全髋关节置换手术医学论文提纲

2022-11-15

论文题目：不同全髋关节置换术微创入路中髋周围重要肌群损伤实验研究

摘要：全髋关节置换术（THA）是目前最为成熟的骨关节手术之一,多种手术入路各有优劣,本研究分析了目前最常用的两种入路,改良微创前外侧入路和微创后外侧入路对髋周重要肌群的手术创伤以及术后愈合情况,其中尤其重点分析了髋外展肌损伤情况。经肌肉形态影像学分析、髋关节生物力学分析、新鲜尸体模拟分析以及髋关节功能测量分析,如此前文献中报道,微创后外侧入路对髋外旋肌群损伤明确,尤以术中未缝合的闭孔内肌为甚。而改良微创前外侧入路以及微创后外侧入路对髋外展肌的损伤与此前报道有所不同。结果显示无论是肌肉体积萎缩还是脂肪浸润程度,微创后外侧入路均较改良微创前外侧入路明显,同时微创后外侧入路对髋外展功能也有明显影响。此外有限元生物力学分析以及新鲜尸体实验证实了肌腱附着点完整性对于肌肉形态学及功能维持的重要性。第一部分不同全髋关节置换术微创入路中髋周围重要肌群形态学损伤的影像学分析第一节微创后外侧入路对髋外旋短肌群损伤的三维MRI研究背景:全髋关节置换术是20世纪以来最成功的骨科手术之一,逐渐成为各骨科终末期疾病的主要治疗方式。全髋关节置换术入路众多,其中后侧及后外侧入路是最经典的入路之一,在世界范围内被广泛应用。近年来全髋关节置换术的微创化使得该入路受到更多骨科医师的认可。但后外侧入路对于髋外旋短肌群的离断损伤是无法回避的,此前有众多研究从各个侧面间接证实了该损伤的存在,然而直接分析后外侧入路术后髋外旋短肌群肌肉具体损伤程度和范围的深度研究却很少被报道。目的:本研究拟借助三维MRI重建技术定量分析全髋关节置换术微创后外侧入路对髋外旋短肌群的肌肉损伤,同时探究术中缝合外旋肌腱对于术后肌肉愈合的影响。方法:65例患者行单侧生物型微创后外侧入路全髋关节置换术。术中将离断的梨状肌肌腱同后方关节囊联合缝合于股骨大转子后方,而闭孔内肌肌腱保持游离状态。术前、术后6周、术后12周以及术后52周对每一名纳入患者行双髋关节MRI及三维MRI重建,将肌肉体积萎缩以及脂肪浸润程度作为肌肉损伤的评判指标。结果:术前双侧梨状肌及闭孔内肌的肌肉体积萎缩率及脂肪肌肉比均在同一基线水平。术后6周,相较于健侧而言,患侧梨状肌肌肉体积萎缩率增加了1.64%,脂肪肌肉比增加了0.26%（p=0.062,p=0.071）;而患侧闭孔内肌体积萎缩率增加了7.28%,脂肪肌肉比增加了2.09%（p＜0.01）。术后12周,患侧梨状肌肌肉体积萎缩率增加了1.33%,脂肪肌肉比增加了0.20%（p=0.057,p=0.058）;患侧闭孔内肌体积萎缩率增加了15.71%,脂肪肌肉比增加了5.14%（p＜0.01）。术后52周,患侧梨状肌同样出现了明显的肌肉体积萎缩和脂肪浸润,肌肉体积萎缩率增加了7.79%,脂肪肌肉比增加了4.21%（p＜0.01）;闭孔内肌则继续恶化,肌肉体积萎缩率增加了24.18%,脂肪肌肉比增加了11.91%（p＜0.01）。结论:全髋关节置换术微创后外侧入路对髋外旋短肌群肌肉损伤明显。术中有效的肌腱缝合对术后肌肉的早期愈合有明显的促进作用。由于并非肌腱原位缝合,因而肌肉的术后长期愈合情况仍不乐观。第二节微创前外侧入路及微创后外侧入路中髋外展肌形态学前瞻性随机对照影像学研究背景:全髋关节置换术技术日趋成熟,不断微创化,对髋周围软组织的伤害越来越轻微,因此也使得患者术后生活质量显著提高。髋外展肌群,尤其是臀中肌的功能状态直接决定了患者术后步态及日常活动是否异常,与患者的预后期望息息相关。目前后方入路是骨科学者公认的理论上对髋外展肌群影响最小的入路,但能够提供直接证据有效论证这一结论的高质量前瞻性对比研究并不多。目的:本研究拟采用最新的影像学重建技术定量分析微创前外侧入路及微创后外侧入路全髋关节置换术下髋外展肌形态学的不同改变及相应恢复趋势,同时探究术中原位缝合技术对于术后肌肉肌腱愈合情况的影响。方法:64例纳入患者被随机分配至微创前外侧入路组及微创后外侧入路组。