使用基于应用程序的算法在AP X线片时确定轴向旋转和骨盆倾斜：一项骨骼模型研究

《Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery》：Using an App based algorithm to determine axial rotation and pelvic tilt at the time of an AP radiograph: a sawbone study

　　

摘要引言：骨盆的轴向旋转会影响平片上髋臼假体（acetabular component, AC）的倾斜角（inclination）和前倾角（anteversion）测量。目前，在平片上提供AC测量时并未考虑轴向旋转。本研究评估了一种新型基于应用程序（App）的算法，用于在AP骨盆X线片时确定骨盆轴向旋转。材料与方法：对骨骼模型（sawbone）骨盆拍摄AP和侧位X线片以校准App。然后，将骨骼模型向左旋转11次（平均5.3°，范围0.2°–10.5°），向右旋转10次（平均5.2°，范围1.2°–11.3°）。随后，将骨骼模型向前倾斜14次（平均5.6°，范围0.1°–11.6°），向后倾斜13次（平均5.9°，范围0.1°–11.2°）。使用数字卡尺（digital caliper）确定骨骼模型骨盆的轴向旋转和倾斜量。对每个位置拍摄AP骨盆X线片。使用一种新型基于App的计算算法，从AP骨盆X线片确定轴向旋转和骨盆倾斜的量。结果：该算法在AP骨盆X线片时确定的骨盆轴向旋转与数字卡尺测量相比，平均差异为0.6°（范围0°–1.8°）。对于骨盆倾斜测量，与数字卡尺测量相比，差异为2.3°（范围0.4°–4.5°）。结论：用于在AP骨盆X线片时确定骨盆轴向旋转的算法高度准确。该技术有助于更精确地确定标准X线片和术中C型臂（C-arm）图像上的AC位置。

全髋关节置换术（total hip arthroplasty, THA）中髋臼假体（acetabular component, AC）的精确安放位置是影响临床结局和假体生存率的关键因素之一。自Lewinnek等提出AC位置的“安全区”（safe zone）概念以来，大量生物力学研究证实了假体对线（alignment）与临床结果之间的关联。目前，评估AC对线的方法基于解剖、手术或放射学参考系。在放射学分析中，AC的倾斜角（inclination）定义为假体纵轴与骨盆水平轴（通常为AP X线片上泪滴（teardrop）的切线）之间的夹角；前倾角（anteversion）定义为假体纵轴与冠状面之间的夹角。基于AP X线片上AC开口椭圆投影的放射学前倾角测量已有诸多报道。标准AP骨盆X线片是术后评估AC位置的主要影像学方法，但其质量受X线束位置、患者体位等因素影响，进而影响AC测量的准确性。目前，术后X线片上的骨盆轴向旋转（axial rotation）和骨盆倾斜（pelvic tilt）常被忽略，尽管已有研究量化了术后骨盆旋转平均约2.5°。轴向旋转和骨盆倾斜会显著改变AC在平片上的倾斜角和前倾角测量值。此外，手术过程中骨盆位置的变化也会影响术中利用透视（fluoroscopy）进行的AC位置测量。因此，开发一种能够准确确定AP骨盆X线片时骨盆轴向旋转和倾斜的方法，对于提高AC位置测量的精确性具有重要意义。

研究人员开展了一项基于骨骼模型（sawbone）的体外研究，以评估一种新型基于应用程序（App）的专利算法（US20240245468A1）在AP骨盆X线片上确定骨盆轴向旋转和倾斜的准确性。研究使用带1 mm金属标记球标记7个解剖参考点（双侧骶髂关节下缘、双侧泪滴、双侧坐骨结节、骶骨中心）的放射不透明骨骼模型，通过数字卡尺（digital caliper）精确测量模型的实际旋转和倾斜角度，并与App算法计算结果进行对比。该研究发表于《Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery》，其结论表明该算法在确定骨盆轴向旋转方面高度准确，有望为术前模板规划、术中荧光透视标准化提供支持，减少因骨盆位置变化导致的反复X线拍摄。

本研究采用的主要关键技术方法包括：使用放射不透明骨骼模型（sawbone）作为实验对象，在模型上标记7个解剖参考点（双侧骶髂关节下缘、双侧泪滴、双侧坐骨结节、骶骨中心）并植入1 mm金属标记球，以确保参考点识别的一致性。通过拍摄AP和侧位X线片校准App（AccuHip^?，Accupredict^? Inc, Larchmont, NY）。随后，对模型进行多次轴向旋转（向左11次，平均5.3°，范围0.2°–10.5°；向右10次，平均5.2°，范围1.2°–11.3°）和前后倾斜（向前14次，平均5.6°，范围0.1°–11.6°；向后13次，平均5.9°，范围0.1°–11.2°），使用数字卡尺测量实际角度，并对每个位置拍摄AP骨盆X线片。利用iPad截取X线片图像，通过App算法（基于25 mm标记球校准）标记参考点，计算出轴向旋转和骨盆倾斜角度，并与数字卡尺测量值比较。

**轴向旋转测量结果**：该算法在AP骨盆X线片时确定的骨盆轴向旋转与数字卡尺测量相比，平均差异为0.6°（范围0°–1.8°）。对于位置变化（即连续两次旋转之间的角度差）的测量，App与数字卡尺的差异为0.5°（范围0°–1.7°）。这表明算法在轴向旋转测量上具有高度准确性。

**骨盆倾斜测量结果**：对于骨盆倾斜测量，App与数字卡尺的差异为2.3°（范围0.4°–4.5°）。其中，向前倾斜的平均差异为1.9°（范围0.4°–4.5°），向后倾斜（rollback）的平均差异为2.6°（范围1.2°–4.3°）。虽然倾斜测量的准确性略低于轴向旋转，但仍在可接受的临床范围内。

**讨论部分**：研究人员指出，AC的倾斜角与前倾角共同定义了THA后的假体对线。历史上，AC安放的目标是“安全区”（倾斜角30°–50°，前倾角5°–25°），但THA脱位是多因素所致，即使假体位于“安全区”内也可能发生脱位。近年来，根据站立位骨盆倾斜调整AC前倾角和倾斜角的方法已被引入。除了倾斜调整，轴向旋转同样影响前倾角和倾斜角测量。由于即使经验丰富的骨科医生也无法仅凭解剖参考点可重复地安放AC，术中透视被广泛用于确认AC位置。多项研究表明，骨盆倾斜变化会影响功能性AC前倾角。此外，骨盆轴向旋转每增加1°（朝向手术侧），AC前倾角增加约1°；反之亦然。Thoren等报告每5°骨盆旋转导致倾斜角增加1.8°–2.7°。Schwarz等报告每1°骨盆轴向旋转引起AC前倾角变化0.8°。骨盆向后倾斜时前倾角增加，向前倾斜时前倾角减小。Boettner等曾提出一种基于App的AC前倾角测量方法，并证实其可靠性，但该研究指出二维X线片测量未考虑骨盆倾斜和旋转的影响。本研究存在以下局限性：解剖参考点使用金属标记球，临床应用时若未使用标记球可能增加测量误差。

**结论部分翻译**：总之，本研究测试了一种专利的基于App的计算算法，用于在AP骨盆X线片时确定骨盆对线。该算法在确定骨盆轴向旋转和倾斜方面高度准确。将这项技术应用于术前模板规划可以减少误差，并允许标准化术前和术中X线片。此外，该技术最终可能有助于消除使用术中透视时优化骨盆位置所需的重复X线片。