabular impingement,FAI)。髋臼LT后其解剖完整性与生物力学功能受损,会引起髋关节疼痛和功能障碍,进而引发早期骨关节炎
[2]。髋关节镜下带线锚钉缝合术是LT的首选手术方式
[3-4]。然而,髋臼呈不规则的圆凹形,前后壁较薄而上壁较厚,这种解剖结构导致关节镜下精准的钻孔/置钉操作成为手术中的主要技术难点。文献报道,髋关节镜下的锚钉置入的并发症包括软骨损伤
[5]、腰肌隧道穿孔
[6]、锚钉拔出
[7]及盂唇再损伤
[8]等,其中以软骨损伤最常见且后果最严重,穿孔率达4.0% ~ 18.2%
[9],患者后期可能面临髋关节镜二次手术甚至关节置换术
[5]。计算机导航技术辅助骨科手术通过三维可视化手术区域与实时空间定位,能显著提升手术操作精准度和安全性,尤其是在进行一些精细的手术操作,如置钉、钻孔、截骨等
[10-12]。将其应用于关节镜手术,有望提升置钉准确性,降低术后并发症,但截至目前未见其在髋关节镜盂唇修复中的应用研究。本研究报道1例采用智能规划与导航技术成功治疗FAI伴LT及髋臼囊肿的患者,旨在阐述其技术流程并论证其临床价值。
本研究通过解放军总医院医学伦理委员会批准(编号:2025YL004-KS001)。在研究开始前,研究者向受试者详细说明本研究的目的、内容、潜在风险及可能获益;所有检查与评估实施前亦再次告知受试者,并征得其签署知情同意书。
1 病例资料
28岁男性患者,因“运动导致右髋疼痛、活动受限30个月”于2025年8月14日收入解放军总医院第四医学中心运动医学科。曾多次因右髋疼痛、活动受限在当地医院就诊并予镇痛、理疗等保守措施,效果欠佳,其间症状反复。
2 临床发现
右侧大转子叩击痛(-),右侧腹股沟中点压痛(+),右侧“4”字试验(-),滚动试验(-),屈曲内收内旋试验(+),过屈试验(+),屈髋外旋试验(-)。右髋关节被动活动度:屈/伸:95°/10°;内收/外展:30°/30°;内旋/外旋:20°/20°。术前疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS) 6分,改良Harris髋关节功能评分(modified Harris hip score,mHHS)55分。
X线、CT及MRI提示凸轮型FAI,伴前上髋臼盂唇损伤及相邻髋臼囊肿形成(
图1)。
3 术前诊断
右侧凸轮型FAI、LT及髋臼囊肿。
4 治疗
经患者充分知情同意后,决定采用自主研发的智能规划与计算机导航系统进行髋关节镜盂唇缝合修复术。
4.1 术前规划
将患者术前薄层CT(层厚1 mm)的DICOM数据导入导航系统。系统采用基于深度学习的自动分割算法实现对骨盆、股骨头等关键结构的快速自动分割,再结合其手动勾画功能,可精确重建包含囊肿的髋关节三维虚拟模型。术者在模型上为盂唇撕裂区域预先规划置钉位置及角度,确保钉道完全位于骨质内并避开囊肿(
图2)。
4.2 手术过程
患者仰卧于牵引台上,采用全身麻醉。常规消毒铺单,范围包括手术区域及对侧髂嵴区域。将光学参考架经皮固定于对侧髂嵴,将红外线追踪相机(加拿大NDI Polaris系列)摆放在患者头端位置,确保影像注册器、参考架均在相机视野范围内且无遮挡(
图3A)。在术中通过C臂机采集包含影像注册器在内的正位及侧位X射线透视图像(
图4),系统利用红外线追踪相机获取患者参考架以及影像注册器的空间坐标,继而通过自主研发且经过验证的配准算法,将术前三维CT与术中透视图像完成解剖结构的空间对齐(
图4),配准精度≤1 mm。系统确定配准结果无误后,进入导航界面。按无会阴柱牵引技术牵开髋关节
[13],透视验证髋关节间隙达8 ~ 10 mm,建立标准前外侧入路(anterolateral portal,AL)和中前侧入路(mid-anterolateral portal,MA)。在两入路间横向切开前关节囊,探查中央间室,确定盂唇撕裂范围与术前核磁所示一致。用射频刀清除盂唇附近的软组织,暴露髋臼骨,用球形磨钻进行髋臼骨质磨除,为盂唇修复准备骨床。在AL入路远端5 ~ 7 cm处建立远端前外侧入路(distal anterolateral portal,DALA),用于盂唇缝合和带线锚钉置入。将另一参考架安装至套筒上,在红外线追踪相机视野内通过标定工具进行手术器械的校准注册,以确保系统能精确识别其尖端在空间中的实时位置(
