本研究提出了一种基于专家手术病例数据库检索的髋关节翻修术新型人工智能术前规划方法。此外，该技术已初步应用于五例患者，显示出手术时间缩短和术中出血量减少的效果。
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本文内容
摘要
摘要
在髋关节翻修术中，准确的术前规划对于实现成功的手术结果至关重要。为了更直观地评估髋臼骨缺损的严重程度，并借鉴以往髋关节翻修术的成功经验，本研究提出了一种基于专家手术病例数据库检索的新型方法，并已初步应用于临床实践。 本研究纳入了5例需要接受髋关节翻修术的患者，术前应用专家病例数据库手术规划系统进行手术设计。将患者的影像学数据输入系统后，与专家病例数据库中的案例进行匹配，并基于专家的手术经验推荐相应的翻修手术方案。若未找到合适的匹配病例，则根据患者个体化的重建结果规划假体型号与置入位置。本研究共纳入5例患者，其中男性4例，女性1例，平均年龄为50.6岁，诊断均为髋关节置换术后无菌性假体松动。平均手术时间为123.2分钟，术中平均出血量为672 mL。术中未发生血管或神经损伤等并发症。例如，在2号病例中，应用该创新性规划方案使外科医生能够在术前明确该患者的翻修手术方案，从而缩短了手术时间并减少了术中出血。此外，患者可提前了解相似病例的治疗结果。通过整合全面的病例数据库并采用大数据分析方法，该系统可实现全流程自动识别匹配的专家治疗方案。这一方法尤其有助于经验不足的骨科医生，为其提供准确的手术策略指导，辅助选择合适的假体尺寸和安装位置。同时，匹配结果还可为患者提供可视化图像，展示预测的术后效果。
引言
随着初次全髋关节置换术（THA）的日益普及，由于无菌性松动、感染、反复脱位和假体周围骨折等多种因素，翻修关节置换术的需求也随之增加1。与初次髋关节置换术相比，翻修髋关节手术在技术上更为复杂，临床挑战更大，且具有更高的死亡率2、更高的医疗成本3以及更大的并发症风险4。
在髋关节翻修术中，髋臼骨缺损的重建以及假体的选择对于手术成功至关重要。骨科医生需要评估残留的骨量和改变的解剖结构，以实现新植入髋臼杯足够的初始稳定性1。因此，精确的术前规划对于指导可选的治疗方案极为关键。
目前，骨科医生需根据术前影像学检查结果和自身的手术经验，对翻修关节置换术进行全面评估和规划。然而，这对于经验不足的外科医生而言将面临巨大挑战。
随着人工智能（AI）技术的发展，其在骨科手术中的应用日益广泛，主要用于影像分割、病理和植入物的诊断与分类5。同时，AI在辅助初次全髋关节置换术（THA）方面已开始取得初步成果6。然而，针对翻修型髋关节置换术的智能化术前规划仍处于空....
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方案
本研究获得了河南省洛阳正骨医院伦理委员会的批准。此外，本研究基于影像学数据，不会对志愿者造成伤害或泄露其个人信息。因此，根据国家法律法规和机构要求，无需参与者或其法定监护人/直系亲属签署知情同意书。
1. 图像导入
- 导入患者双侧全髋关节的原始CT数据。打开医学图像处理软件，选择导入数据，点击本地数据以导入患者的原始CT数据。图1展示了图像导入界面。
2. 患侧髋臼骨缺损的修复
- 确定患者为单侧或双侧病变。选择测量工具，使用鼠标在图像上绘制一个矩形框，直接测量髋骨区域的HU（Hounsfield单位，HU）值。当HU值超过1000时，应考虑存在金属，并将该区域指定为病变髋关节。
3. 图像分割与重建
- 选择待规划患者的影像数据。点击自动分割选项，默认选择CT值为400进行髋骨粗分割。
- 选择编辑按钮，手动调整每一层各个部分的分割结....
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结果
目前，我们已在五例接受髋关节翻修术的患者中应用了该方法，其中包括四名男性和一名女性，年龄介于42至67岁之间。这些患者在髋关节置换术后被诊断为无菌性假体松动，并根据Paprosky分类法8进行分类。五例患者的平均手术时间为123.2 min，术中平均失血量为672 mL。手术时间包括股骨柄假体翻修在内的整个手术过程时间。患者的详细信息见表1，重建结果见图5。
以第二个病例为例：该患者为一名67岁女性，13年前曾接受全髋关节置换术（THA）。2024年1月因髋部疼痛及活动障碍入院，症状已持续3年。诊断为THA术后假体松动，Paparosky分型为IIC型，拟行髋关节翻修术。我们将该患者术前CT数据导入系统，并与2017年11月一名58岁男性患者的CT数据进行匹配，后者表现出极为相似的髋臼骨缺损。当时采用Jumbo杯联合压缩植骨技术进行手术，实现了完全的初始稳定性，术后5年随访结果良好，假体稳定性可靠。因此，本例患者也采用了相同的手术方案（Jum.......
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讨论
由于存在显著的解剖结构损伤、髋关节置换术后复杂的软组织状况，以及金属植入物常伴随的严重金属伪影，临床医生通常需要借助三维重建技术，全面分析影像学结果和临床表现，以评估患者特定的骨缺损情况，并进而规划合适的髋臼假体9,10。然而，即使已重建患者模型，术前规划仍高度依赖临床医生的经验，尤其是在处理严重髋臼骨缺损患者时尤为如此。因此，年轻医生在治疗此类患者时面临较大挑战。为了更准确地评估髋臼骨缺损程度，并利用既往复杂髋关节术前规划的经验为医生提供参考，本研究采用了一个涵盖几乎所有临床类型髋关节缺损的专家病例数据库，并依据特定标准对患者进行分类。通过参考该数据库中对髋臼骨缺损的评估结果，医生可选择合适的髋臼假体及手术方案，以确保术后髋关节的稳定性与功能恢复。
尽管初次髋关节置换术是一种成熟的技术11，但髋臼骨缺损的评估在确保翻修髋关节置换术的成功与稳定性方面起着关键作用。X线、磁共振成像（MRI）和CT等影像学技术常用于评估髋.......
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披露
作者夏璐曦、袁克和谢强受雇于武汉联影医疗外科有限公司。其余作者声明不存在利益冲突。
致谢
本研究中的AI术前规划系统由武汉联影智能医疗科技有限公司提供支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| PyCharm | JetBrains | 243.21565.199 | 适用于数据科学和网络开发的 Python 集成开发环境 |
参考文献
- Sadoghi, P., et al. Revision surgery after total joint arthroplasty: a complication-based analysis using worldwide arthroplasty registers. J Arthroplasty. 28 (8), 1329-1332 (2013).
- Laughlin, M. S., et al. Mortality after revision....
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