分别于术前、术后6周、术后12周以及术后52周对每一名患者行双髋关节MRI及三维MRI重建,将肌肉体积萎缩以及脂肪浸润程度作为肌肉损伤的评判指标。结果:有趣的是,相较于微创前外侧入路组,微创后外侧入路组在术后表现出了更明显的臀中肌形态学上的退变。术前两组患者臀中肌肌肉体积萎缩率及脂肪肌肉比均在同一基线水平。术后6周,相较于健侧而言,微创后外侧入路组患侧臀中肌肌肉体积萎缩率增加了16.89%,脂肪肌肉比增加了5.22%;微创前外侧入路组臀中肌肌肉体积萎缩率增加了7.27%,脂肪肌肉比增加了7.26%（p＜0.01;p＜0.01）。术后12周,微创后外侧入路组患侧臀中肌肌肉体积萎缩率增加了14.05%,脂肪肌肉比增加了7.21%;微创前外侧入路组臀中肌肌肉体积萎缩率增加了1.91%,脂肪肌肉比增加了5.01%（p＜0.01;p=0.098p＜0.05）。术后52周,微创后外侧入路组患侧臀中肌肌肉体积萎缩率增加了1.97%,脂肪肌肉比增加了0.34%;微创前外侧入路组臀中肌肌肉体积萎缩率增加了0.15%,脂肪肌肉比增加了0.03%（p=0.241 p=0.411;p=0.877 p=0.915）。结论:全髋关节置换术微创后外侧入路对于髋外展肌的钝性损伤并不应该被忽视。而有计划的锐性剥离部分肌腱止点联合术中原位缝合肌腱剥离止点可能会获得更好的肌肉愈合。第二部分全髋关节置换术微创前外侧入路中髋外展肌三维有限元仿真模拟分析背景:三维有限元仿真模拟近几年在医学中的应用逐渐广泛,尤其在骨科、口腔科以及血管外科等方面的发展已日趋成熟。在骨科领域,有限元模拟分析技术被大量地用于评估植入物、骨以及二者接触面间的应力应变状态,通过对最大应力应变部位和极限疲劳强度等指标的分析,进而不断优化假体设计,最大限度地避免应力遮挡,实现真正地个性化生物力学匹配。然而,通过运用该技术来分析手术入路对于骨骼肌肉损伤的研究并不多。由于目前新鲜尸体标本匮乏,因此有限元分析技术在骨骼肌肉损伤方面的应用显得更为重要。目的:仿真模拟微创前外侧入路对臀中肌部分止点的剥离及原位缝合方式,通过对髋周围重要肌群韧带的构建和应力加载,实现不同工况下髋外展肌以及髋部骨性结构的生物力学分析,为全髋关节置换术中更好地保护髋周围重要软组织结构提供参考依据和理论支持。方法:将双下肢全长CT影像数据通过DICOM格式导入Mimics21.0中进行骨盆、双侧臀中肌、双侧股骨的三维模型重建。重建好的模型以STL格式导入Geomagic Studio 13.0进行模型的优化与曲面化,并保存为IGES格式文件。将IGES文件导入Hypermesh14.0进行网格划分以及其余重要肌肉韧带的建立。最后将从Hypermesh中导出的BDF格式文件导入Patran/Nastran中进行有限元分析求解及应力云图绘制。结果:三维有限元模型验证有效,符合骨科生理解剖结构,股骨头相对于髋臼活动自如,可从个角度观察不同局部的应力应变情况。各组分可单独分析其整体或局部受力状态,其中张应力与压应力可分别显示。根据不同工况下应力云图分析可知,臀中肌部分止点剥离未缝合的情况下,单腿站立侧臀中肌收缩力明显减弱,髂骨与股骨大转子止点处应力增高,髋臼与股骨头最大应力部位发生偏移,绝对应力数值减小。缓慢步行时第五腰椎及膝关节处出现应力集中现象,而股骨干前外侧应力数值减低,后内侧增高。而在臀中肌止点部分剥离并原位缝合的基础上,各部位应力应变数值与正常工况相近。在不同脂肪浸润程度的工况下,随着脂肪肌肉比值的增加,各部分应力情况与臀中肌止点剥离未缝合工况情况相似,但并未出现臀中肌附着点处应力明显集中的情况。结论:髋外展肌群是维持骨盆稳定的重要结构,尤其在单腿站立和行走过程中发挥着至关重要的作用,臀中肌质量降低将直接导致骨盆失稳及臀中肌无力步态的发生。原位缝合技术能很好地恢复外展肌生理结构,从而保证患者术后更优的生物力学状态,更佳的活动表现以及更高的生活质量。第三部分不同微创入路中髋周围重要肌群损伤的新鲜冰冻尸体实验背景:微创全髋关节置换术入路众多,不同入路术后髋周围肌肉损伤不同。