近日，北京積水潭醫(yī)院矯形骨科周一新教授團(tuán)隊(duì)提出“臼杯矢狀面角度的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式”，填補(bǔ)了國(guó)際空白，從數(shù)學(xué)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(gè)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(gè)性化手術(shù)規(guī)劃方法。
日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)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(duì)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(gè)相對(duì)模糊的范圍，缺乏精確的點(diǎn)位信息。
20世紀(jì)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(gè)相對(duì)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(xué)術(shù)界認(rèn)為人工手術(shù)誤差大導(dǎo)致假體不能放入Lewinneck安全區(qū)，是脫位的主要原因。隨著計(jì)算機(jī)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(lái)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(xiàn)稱，58%的脫位病例臼杯角度位于Lewinnek安全區(qū)內(nèi)。
針對(duì)Lewinnek安全區(qū)的失效，近年來(lái)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(yīng)如何根據(jù)骨盆姿態(tài)建立量化分析方法以降低脫位風(fēng)險(xiǎn)，是髖關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
為回答上述問(wèn)題，周一新研究團(tuán)隊(duì)建立了髖關(guān)節(jié)置換的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)推理和臨床驗(yàn)證，填補(bǔ)了國(guó)際上臼杯矢狀面功能角度計(jì)算的方法學(xué)空白。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值可以滿足所有人的需求，具體到每個(gè)人的目標(biāo)值都是個(gè)性化的；從數(shù)學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上證明“Lewinnek安全區(qū)”只是一個(gè)二維的止目標(biāo)值，并不能正確指導(dǎo)髖關(guān)節(jié)假體安置，以同時(shí)滿足髖關(guān)節(jié)重建在穩(wěn)定性與活動(dòng)度、髖關(guān)節(jié)合理載荷等方面的要求。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)建立數(shù)學(xué)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(shì)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(fù)重面過(guò)載等為邊界條件，形成個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)學(xué)安全區(qū)，以指導(dǎo)機(jī)器人輔助THA手術(shù)的精準(zhǔn)重建。研究團(tuán)隊(duì)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(biāo)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(guò)程。
美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校骨科研究中心Edward Ebramzadeh教授高度評(píng)價(jià)此項(xiàng)研究工作：文中報(bào)道的算法實(shí)現(xiàn)了依據(jù)病人特點(diǎn)，量化預(yù)測(cè)術(shù)后脫位風(fēng)險(xiǎn)并制定更合理的術(shù)前計(jì)劃，為導(dǎo)航或機(jī)器人輔助手術(shù)提供關(guān)鍵手術(shù)目標(biāo)，使假體植入不僅“精確”而且“正確”，具有重大意義。
數(shù)學(xué)原理是建立骨科精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理論大廈的必由之路。周一新說(shuō)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(xué)與臨床證據(jù)支持時(shí)，我們又是革命者，堅(jiān)決否定與放棄落后的觀點(diǎn)與技術(shù)，哪怕他們?cè)?jīng)是那樣神圣不可冒犯的。”如何從臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問(wèn)題，同時(shí)將這些問(wèn)題數(shù)學(xué)化，最后將數(shù)學(xué)化的推論結(jié)果回饋臨床實(shí)踐，這一直是團(tuán)隊(duì)工作的主要方向之一。
通過(guò)這兩項(xiàng)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(xué)決策引入關(guān)節(jié)外科，更新了人們對(duì)手術(shù)目標(biāo)值的認(rèn)識(shí)，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。