图3B、C)。通过DALA入路置入套筒,术者根据导航界面的反馈,将导向套筒调整至规划位置,随后使用2 mm限深导钻钻孔并置入2.3 mm带线锚钉(Smith & Nephew 2.3 mm)进行盂唇缝合(
图5)。完成受损盂唇修复后,探查清理其他中央区病变。之后缓慢松开患肢的牵引。将关节镜从AL入路置入,通过DALA入路使用射频刀沿股骨颈轴线纵向切开前关节囊,直至股骨头颈交界处的凸轮型骨赘完全暴露。使用磨钻去除凸轮型骨赘,并进行股骨头颈成形术。通过关节镜观察确认撞击完全解除。对切开的关节囊进行侧对侧缝合。缝合手术切口后,手术结束。手术历时110 min,出血约20 mL。
4.3 术后处理
术后冰袋冷敷手术区域24 h。术后第1天,指导患者行被动屈髋屈膝活动,加强股四头肌等长收缩和踝泵功能锻炼,并口服吲哚美辛50 mg 2次/日,预防异位骨化。术后康复训练按4个阶段逐步加强锻炼
[14-15](
表1),以实现完全的体育活动恢复。
5 随访评估
患者术后次日复查CT显示,4枚锚钉均完全位于骨质内,无任何关节内或骨盆侧穿透(
图6),于术后第3天顺利出院。置钉位置按国际通用的髋臼钟面法,以髋臼横韧带中点为6点钟方向(髋臼正下方),髋臼横韧带中点正对髋臼缘上方为12点,3点钟方向为髋臼前方,9点钟方向为髋臼后方
[16]。角度测量在斜矢状位上进行(
图7B)。安全角度范围规划参考Lertwanich P等定义的髋臼边缘角
[17],以锚钉起始点向髋臼骨质两边分别延长20 mm所形成的夹角。实际置钉角度由通过锚钉起始点的两条线组成,一条线为通过锚钉的方向,另一条线为从起始点延伸20 mm到与髋臼软骨下骨相切的点的连线。术后锚钉置入的角度和距离均与术前规划接近(
表2,
图7)。在术后约3个月的临床随访中,患者主诉疼痛明显缓解,VAS评分降至2分,mHHS评分提升至80分。
6 讨论
计算机导航技术辅助骨科手术蓬勃发展,具有定位准确、安全性高等优势,已广泛应用于关节矫形外科、脊柱外科、骨肿瘤等亚专业中
[18]。然而,其在关节镜手术领域的应用尤其是髋关节镜中的应用尚处于起步阶段。在髋关节镜领域的研究目前多集中于导航辅助下的凸轮成形术
[19]。与徒手操作相比,导航组凸轮成形术的精度更高,术后非骨关节髋关节评分更高
[20],但尚未见导航辅助关节镜下髋臼盂唇置钉缝合的报道。Dilbone等
[21]报道,基于CT的混合现实导航系统辅助全髋关节置换术,术后臼杯外展角平均误差为1.8°(0 ~ 5)°,术后髋臼前倾角平均误差为2.0°(0 ~ 6)°。Slotkin等
[22]报道,手持便携式导航系统辅助前入路全髋关节置换术,92.59%的组件与术后 CT 测量值的外展角和前倾角均在5°以内,100%在8°以内。
髋关节镜盂唇缝合修复术是治疗LT的最主要手术方式,然而很难平衡精准复位与安全操作。尸体研究显示盂唇在髋臼缘的附着点在前方、前上方及上方分别为2.3 mm、2.6 mm和2.4 mm
[23]。理论上将缝合锚钉固定于距离髋臼边缘2 ~ 3 mm的位置可实现最佳复位。然而缝线锚钉放置距离髋臼边缘过小会面临较大的关节软骨穿透的风险,相反,将缝线锚钉远离髋臼缘放置虽能降低关节软骨损伤风险,但可能导致盂唇外翻,进而影响其功能。更为关键的是,置钉偏差还可能引发骨盆内或者关节内穿透。一项系统综述显示髋臼缘置钉软骨穿透率为4.0% ~ 18.2%
[9]。软骨穿透会加速骨关节炎进展,患者可能因此接受翻修手术。此外,锚钉穿透骨盆会导致机械症状以及较高的神经血管损伤风险。Gereli等
[24]基于尸体研究发现60次骨盆钻孔中有23.3%的穿刺损伤了神经血管。为此,本病例首次系统性地将计算机导航技术应用于髋关节镜手术中,旨在探索一种解决方案。
在本病例中,智能规划与导航技术初步展现了其在髋关节镜盂唇缝合术中的独特优势。通过术前规划、图像配准、实时跟踪以及3D可视化技术,我们得以在避开囊肿前提下,实现安全钻孔及锚钉置入。研究结果显示,所有锚钉均按照术前规划安全置入髋臼内,无任何关节内或关节外穿透发生。患者mHHS从术前55分提升至术后80分,该数值均已超过文献报道的髋关节疾病患者最小临床重要差异阈值(9.5分)和患者可接受的临床状态评分(74分)标准
