近日，北京積水潭醫院矯形骨科周一新教授團隊提出“臼杯矢狀面角度的數學轉換公式”，填補了國際空白，從數學原理上揭示了統治髖關節重建領域50多年的傳統安全區（即“Lewinnek安全區”）不能成立的原因，并建立了病人特異性安全區算法，提出了個性化髖關節假體安全理論，突破了傳統理論的局限，建立了新型個性化手術規劃方法。
日前，相關研究成果發表在國際骨科權威雜志《骨與關節外科雜志》 （Journal of Bone & Joint Surgery ）和《臨床骨科和相關研究》（Clinical Orthopedics Related Research）上。
在傳統手術中，對于人工關節假體到底安裝在什么位置，醫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教授提出了髖關節置換領域的重要概念“Safe Zone”（安全區）。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”。自此，這一概念統治了人工關節置換領域直至今日。
曾經，學術界認為人工手術誤差大導致假體不能放入Lewinneck安全區，是脫位的主要原因。隨著計算機輔助手術的發展，骨科醫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Lewinnek安全區的概率。然而，越來越多的證據卻表明，傳統Lewinnek安全區并不能避免術后關節脫位的發生。有文獻稱，58%的脫位病例臼杯角度位于Lewinnek安全區內。
針對Lewinnek安全區的失效，近年來研究發現，脊柱骨盆姿態是全髖關節置換術后是否脫位的重要影響因素。應如何根據骨盆姿態建立量化分析方法以降低脫位風險，是髖關節外科領域亟須解決的關鍵問題。
為回答上述問題，周一新研究團隊建立了髖關節置換的數學模型，通過數學推理和臨床驗證，填補了國際上臼杯矢狀面功能角度計算的方法學空白。
研究團隊發現，沒有一個經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；從數學和運動學上證明“Lewinnek安全區”只是一個二維的止目標值，并不能正確指導髖關節假體安置，以同時滿足髖關節重建在穩定性與活動度、髖關節合理載荷等方面的要求。
研究團隊通過建立數學模型與算法，結合患者術前站立位、坐位、蹲位等不同姿勢下的骨盆矢狀面姿態參數，以避免撞擊、脫位及髖關節負重面過載等為邊界條件，形成個性化的運動學安全區，以指導機器人輔助THA手術的精準重建。研究團隊還發現，在髖關節重建中，如果股骨假體放置在10°-20°區間以外，則臼假體理想目標值“有解”的可能性大大減小。這一發現不但為股骨假體規定了安全范圍，且提示了有充分理由改變傳統髖關節重建的手術過程。
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了依據病人特點，量化預測術后脫位風險并制定更合理的術前計劃，為導航或機器人輔助手術提供關鍵手術目標，使假體植入不僅“精確”而且“正確”，具有重大意義。
數學原理是建立骨科精準醫學理論大廈的必由之路。周一新說道：“作為醫生，我們循規蹈矩，遵從診療原則與常規，但一旦科學與臨床證據支持時，我們又是革命者，堅決否定與放棄落后的觀點與技術，哪怕他們曾經是那樣神圣不可冒犯的。”如何從臨床實踐中發現有價值的問題，同時將這些問題數學化，最后將數學化的推論結果回饋臨床實踐，這一直是團隊工作的主要方向之一。
通過這兩項研究成果，積水潭醫院矯形骨科率先將量化分析與數學決策引入關節外科，更新了人們對手術目標值的認識，也顛覆與重構了手術流程，研究成果獲得良好臨床療效。
