脱位是全髋关节置换术(THA)后早期翻修最常见的原因。40多年前，Lewinnek等人提出了髋臼“安全区”以避免脱位。虽然他们的研究在当时是新颖的，但按照现代标准，他们的研究在实用性方面是有限的。本研究的目的是确定全髋关节置换术中髋臼杯的最佳位置，以及手术入路对髋臼安全区的影响和脱位的危险性。
自20世纪60年代Charnley推广以来，全髋关节置换术(THA)已经显示出了卓越的疗效和持久性，并获得了超过30年的随访结果。然而，脱位仍然是THA术后最常见的并发症之一，影响0.3% - 10.0%的患者，对患者的生活质量、疼痛、重复脱位和修复有潜在的深远影响。鉴于其普遍性，不稳定是美国关节置换登记处以及多个国际登记处早期翻修的最常见原因。
1978年，Lewinnek等人撰写了关于初次THA后脱位的里程碑系列文章，形成了髋臼“安全区”的基础。在他们的论文中，作者推荐理想的髋臼前倾15°±10°，倾斜40°±10°。虽然他们的方法在当时很新颖，但其历史局限性却很有影响。首先，他们的系列被限制在由5名骨科医生实施的300例THA，其中只有1例修复了短外旋转肌。其次，关节成形术的影像学随访仅限于41%。最后，一位骨科医生进行了190例关节成形术，其中只有1例脱位，但与脱位率较高的同行相比，其安全区外THA的比例相似。
后续的研究集中在THA脱位的髋臼部位，并强调了大部分不稳定THA处于Lewinnek安全区。这些研究进一步促进了对于不稳定性的研究，但仍然受到一系列关键限制的影响。首先，考虑到历史方法的局限性，正在评估的安全区可能并不完美。其次，对于那些没有对照组的无脱位患者的THA脱位的研究，尚不清楚安全区内或安全区外患者的比例是否相对于无脱位患者的比例更大、相同或更少。第三，考虑到统计和手术方法的发展，基于手术入路、术中软组织张力和脱位倾向的适应症的细微差别，支持重新检查经典的髋臼安全区的实用性。
因此，本研究的目的是:
利用现代统计方法和可靠的患者数量确定THA期间髋臼假体的最佳位置;
确定手术入路对髋臼安全区的图形和脱位风险的潜在影响。
1、研究人群
2000年1月至2017年8月在单一学术机构进行的所有初级THA都经过了机构审查委员会的批准(#20-004702)。本病例对照研究的纳入标准包括:(1)2000年1月至2017年8月进行的原发性THA，以及(2)术后前后位和侧位X线片的可用性。排除标准包括:(1)关节置换术翻修，(2)除DA、AL或PL入路外的其他入路，(3)肿瘤患者，(4)随访时间<2年。在整个分析期间，骨科医生试图在15°±10°前倾和40°±10°倾角的历史安全区域内重建髋臼的自然定位。
2、影像学评估方法
使用仰卧前后位和交叉位髋关节侧位片评估髋臼假体方向。通过确定水平骨盆平面与髋臼杯长轴之间的角度，在前后位X线片上测量髋臼倾角(图1)。随后，使用Woo和Morrey描述的方法，参照交叉侧位片的垂直平面测量髋臼前倾。
图1:髋臼倾角的测量技术。
倾角和前倾角的测量使用的是该研究团队之前验证过的深度学习人工智能(AI)模型。简单地说，该研究团队使用两组600张骨盆前后和交叉侧位髋关节X线片来开发深度学习模型。使用经过50个epoch训练的2个U-Net卷积神经网络模型，以8:1:1的基础将队列手工注释并随机分为训练、验证和测试数据集。对80张正位和交叉位侧位片进行性能测试，通过与训练有素的骨科医生(c.c.w)测量的值进行直接比较进行初步验证。人体和机器水平测量的倾角和前倾角的平均差值分别为1.4°(标准差[SD]: 1.1°)和1.4°(标准差[SD]: 1.3°)。<2.5%的病例观察到人与机器测量值之间≥5°的差异。通过比较由两位骨科医生(M.H.和c.c.w)进行盲法独立分级的60例患者的AI测量值，对当前数据集进行了二次验证。这产生了高度的相关性(倾角:0.89;前倾角:0.90)，人工智能与人类测量值之间无显著差异(p≥0.15)。