目前肌肉损伤的定量评估方法主要包括影像学评价以及新鲜尸体实验。本课题组在前期工作中已经完成肌肉损伤的影像学评价,并发表相关文章。新鲜冰冻尸体实验是最直观的研究方式,并且在当今尸源紧缺的条件下,该实验更突显其研究价值。目的:通过新鲜冰冻尸体实验比较全髋关节置换术微创前外侧入路和微创后外侧入路对于髋周围重要肌群的损伤程度,以此作为前期影像学评价分析的重要补充。方法:新鲜冰冻尸体3具,每具尸体左右两侧髋关节随机分配至微创前外侧入路组及微创后外侧入路组。双侧手术顺序随机决定并植入相同类型和尺寸的全髋关节假体。所有的微创前外侧入路手术由一位经验丰富的手术医生完成,微创后外侧入路由另一位相关经验丰富的医生完成。首先测量出目标肌肉和肌腱的最长横径和长径,二者的乘积作为目标肌肉和肌腱的表面积;测量术中切断或牵拉撕裂的损伤肌肉和肌腱的平均长短径,乘积作为损伤肌肉和肌腱的表面积;损伤肌肉肌腱的表面积除以整体肌肉肌腱的表面积作为肌肉和肌腱损伤百分比。然后直接测量目标肌肉离断或牵拉造成撕裂的长度值;测量损伤肌腱占目标肌腱整体厚度的百分比。结果:三具尸体臀中肌平均最大长径148.25mm,平均最大横径139.11mm。臀中肌股骨大转子附着肌腱平均最大长径24.16mm,平均最大横径51.43mm。臀中肌肌肉部分平均表面积20623.06mm2,臀中肌肌腱平均表面积1242.55mm2。微创后外侧入路臀中肌肌肉钝性损伤部分最大长径71.63mm,平均最大横径37.82mm,平均损伤肌肉表面积2709.05mm2,平均肌肉损伤百分比13.14%。改良Hardinge微创前外侧入路臀中肌肌肉剥离部分平均最大长径36.47mm,平均最大横径31.75mm,平均损伤肌肉表面积1157.92mm2,平均肌肉损伤百分比5.61%（p＜0.05）。微创后外侧入路臀中肌肌腱钝性损伤部分最大长径24.16mm,平均最大横径22.51mm,平均损伤肌腱表面积543.89mm2,平均肌腱损伤百分比43.77%。改良Hardinge微创前外侧入路臀中肌肌腱剥离部分平均最大长径24.16mm,平均最大横径18.76mm,平均损伤肌腱表面积453.24mm2,平均肌腱损伤百分比36.48%（p＜0.05）。结论:新鲜冰冻尸体解剖实验结果与此前影像学评价结果一致,微创后外侧入路不仅对髋外旋组肌有明确损伤,此外对髋外展肌的钝性牵拉损伤面积较改良Hardinge微创前外侧入路更大。由此更加证实微创前外侧入路在保护髋周围重要肌群的作用以及微创后外侧入路的潜在肌肉损伤。第四部分不同微创入路中髋周围重要肌群功能损伤的临床分析第一节全髋关节置换术微创后外侧入路对髋外旋功能损伤的临床研究背景:全髋关节置换术后外侧入路对于髋外旋短肌群的损伤已得到众多文献的证实,本课题组前期通过影像学分析以及新鲜冰冻尸体实验也定量研究了不同肌肉的具体损伤程度。而外旋肌群形态学的改变又将直接影响术后髋外旋功能的优劣,与患者的生活质量紧密相关。目的:在影像学评价及新鲜冰冻尸体实验的基础上,继续评估全髋关节置换术微创后外侧入路对于术后髋外旋功能的影响,同时探究肌群功能状态与肌群形态学改变之间的关系。方法:65例患者（同一批患者）行单侧生物型微创后外侧入路全髋关节置换术。术中将离断的梨状肌肌腱同后方关节囊联合缝合于股骨大转子后方,而闭孔内肌肌腱保持游离状态。术前、术后6周、术后12周以及术后52周对每一名纳入患者行双髋关节外旋角度测量,将髋外旋角度作为肌群外旋功能的评判指标。结果:术前双侧髋外旋角度在同一基线水平（42.16°42.84°p=0.066）。术后6周,相较于健侧而言,患侧髋外旋角度明显受限（42.16°36.75°p＜0.01）。术后12周,患侧髋外旋角度有所恢复,但相较于健侧而言仍然有统计学意义（42.45°40.09°p＜0.01）。直到术后52周,患侧髋外旋角度基本恢复至正常水平,与健侧无明显差异（42.55°42.43°p=0.482）。结论:全髋关节置换术微创后外侧入路对术后早期髋外旋功能损害明显。