基于AI技术的三维术前规划在初次全髋关节置换术的应用

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研究背景精确的术前规划对全髋关节置换(THA)术中精准重建是至关重要的一步,它可降低术后并发症和提高患者临床满意度。目前大多数医院仍使用二维(2D)模板对THA进行术前规划,但因受放大率与体位等因素影响导致其准确性偏低。少数医院使用三维(3D)软件对THA进行三维术前规划,虽然其准确性高,但操作繁琐、耗时。基于AI技术的三维术前规划软件—AI HIP可快速识别髋臼和股骨形态,选择最适假体型号,操作便捷,但是其临床应用的准确性和可行性仍需进一步验证。目的1.研究AI HIP预测假体型号的准确性,并分别与3D Mimics模板法和2D数字化模板法进行比较;2.分析影响AI HIP预测假体型号准确性的可能因素;3.比较AI HIP术前规划的截骨高度、尖肩距与术后的差异及相关性,以及双下肢长度差值的差异;4.研究AI HIP规划的时间效率,并分别与3D、2D模板比较。研究对象与方法从2019年10月起对我院关节外科同一诊疗组行初次全髋关节置换且使用生物型假体的髋关节骨病患者进行前瞻性临床研究,共有94例患者100个髋被纳入。术前分别使用AI HIP(AI)、三维(3D)Mimics、二维(2D)数字化模板三种方法对每一位患者进行规划,预测髋臼杯和股骨柄型号大小,记录AI HIP规划的截骨高度、尖肩距和术前双下肢长度差值,记录三组规划时间。将三组预测的假体型号与术中实际植入结果进行比较,以确定准确性,并分析影响AI HIP预测假体型号准确性的可能因素。比较AI HIP术前规划的截骨高度、尖肩距与术后的差异及相关性,比较术前双下肢长度差值与术后的差异。最后比较三组的规划时间以确定时间效率。研究结果AI HIP预测髋臼杯和股骨柄型号的准确率分别为74%、72%。AI HIP预测的准确率明显高于2D数字化模板(2D模板预测杯和柄的准确率分别为48%、52%),两种方法有统计学差异(杯P<0.001,柄P=0.004),与3D Mimics预测结果相当(3D模板预测杯和柄的准确率分别为72%、77%),两种方法之间没有显著差异(杯P=0.742;柄P=0.428)。性别和BMI对AIHIP预测假体型号准确性的影响没有统计学意义(性别:杯P=0.600,柄P=0.900,BMI:杯P=0.700,柄P=0.900),而髋臼发育不良对AI HIP的影响有统计学意义(P=0.007)。与骨关节炎(OA)和股骨头坏死(ON)患者相比,AIHIP预测髋关节发育不良疾病(DDH)臼杯型号的准确性似乎较低(P=0.007,OA:OR=1.807,ON:OR=4.150),但DDH、OA与ON对AI HIP预测股骨柄型号准确性的影响没有统计学意义(P=0.700)。截骨高度术前与术后的差异无统计学意义(P>0.05),而尖肩距的差异有统计学意义(P=0.03),但两者术前与术后的相关性均很高(R=0.879,R’=0.910)。术前双下肢长度差值与术后比较,差异有统计学意义(P<0.001),AIHIP规划完成后的双下肢长度差值与术后结果比较,差异无统计学意义(P>0.05),且相关性高(R=0.723)。AIHIP的规划时间为(4.17±0.73)分钟,与2D数字模板相当[2D:(3.37±0.84)分钟,P<0.001],但比 3D Mimics 快[3D:(31.43±2.29)分钟,P<0.001]。结论AI HIP在初次全髋关节置换术前三维规划中具有良好的准确性和时间效率,以及对截骨高度和双下肢长度有较好的可预测性,但对尖肩距的规划误差较大。髋臼发育不良可能影响AI HIP预测假体型号准确性,需要进一步调整与优化规划方案。AI HIP对骨关节炎和股骨头坏死疾病的假体型号预测具有一定的参考价值及指导意义。
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