3、人口统计学方法和脊柱病理学
根据不可改变因素对患者进行特征分析，以便为髋臼安全区域分析提供依据。根据手术入路(DA、AL或PL)、身体质量指数(BMI)、性别和股骨头大小，使用机构的总关节登记数据和电子病历对THA进行分类。
4、统计分析
该研究团队通过先验分析来确定需要的样本量，以证明关节成形术与关节脱位术之间髋臼倾角和前倾角相差5°，保守的脱位率为1%。
人口统计数据使用平均值、标准差和百分比来表示。该研究团队对标称值采用Kruskal-Wallis秩和检验，对比例采用卡方检验。Cox比例风险分析用于确定人口统计、髋臼成分定位和脱位之间的关系，并对死亡和假体翻修进行竞争风险分析。随后，使用RMS软件包提供与髋臼前倾和联合髋臼倾角相关的风险比例和髋臼安全区域图形的可视化表示。这一分析和其他分析在R版本4.0.0 (R统计计算基础)中进行。P值<0.05说明差异具有显著性。
共有8,081例患者(4,166名女性和3,915名男性)进行了9,907例原发性THA，平均年龄64.1岁，35名骨科医生符合纳入条件，患者平均随访5.3年。髋臼平均倾角44°±7°，平均前倾角32°±9°。
有316例THA(3.2%)发生位错，平均1.9年，患者平均年龄62.9岁，超出了先验分析所需的样本量。无脱位的患者平均前倾31.8°，而历史上最理想的前倾15°仅在未发生位错的THA中位于第三个百分位(p < 0.001)。
由于样本量大，各手术入路在人口统计学变量(包括年龄、性别和BMI)方面存在显著差异。然而，鉴于这些差异的量级较小，这些差异具有适度的临床相关性。值得注意的是，大直径股骨头(≥36mm)在DA组最常见(62.1%)，其次是PL组(51.6%)和AL组(34.5%)。
多变量Cox比例风险分析显示，男性对错位具有保护作用，股骨头直径≥36mm。此外，在DA方法中，两种AL和PL入路显示，即使考虑到股骨头直径，脱位的危险也显著增加(p≤0.02)。
在倾角为37°时，位错的单因素风险最低(图2)。20°宽范围内位错危害最小的范围为27°~ 47°，位错危害随偏差大于或小于37°相对对称地增加。在这一范围之外，位错的危害随着倾角的逐渐降低而迅速增加，而随着倾角的增大而增加得更平缓。在前倾角方面，位错发生的危险性最低为27°，理想的20°宽的安全区域为前倾角18°~ 38°，这大大高于Lewinnek提出的历史值5°~ 25°(p < 0.001)。
图2:倾斜和前倾的单变量连续Cox比例风险模型及其与THA脱位风险的关系。
然后，该研究团队对髋臼假体定位和脱位风险进行多维分析(图3)。在前倾角<18°的情况下，低倾角(<20°)的耐受性较差，在较小程度上，前倾角为>38°。虽然可接受的前倾角范围相对较窄，但倾角在10°至50°以上存在一个较宽的安全区域，前提是前倾角保持在上述值内，这凸显了前倾角相对于倾角对于位错风险的相对重要性。
图3:根据所有分析的THA的前倾和倾斜度的相互作用。
