有了髋关节置换数字模型假体植入不仅“精确”而且“正确”

周一新团队探索出的新算法，可以根据站立，坐姿或蹲姿等不同姿势下骨盆倾斜角度的变化，关节活动度等综合因素，为每位患者计算出一个最优，最安全的目标值，形成个性化的患者专用假体安全区，更精确地指导机器人辅助全髋关节置换。

北京积水潭医院骨科主任周一新教授提出了髋臼杯矢状角的数学转换公式，填补了国际空白，从数学原理上揭示了统治髋关节重建领域50多年的传统安全区无法成立的原因，并建立了针对患者的安全区算法日前，相关研究成果发表在国际骨科权威期刊《骨与关节外科与临床骨科杂志及相关研究》上

传统安全区存在哪些问题特定患者安全区算法的优势是什么研究团队是如何实现这一理论突破的科技日报记者采访了上述研究团队的核心成员

放置传统假体的安全区域可能并不安全。

人工关节假体应该安装在身体的什么部位。

以前医生通常只知道人工关节假体安装位置的一个相对模糊的范围，缺乏准确的目标信息周一新课题组成员之一，北京积水潭医院骨科主治医生唐浩说

20世纪70年代末，Lewinnek教授在髋关节置换领域提出了安全区这一重要概念他指出髋臼杯的位置有一个相对安全的范围:外展角40°±10°，前倾角15°±10°这个安全区被称为Lewinnek安全区从那时起，这一概念长期主导着人工关节置换领域

可是，在实际应用中，人工髋关节并不容易实现行走，跑步，下蹲等运动功能术后，同时避免假体脱位术后关节脱位时有发生起初，学术界认为这主要是人工操作误差大造成的伴随着计算机辅助手术的发展，骨科医生获得了精确放置假体的能力，增加了在Lewinnek安全区放置假体的概率

"可是，自那以后，越来越多的证据表明，术后关节脱位仍然是不可避免的."唐浩告诉记者，一般来说，术后关节脱位的概率为1%—10%根据文献记载，58%的脱位病例髋臼杯角位于Lewinnek安全区

因此，Lewinnek安全区受到了质疑，它不能有效防止术后关节脱位，也不能保证患者术后关节活动度。

唐浩说，原来基于Lewinnek安全区的模型是静态的，没有考虑到人体骨盆是动态的但最近研究发现，骨盆在执行不同功能时的空间位置差异很大，人与人之间的差异也很大继续用静态的方法来确定关节置换的手术目标，就像是‘为剑雕舟’

为患者量身定制特定的假肢安全区。

一些我们早已习以为常的传统理论或方法，可能从根源上就存在瑕疵如果这些理论和方法是错误的，我们该怎么办周一，新河小组成员决定解开这个谜

最近几年来发现脊柱和骨盆的姿势是影响全髋关节置换术后脱位的重要因素，有学者报道假体在矢状面的功能角是其稳定性的关键。

因此，周一新的研究小组建立了髋关节置换的数学模型该模型可作为全髋关节置换术中确定患者特异性安全区的定量工具，填补了国际上髋臼杯矢状功能角计算的方法学空白

他们发现，没有一个固定的经验值可以满足所有患者的需求，每个患者对应的目标值都是个性化的此外，他们从数学和运动学上证明了Lewinnek安全区只是一个二维静态目标值，不能正确指导髋关节假体的放置，同时满足髋关节重建在稳定性和活动度，髋关节合理负荷等方面的要求

该算法可以根据站立，坐位或蹲位等不同姿势下骨盆倾斜角度的变化，关节活动度等综合因素，为每位患者计算出一个最优，最安全的目标值，形成个性化的患者专用假体安全区，更精确地指导机器人辅助全髋关节置换。

据唐浩介绍，这一发现不仅为假体提供了一个安全的范围，也表明有足够的理由改变传统的髋关节重建程序。

唐浩说，利用新的理论方法，他们已经为400多名患者进行了机器人辅助髋关节手术，到目前为止，没有发生脱位。

唐浩介绍，根据这种方法，研究团队还对很多置换后关节脱位的患者进行了精准分析指导下的翻修手术，大大降低了手术难度，提高了疗效。

让数学在临床医学中产生能量

加州大学洛杉矶分校骨科研究中心的Edward Ebramzad教授对这项研究工作进行了评论这种新算法可以定量预测术后脱位的风险，并根据疾病的特点制定更合理的术前计划为引导手术或机器人辅助手术提供关键手术目标，使假体植入不仅准确而且正确，具有重要意义

唐浩介绍，团队提出的特定患者假体安全区突破了传统理论的局限，建立了新的个性化手术规划方法。

"数学原理是建立骨科精准医学理论大厦的必由之路."唐浩说。

一直以来，临床医学与生物，化学等学科联系紧密，而数学似乎被异化了如何从临床实践中发现有价值的问题，同时用数学方法解决这些问题，最终将数学推断结果返回到临床实践中，一直是周一新团队的主要研究方向之一

与其他临床科室相比，骨科有更多的机会与力学，统计学，数学模拟等打交道，这让我们探索数学与临床的结合成为可能唐浩说

周一新说:作为医生，我们遵循规则，遵循诊疗原则和常规，但一旦有科学和临床证据支持，我们就是革命者，坚决否定和放弃落后的观点和技术，哪怕它们曾经是那么神圣不可侵犯他认为医学可能是数学祝福的最后一个领域

这种迟到的组合会给未来带来巨大的能量产生数学可以应用于更具创新性的研究除髋关节置换外，在膝关节置换和脊柱侧凸治疗，X型腿和O型腿矫正等方面也有很好的应用前景唐浩告诉记者

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