近日，北京積水潭醫(yī)院矯形骨科周一新教授團隊提出“臼杯矢狀面角度的數(shù)學轉(zhuǎn)換公式”，填補了國際空白，從數(shù)學原理上揭示了統(tǒng)治髖關(guān)節(jié)重建領(lǐng)域50多年的傳統(tǒng)安全區(qū)（即“Lewinnek安全區(qū)”）不能成立的原因，并建立了病人特異性安全區(qū)算法，提出了個性化髖關(guān)節(jié)假體安全理論，突破了傳統(tǒng)理論的局限，建立了新型個性化手術(shù)規(guī)劃方法。
日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際骨科權(quán)威雜志《骨與關(guān)節(jié)外科雜志》 （Journal of Bone & Joint Surgery ）和《臨床骨科和相關(guān)研究》（Clinical Orthopedics Related Research）上。
在傳統(tǒng)手術(shù)中，對于人工關(guān)節(jié)假體到底安裝在什么位置，醫(yī)生們通常只知道一個相對模糊的范圍，缺乏精確的點位信息。
20世紀70年代末，Lewinnek教授提出了髖關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域的重要概念“Safe Zone”（安全區(qū)）。他指出，髖臼臼杯的安置位置有一個相對安全的范圍：外展角40±10°，前傾角15±10°。這一安全范圍被稱為“Lewinnek安全區(qū)”。自此，這一概念統(tǒng)治了人工關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域直至今日。
曾經(jīng)，學術(shù)界認為人工手術(shù)誤差大導致假體不能放入Lewinneck安全區(qū)，是脫位的主要原因。隨著計算機輔助手術(shù)的發(fā)展，骨科醫(yī)生獲得了精確放置假體位置的能力，提高了將假體放入傳統(tǒng)Lewinnek安全區(qū)的概率。然而，越來越多的證據(jù)卻表明，傳統(tǒng)Lewinnek安全區(qū)并不能避免術(shù)后關(guān)節(jié)脫位的發(fā)生。有文獻稱，58%的脫位病例臼杯角度位于Lewinnek安全區(qū)內(nèi)。
針對Lewinnek安全區(qū)的失效，近年來研究發(fā)現(xiàn)，脊柱骨盆姿態(tài)是全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后是否脫位的重要影響因素。應如何根據(jù)骨盆姿態(tài)建立量化分析方法以降低脫位風險，是髖關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問題。
為回答上述問題，周一新研究團隊建立了髖關(guān)節(jié)置換的數(shù)學模型，通過數(shù)學推理和臨床驗證，填補了國際上臼杯矢狀面功能角度計算的方法學空白。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，沒有一個經(jīng)驗值可以滿足所有人的需求，具體到每個人的目標值都是個性化的；從數(shù)學和運動學上證明“Lewinnek安全區(qū)”只是一個二維的止目標值，并不能正確指導髖關(guān)節(jié)假體安置，以同時滿足髖關(guān)節(jié)重建在穩(wěn)定性與活動度、髖關(guān)節(jié)合理載荷等方面的要求。
研究團隊通過建立數(shù)學模型與算法，結(jié)合患者術(shù)前站立位、坐位、蹲位等不同姿勢下的骨盆矢狀面姿態(tài)參數(shù)，以避免撞擊、脫位及髖關(guān)節(jié)負重面過載等為邊界條件，形成個性化的運動學安全區(qū)，以指導機器人輔助THA手術(shù)的精準重建。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，在髖關(guān)節(jié)重建中，如果股骨假體放置在10°-20°區(qū)間以外，則臼假體理想目標值“有解”的可能性大大減小。這一發(fā)現(xiàn)不但為股骨假體規(guī)定了安全范圍，且提示了有充分理由改變傳統(tǒng)髖關(guān)節(jié)重建的手術(shù)過程。
美國加州大學洛杉磯分校骨科研究中心Edward Ebramzadeh教授高度評價此項研究工作：文中報道的算法實現(xiàn)了依據(jù)病人特點，量化預測術(shù)后脫位風險并制定更合理的術(shù)前計劃，為導航或機器人輔助手術(shù)提供關(guān)鍵手術(shù)目標，使假體植入不僅“精確”而且“正確”，具有重大意義。
數(shù)學原理是建立骨科精準醫(yī)學理論大廈的必由之路。周一新說道：“作為醫(yī)生，我們循規(guī)蹈矩，遵從診療原則與常規(guī)，但一旦科學與臨床證據(jù)支持時，我們又是革命者，堅決否定與放棄落后的觀點與技術(shù)，哪怕他們曾經(jīng)是那樣神圣不可冒犯的。”如何從臨床實踐中發(fā)現(xiàn)有價值的問題，同時將這些問題數(shù)學化，最后將數(shù)學化的推論結(jié)果回饋臨床實踐，這一直是團隊工作的主要方向之一。
通過這兩項研究成果，積水潭醫(yī)院矯形骨科率先將量化分析與數(shù)學決策引入關(guān)節(jié)外科，更新了人們對手術(shù)目標值的認識，也顛覆與重構(gòu)了手術(shù)流程，研究成果獲得良好臨床療效。