[25],表明该治疗方式可带来具有临床意义的关节功能改善。
虽然实际置钉的角度和位置与术前稍有偏差,但该误差在临床上是可接受的。我们分析这一偏差的产生可能与导航系统固有误差、操作误差有关。在置钉距离上,本例术前规划的置钉点距髋臼缘约2 mm,这符合盂唇生理附着点的理想区域
[15]。在置钉角度上,我们参考了Lertwanich等
[17]定义的髋臼边缘角进行规划。该研究提出,髋臼边缘角越大,钻孔/置钉的安全范围越大;更重要的是,对髋臼边缘进行骨床准备后,可进一步增大髋臼边缘角
[17]。这一操作本身使得置钉操作的安全边界更大、容错性更高。因此,骨床准备后置钉距离出现微小增加是正常的,且理论上使置钉更为安全。此外,导航系统固有的设备误差亦不容忽视,但本系统表现出的误差水平与既往研究报道的导航精度相一致。首先是配准精度,本系统采用基于图像的2D-3D配准算法,经体模验证其配准精度≤1 mm。这与Kendoff等
[26]以及Audenaert等
[27]研究中报道的基于图像的配准误差相近,分别为<1 mm和<0.8 mm。与之不同的是,我们采用了自主研制且经过验证的深度学习图像配准技术,该技术可在保证精度的同时提升配准效率
[28]。系统采用了国际通用的光学追踪系统设备,其在60Hz下的平均延迟低于16 ms,测量精度为0.12 mm RMS,这能保证术中实时引导的流畅性与真实性。其次是执行精度。研究表明,即使采用精度<1 mm的图像配准技术辅助操作,术中执行过程仍可能出现偏差。Micic等
[29]关于导航辅助肩关节镜肩袖修复的研究表明,导航辅助下锚钉置入的角度误差(2°)和平移误差(3 mm)均显著优于无导航组(17°和15 mm)。同样,Larose等
[30]在一项大规模肩关节置换研究中报道,计算机导航辅助下的肩关节盂植入物位置与术前计划的平均偏差仅为(1.90 ± 1.21) mm。而在导航辅助髋关节镜凸轮成形术中,Koki Abe等
[19]发现91.3%的截骨深度误差在3 mm以内,3.6%出现过度截骨,5.1%出现截骨不足;其中过度截骨的最大偏差为6.3 mm,截骨不足最大偏差为-7.1 mm。上述研究提示,导航技术虽能提升手术精度,但其最终效果仍可能受系统误差及执行精度等多种因素共同影响。就本病例而言,实际置钉角度和位置上存在偏差,这在当前技术条件下难以完全避免。Lertwanich等
[17]研究显示,当置钉深度为20 mm时,髋臼1 ~ 3点钟区域的安全角度范围为33.9°至89.1°。本病例中,该区域的实际置钉角度为32.1°至51.1°,均处于术前预设的安全范围内,且与Lertwanich等
[17]报道的范围相近。虽然该导航系统受手术入路限制,导致器械无法完全遵循术前规划,但导航界面提供的多平面实时可视化反馈,可使术者清晰掌握当前器械与规划路径、安全边界的空间关系。这使得术者能够在确保锚钉始终位于安全区的前提下,灵活调整器械角度,探明当前入路下的最优路径。这种术中动态调整能力,是徒手操作和静态透视引导均无法实现的,亦是本系统在复杂情况下保障手术安全的价值所在。
尽管本研究初步证实了智能规划与导航技术在髋关节镜盂唇缝合术中的可行性与精准性,但我们必须审慎看待本研究及其所采用技术的局限性。首先,本研究为病例报告,其结论需未来大样本研究加以验证,且未设置对照组以比较传统手术与导航手术的差异。其次,计算机导航系统目前主要用于骨性结构的定位与引导,对于盂唇等动态软组织的实时形变与位置变化,尚无法进行追踪与补偿,这仍是未来技术发展的方向。此外,文献亦记载了与经皮钉固定放置参考架有关的新并发症,例如钉孔松动、骨折以及相关感染
[31]。最后,本病例缺乏长期影像学随访数据。尽管短期结果显示锚钉位置良好且临床功能满意,但锚钉的长期稳定性、囊肿的演变情况及盂唇愈合状态仍需更长时间的监测。
综上所述,通过本病例分析,智能规划与导航技术可为髋关节镜下安全置钉提供临床证据及参考方案。该技术通过个体化的三维术前规划和术中实时可视化引导,能最大程度避免关节内外穿透,尤其适用于髋臼前缘等高危置钉区域。未来需要更大规模的研究和更长期的随访来进一步验证其疗效及获益,并推动该技术在髋关节镜领域的标准化应用。
北京市自然科学基金(L252061)