北京积水潭医院首创脊柱-髋关节平衡分型系统——髋关节重建术个性化解析化征途上的一次飞跃

“唐等人的工作将其建立的预测模型用于髋关节置换术的手术规划，拓展了个性化医疗的前景。我们可能正在见证一场技术革命，这场革命的主旨将利用数据驱动手术规划的优化，从而带来更好的疗效。” ——BJJ杂志主编F. S. Haddad

2024年新年伊始，北京积水潭医院传来喜报。矫形骨科主任周一新教授、唐浩副主任医师课题组文章A patient-specific algorithm for predicting the standing sagittal pelvic tilt one year after total hip arthroplasty发表在著名骨科期刊Bone and Joint Surgery（BJJ）2024年1月刊。

BJJ杂志主编F. S. Haddad教授在2024元旦社评文章A leap towards personalized orthopaedic surgery and the prediction of spinopelvic mechanics in total hip arthroplasty中称赞，该研究是全髋关节置换手术精准和个性化治疗领域的一次飞跃（图1）。  

图1 BJJ文章及杂志主编社评文章截图

该研究总结了我院矫形骨科多年开展机器人辅助髋关节置换术（total hip arthroplaty, THA）患者的术前规划-术后随访资料，国际首创一种全髋关节置换术脊柱-骨盆平衡的新分型，用于个性化预测THA术后1年患者脊柱-骨盆站立姿态的变化，同时揭示了脊柱-髋关节站姿平衡的内在规律，对于脊柱-髋关节的力学机制体现了深刻的理解和洞见。

此前，周一新教授、唐浩副主任医师团队根据患者术前脊柱骨盆相关参数建立了患者特异性安全区（Patient Specific Safe Zone, PSSZ）算法，突破了传统理论的局限，建立了新型个性化手术规划方法，降低了患者术后髋关节脱位的风险，获得良好的临床疗效。然而，算法中所应用的患者站立位骨盆倾斜角（standing pelvic tilt ,PT）为患者术前数据，其术后会发生何种变化仍是个未知数。为了更好地预测患者术后骨盆姿态的改变，唐浩副主任医师等根据患者的脊柱-骨盆参数将患者分为3类5个亚型（图2，3），构建了针对每型患者的个性化预测方法，大幅降低了姿态的预测平均误差（A型：从6.6°降至0.1°, C型从8.5°降低至-0.7°）。

图2 全髋关节置换术前脊柱-髋关节平衡分型（共3类5型）

图3 患者分型及PT预测相关参数示意图 

通过该分型，课题组 率先发现共约高达40%的A型、C型这两类患者（图4）在术后骨盆姿态会发生显著变化，从而打破了业界关于“骨盆姿态在THA术后无显著变化”的传统认知 ；提出SVA是预测A型患者THA后再平衡的有效指标；提出腰椎前凸-胸椎后凸失配是检出扁平胸椎畸形的关键指标。新分型系统在患者分类和骨盆倾斜变化预测方面都具有出色的可靠性和准确性。使用该算法预测术后骨盆后倾变化的总体平均误差和 MAE 分别为 -0.3°（标准偏差 (SD) 3.6°）和 2.8°（SD 2.4°）。  

图4 术前脊柱-髋关节站姿矢状面平衡分型步骤 

周一新教授、唐浩副主任医师等将其建立的分型及预测方法用于髋关节置换术的手术规划，将进一步提高课题组之前所提出的PSSZ算法的准确性和有效性。正如F. S. Haddad教授所写，这一系列创新，有望带来人工髋关节置换领域的一场理论和技术革命。 F. S. Haddad教授对该研究的价值进行了深入分析。他认为，该项研究是一项“开创性的结构化努力，以制定一种同时纳入胸椎曲率和整体平衡的分类”，同时，“该研究的另一个重要方面是揭示了全髋关节置换术后脊柱骨盆力学的变化，髋关节置换外科医生必须认识到矢状面和平衡的变化可能会影响假体手术目标的决策。”此外，“该分类可能 为长期以来关于脊柱-髋关节手术治疗顺序的争论提供有价值的见解——在这两个区域同时出现显著症状的患者，是首先处理髋关节还是脊柱 。” 周一新教授团队是国内最早开始机器人辅助关节置换术的团队。在机器人辅助手术蓬勃发展的今天，周一新教授、唐浩副主任医师团队提出关节置换的“整体重建”理论，推动关节置换术理念的根本革新：从局部重建进入全身优化，从静态设计进入动态规划，从手工经验进入数学解析。正如F. S. Haddad教授所指出的，该研究说明医生需要更仔细的评估全身脊柱平衡，而不仅仅是腰椎-骨盆的局部状态...同时，该工作更体现了个性化医学和使用预测模型进行手术规划的广阔前景。

此项研究标志着中国在人工关节个性化重建领域已经达到国际先进水平，推动我国机器人辅助骨科手术的理论和技术从追赶实现超越。同时，展现了积水潭医院骨科团队对医学本质问题的持续探索和不懈追求，为个性化医疗技术的发展开辟了新的视野，让中国的研究成果造福全世界数千万关节置换患者。

供稿丨矫形骨科

编发丨宣传中心