一种基于骨覆盖率和无撞击活动范围的个性化最佳髋臼杯植入定位算法

《Medical & Biological Engineering & Computing》：An algorithm for personalized optimal acetabular cup implant positioning based on bony coverage rate and impingement-free range of motion

患者术后髋关节撞击风险与髋臼杯位置密切相关，本研究开发算法同步计算杯骨覆盖率（BCR）和髋撞击无受限范围运动（IFROM）评估系数，筛选出最优植入位置。临床验证显示屋顶BCR较三维BCR高，且基于IFROM的评估系数能有效指导精准植入，降低术后撞击发生率。

　　

摘要

在患有发育性髋关节发育不良（DDH）的患者中，全髋关节置换术（THA）后出现的并发症（如股骨头脱位和髋臼不稳定）通常是由于髋臼位置不佳造成的。然而，目前没有任何规划算法能够同时考虑髋臼的骨覆盖率（BCR）和无撞击范围内的关节活动度（IFROM），这是因为髋臼位置存在较大变异性，且术后难以对IFROM进行参数化。本研究提出了一种算法，可以高效地计算所有潜在髋臼位置的BCR和IFROM，并筛选出最佳的髋臼植入位置。IFROM评估系数（EC_IFROM）是根据每个髋臼位置的最大IFROM值计算得出的。满足BCR要求且在EC_IFROM排名前10%的髋臼位置被选为最佳植入位置。该算法在三种不同DDH程度的骨骼模型上进行了测试，以比较BCR和最佳植入位置。本研究开发的算法具有多功能性、可靠性和高效性。对三名患者的计算结果表明：（1）“屋顶型”髋臼的BCR通常大于三维（3D）BCR；（2）EC_IFROM有助于更轻松地选择最佳的髋臼植入位置。该方法能够计算所有髋臼位置的BCR和IFROM，为外科医生提供参考，以确定最佳髋臼位置以及是否需要通过加固措施来提高DDH患者的髋臼稳定性，从而降低THA术后发生撞击的风险。

图形摘要

在患有发育性髋关节发育不良（DDH）的患者中，全髋关节置换术（THA）后出现的并发症（如股骨头脱位和髋臼不稳定）通常是由于髋臼位置不佳造成的。然而，目前没有任何规划算法能够同时考虑髋臼的骨覆盖率（BCR）和无撞击范围内的关节活动度（IFROM），这是因为髋臼位置存在较大变异性，且术后难以对IFROM进行参数化。本研究提出了一种算法，可以高效地计算所有潜在髋臼位置的BCR和IFROM，并筛选出最佳的髋臼植入位置。IFROM评估系数（EC_IFROM）是根据每个髋臼位置的最大IFROM值计算得出的。满足BCR要求且在EC_IFROM排名前10%的髋臼位置被选为最佳植入位置。该算法在三种不同DDH程度的骨骼模型上进行了测试，以比较BCR和最佳植入位置。本研究开发的算法具有多功能性、可靠性和高效性。对三名患者的计算结果表明：（1）“屋顶型”髋臼的BCR通常大于三维（3D）BCR；（2）EC_IFROM有助于更轻松地选择最佳的髋臼植入位置。该方法能够计算所有髋臼位置的BCR和IFROM，为外科医生提供参考，以确定最佳髋臼位置以及是否需要通过加固措施来提高DDH患者的髋臼稳定性，从而降低THA术后发生撞击的风险。

图形摘要