人工髋关节假体在体生物力学与动态功能评价体系研究

Impingement and dislocation of total hip arthroplasty (THA) are the main causes of aseptic loosening and revision surgery associated with the component position and surgical approach. However, there is currently no consensus on implant position and surgical approach. We hypothesize that the component orientation of THA relative to the gravity line is the key factor of complications. This study aims to determine the relationship between 3D component position, surgical approach and the in-vivo function of the hip after THA. Twenty normal, 20 THA using direct anterior approach, and 20 THA using posterolateral approach will be recruited for walking, static standing, sitting and supine under dual fluoroscopic imaging system surveillance for determination of 3D hip kinematics. To evaluate the 3D hip kinematics of normal and THA subjects; the influence of different surgical approaches on final implant positions; the difference in the hip kinematics between postures and its correlation with patient factors; and the relationship between clinical functional scores and implant kinematics or surgical approaches. We hope to pursue the optimal implantation position and surgical approaches for individuals and establish in-vivo biomechanical and functional evaluation system of THA.

人工髋关节假体的碰撞与脱位是造成无菌松脱与翻修的主因，目前医师进行髋关节假体植入时，对不同手术入路或最佳假体摆位没有定论。本研究假设，假体相对於重力线的功能性位置与与不同手术入路是影响髋关节假体无菌松脱与脱位的重要因子。本研究旨在通过精确测量髋关节置换病人运动时，三维假体功能性位置与其功能间的关系，研究功能性角度和手术入路与关节动态功能的关系。本研究将征求20位正常人与20位直接前路与20位后侧入路的髋关节置换病人，接受双平面动态x光技术追踪其走路、站立、坐姿与躺姿。通过比较髋关节置换病人与正常人间假体功能性角度的差异；不同入路对关节功能与手术植入的影响；不同姿势间假体功能性位置的差异与受试者个人参数间的关系；假体功能性角度和不同入路与临床随访结果的关系。期望通过本研究，协助关节外科医师追求最佳个体化假体植入位置与入路，建立人工髋关节假体在体生物力学与动态功能评价体系。

全髋关节置换术(THA)是治疗晚期髋关节骨性关节炎的标准手术方法。THA能有效缓解疼痛，恢复髋关节功能，提高患者生活质量。然而，部分患者在术后出现不对称步态、骨盆下垂、跛行和假体脱位等并发症。准确评估THA患者步态中髋关节周围肌群的生物力学参数，股骨偏心距（FO）变化对髋关节周边肌肉的影响，以及行走、静态站立和仰卧位时髋臼杯功能角的变化，有助于理解THA在体生物力学效应，优化康复训练方案，预防术后并发症。本项目对22例单侧THA患者行CT扫描和双平面透视检查，观察患者步态时髋关节的运动情况，探究单侧THA患者是否能恢复髋部和骨盆运动对称性；测量并比较THA患者置换侧和非置换侧髋关节周围肌群长度和力臂的变化；计算FO与髋关节周围肌肉力臂变化的相关系数，计算保持髋关节肌群力臂正常的最优FO区间；以重力线和骨盆前平面定义骨盆功能坐标系，测量不同体位下髋臼功能前倾角和外展角，与Lewinnek安全区比较。本项目结果置换侧和未置换侧髋关节之间存在不对称的髋关节和骨盆运动，THA术后存在髋关节不稳定情况；在步态周期的支撑相，置换侧的外展肌长度增大，力臂减小，内收肌长度减小，力臂增大，置换侧伸展肌长度增大，力臂减小，屈曲肌长度减小，力臂增大，有助于制定THA术后的针对性康复计划；THA术后FO的减少与整个步态中外展肌和外旋肌力臂的减少（R>0.5），支撑相伸肌力臂的减少（R>0.4）显著相关，FO的增加与整个步态中屈肌力臂的减少（R<-0.5），支撑相内收肌力臂的减少（R<-0.4）显著相关；当术后FO增加2.3-2.9mm，外展肌力臂增加，同时髋关节周围其他肌肉力臂减少小于5.0%；解剖位置良好的髋臼杯不能保证在日常活动中有良好的功能定位，考虑动态假体角度有机会降低THA术后并发症发生率，延长使用年限。本项目通过动态双平面X光系统，发现了THA术后功能运动下软组织不平衡和假体功能方向角超出安全区，并提出最优的FO设定范围，有助于THA手术改进，降低术后翻修率，提升手术临床表现。