接下来，该研究团队分析了基于前入路(DA和AL)和基于后入路(PL)在确定髋臼安全区域方面的效果，结合DA和AL入路，考虑到其后囊复合保留的特性，并提供了统计上可靠的数据(图4)。此外，该研究团队观察到，与倾斜相比，两种入路的安全前倾窗口更窄。前入路为29°，后入路为27°。值得注意的是，在前路和后路之间发现了显著的拓扑差异(p = 0.03)，在前路队列中，低前倾值(<18°)受到的伤害较少。
图4:根据前倾和倾斜的相互作用，前向入路和后向入路的脱位危险。
考虑到基于性别的位错率差异，该研究团队也评估了性别在确定安全区图形方面的影响(图5)。男性和女性的最佳前倾角均以27°为中心，与女性相比，男性对非最佳前倾角的惩罚(高或低)相对更大(p = 0.02)。在倾斜度方面，男性37°和女性42°的错位风险最低，男性对非最佳倾斜度的惩罚也相对更大(p = 0.02)。与整体分析和基于方法的分析一样，只要存在令人满意的前倾，两性的倾角范围都可以接受，从10°到50°以上。
图5:根据前倾和倾斜的相互作用，男性和女性脱位的危害。
本研究的目的是确定最佳的髋臼假体定位，以及手术入路对髋臼安全区图形和脱位风险的影响。该研究团队的假设得到了支持，因为该研究团队发现9,907个髋臼假体的最佳髋臼位置与历史值不同。此外，手术入路和性别对脱位风险和安全区图形有显著影响。这些发现具有临床意义，可以指导髋臼定位，从而降低脱位的风险。
到目前为止，在多个关节置换处，不稳定仍然是早期THA翻修的最常见原因，这对患者的生活质量和功能有实质性的影响。虽然各种技术如大直径股骨头、双活动关节和约束内衬已经被引入来帮助预防和处理不稳定，髋臼假体定位仍然是预防脱位的核心组成部分。此外，组件的定位可以在手术时随时修改和调整，使其成为降低风险的理想目标。事实上，许多利用机器人技术或导航的技术已经出现，其目标是实现可重复的髋臼定位。然而，击中目标只是等式的一半。骨科医生首先需要知道目标是什么，以充分利用这些辅助技术。
该研究团队的研究有局限性。首先，虽然该研究团队的研究重点是髋臼杯的位置，但其他因素，包括年龄、髋臼内衬结构、股骨假体版型、脊柱骨盆活动度和腿长对髋臼杯的稳定性也有影响，值得进一步研究。
该研究团队从分析中排除了年龄和脊柱骨盆活动，因为它们是不可改变的，并且已经在文献中证实它们会影响脱位的风险。关于髋臼衬垫的设计，以前有研究表明，抬高边缘和改变脸型的衬垫可以改变脱位的风险。
然而，针对尾管的影响进行调整仍然具有挑战性，因为尾管提供的侧向程度不仅因制造商而异，而且同一制造商的尾管尺寸也不同。此外，在非中性衬套中，偏移量和边缘高度也有所不同。此外，内线唇尖的术中旋转和定位取决于骨科医生，且难以量化。其次，虽然脱位是早期THA翻修最常见的原因，但不稳定仍然相对少见。因此，在任何给定的数据库中，容易发生错位的相互作用的全面表征受到可用于分析的事件数量的限制。尽管如此，该研究团队认为，就髋臼成分分析而言，本研究是其规模最大的研究之一。第三，考虑到要测量的图像的体积，该研究团队选择用人工智能来自动化这个过程，并扩大该研究团队的统计能力。虽然受限于这些测量的非人类性质，该研究团队相信已经对研究方法进行了可靠的测试和验证，包括由2名骨科医生进行盲法分级验证。最后，有了更多的未来数据，就有可能评估股骨前倾和脊柱分离测量的影响，了解脊柱前倾和骨盆联合运动可能会根据患者的具体情况引起位置和安全区域宽度的改变。
总之，最佳髋臼定位与历史值有显著差异，增加髋臼前倾可降低脱位风险。此外，手术入路和患者性别对三维安全区图形有明显影响。该研究团队需要进一步研究髋臼定位与脊柱骨盆以及股骨侧参数之间的三维相互作用。
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