髋外旋功能的恢复与髋外旋短肌群形态学的愈合并非一一对应,相关肌群的功能代偿可能是另一重要因素。第二节全髋关节置换术微创前外侧入路和微创后外侧入路对髋外展肌肌力及外展功能影响的对比临床研究背景:全髋关节置换术不同入路对髋周围软组织影响不同。本课题组前期影像学研究及新鲜冰冻尸体实验分析了微创前外侧入路与后外侧入路对髋外展肌群的不同损伤情况,从肌肉形态学上证实了微创后外侧入路对于髋外展肌以及臀上神经的钝性牵拉损伤不可忽视。而微创前外侧入路有计划的锐性分离联合原位缝合效果满意。目的:在影像学评价及新鲜冰冻尸体实验的基础上,继续评估全髋关节置换术微创前外侧入路和微创后外侧入路对髋外展肌肌力及外展功能的影响,同时探究外展肌力及外展功能变化与肌肉形态学以及术后疼痛的关系。方法:64例患者（同一批患者）被随机分配至微创前外侧入路组及微创后外侧入路组。分别于术前、术后6周、术后12周以及术后52周对每一名患者行双髋关节外展肌力测定以及外展角度测量,将髋外展角度作为肌群外展功能的评判指标,同时采用Vas疼痛评分系统评价患者术后疼痛程度。结果:受疼痛及废用的影响,术前两组患者的患侧外展肌力均弱于健侧,其中微创前外侧入路组下降了35.62%,后外侧入路组降低了35.53%（p＜0.01;p＜0.01）。术后6周,两组患者的患髋外展肌力恢复均不明显,其中微创前外侧入路组下降了39.60%,后外侧入路组降低了30.06%（p＜0.01;p＜0.01）。术后12周,两组患者的患髋外展肌力均明显好转,但相较于健侧,仍有统计学差异,其中微创前外侧入路组下降了17.47%,后外侧入路组降低了14.31%（p＜0.01;p＜0.01）。术后52周,两组患者的患髋外展肌力均基本恢复至正常水平,相较于健侧没有统计学差异,其中微创前外侧入路组下降了0.66%,后外侧入路组降低了0.86%（p=0.127;p=0.221）。受髋关节疾病的影响,术前两组患者的患侧外展角度均小于健侧,其中微创前外侧入路组（33.82°42.54°p＜0.01）,后外侧入路组（31.69°42.62°p＜0.01）。术后6周,两组患者的患侧外展角度均有所提升,但仍明显小于健侧,其中微创前外侧入路组（37.43°42.50°p＜0.01）,后外侧入路组（37.77°42.65°p＜0.01）。术后12周,两组患者的患侧外展角度接近健侧水平,但仍有统计学差异,其中微创前外侧入路组（42.07°42.71°p＜0.01）,后外侧入路组（41.69°42.54°p＜0.01）。至术后52周,两组患者的患侧外展角度均恢复至正常水平,其中微创前外侧入路组（42.75°42.82°p=0.602）,后外侧入路组（42.65°42.69°p=0.832）。在术后疼痛方面,两组患者从术前至术后52周均未表现出明显差异（微创前外侧入路:7.36 5.71 1.79 0.68;微创后外侧入路:7.15 5.62 1.77 0.69;最小p=0.092）。结论:全髋关节置换术微创前外侧入路和微创后外侧入路对髋外展肌力及外展功能均有影响,因而再次证实后方入路对髋外展肌的损伤不可忽视。此外,髋外展肌力及外展功能的恢复受多种因素的综合影响,尤其是术后疼痛以及对疼痛的恐惧,并非单一决定于外展肌肉形态的改变。

关键词：THA;髋外旋肌群;三维MRI重建;损伤;修复;全髋关节置换术;髋外展肌;三维MRI重建技术;肌肉形态学;肌肉损伤;微创前外侧入路;原位缝合;臀中肌;生物力学;三维有限元;新鲜冰冻尸体;微创入路;表面积百分比;微创后外侧入路;髋外旋功能;外展肌力;外展功能;疼痛

学科专业：外科学

符号说明

中文摘要

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前言

第一部分不同全髋关节置换术微创入路中髋周围重要肌群形态学损伤的影像学分析

第一节微创后外侧入路对髋外旋短肌群损伤的三维MRI研究

1 材料与方法

2 实验结果

3 实验讨论

参考文献