全髋关节置换术（THA）后的不稳定仍然是翻修手术的主要原因。适当的假体对齐是限制假体撞击、保持髋关节稳定性和最大限度地提高全髋关节置换术后关节性能的重要因素。为了减少脱位的风险，人们非常注意髋臼假体的位置。历史上，许多髋关节置换术外科医生被教导将髋臼假体放置在安全区域，该区域定义了髋臼假体前倾角和外展角的范围，以最小化骨性撞击和随后的脱位。最近，人们更加强调考虑腰椎和骨盆运动对髋臼假体位置影响的功能性髋臼部件位置。已经确定，对于骨盆在矢状面倾斜的每一度变化，杯的前倾角有相应的0.7到0.8度变化。
对于股骨假体位置及其对植入物稳定性和术后步态生物力学的影响的关注要少得多。具体来说，股骨假体前倾和股骨前偏心距的重要性在文献中被低估了。传统上，股骨前倾是通过原生解剖标志来评估的。解剖性股骨前倾角（AFA）定义为股骨颈轴线和膝关节后髁线（PCL）之间的角度（图1A)。然而，这种测量方法没有考虑动态股骨旋转对肢体对线的影响，可能并不代表股骨的功能前倾角。功能性股骨前倾角包含了动态股骨旋转，通过测量CT扫描的冠状面和后髁轴线之间的角度，投影到CT扫描的横截面上，可能是评估股骨前倾角更准确和有意义的方法（图1B)。
此外，Uemura等人在对324名髋关节骨关节炎患者的CT扫描分析中得出结论，PCL可能本质上是股骨旋转的不准确参考。向内的功能性股骨旋转（FFR）已被证明会减少FFA，而向外的FFR会增加FFA（图2）。在传统描述的股骨内侧和外侧偏移的基础上，股骨前偏心距被定义为在矢状面中从股骨头中心到股骨近轴的前距离。外科医生可能没有考虑到THA中恢复股骨前偏心距的重要性，但这确实对无撞击运动范围有影响。
本文的目的是通过对CT扫描分析来扩大我们对全髋关节置换术中三维（3D）股骨假体定位的理解，研究：(1)股骨前倾角与股骨前偏心距的关系；(2)股骨旋转与股骨前倾角的关系；(3)股骨前倾或前偏心距量的变化如何影响股骨旋转。我们假设股骨前倾角增加股骨的前偏心距和内旋。
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方法回顾性分析了995名接受分期初次双侧THA手术的患者。每一次THA前都进行了用于术前规划的仰卧位CT扫描。在每例患者初次手术一侧的术前和术后，也就是第一次和第二次CT扫描上，进行了多项参数测量：
1）股骨解剖前倾角：定义为股骨颈相对于膝关节后髁轴在垂直于股骨长轴平面上测量的角度。假体前倾角的定义类似，即假体股骨颈到股骨头中线与股骨后髁轴的相对角度（图1A）；
2）股骨旋转：定义为后髁轴与CT冠状面的夹角（图1B），正数代表内旋，负数代表外旋（图2）；
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图1A：术前（左）和术后（右）连接颈部和头部中心与后髁轴的角度测量解剖股骨前倾角。图1B：股骨旋转是CT扫描的冠状面与后髁轴线之间的角度，在术前（左）和术后（右）分别投影到计算机轴向断层扫描（CT）的横断面上。
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图2：股骨旋转对功能性股骨前倾角的影响。
3）股骨前偏心距：定义为股骨头中心与股骨内外上髁和梨状窝所在平面的最短距离（图3）。股骨前偏心距会影响髋关节外展肌的杠杆臂和整体关节稳定性。
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图3：股骨前偏心距是从股骨头中心到由内外侧上髁和梨状窝定义的股骨平面的距离。当头中心位于股骨平面后侧时，股骨前偏心距为负值。（3A）术前侧位视图，（3B）术前轴向视图，（3C）术后轴向视图。
结果1、前倾角与前偏心距的对比
股骨前倾角与术前和术后的股骨前偏心距相关(图4A至B）。原生股骨前倾角每增加10°，股骨前偏心距增加6 mm。股骨干前倾角每增加10°，股骨前偏心距增加7 mm。
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图4：股骨前倾角与术前（4A）和术后（4B）的股骨前偏心距相关。原生前倾角每增加10°就等于前偏心距增加6 mm。假体前倾角每增加10°，就等于前偏心距增加7 mm。
2、股骨旋转与前倾运动的对比
股骨前倾角也与术前和术后股骨旋转相关（图5A至B）。股骨前倾角每增加10°，导致股骨内旋增加6°。THA术后股骨干前倾角每增加10°，股骨内旋增加5°。
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图5：原生解剖股骨前倾角与术前股骨内旋相关。前倾角每增加10°，内旋量增加6°（5A）。术后股骨干前倾角与术后股骨内旋相关。THA后股骨干前倾角每增加10°，内旋增加5°（5B）。
3、前倾角和前偏心距的变化与股骨旋转的变化相比
从术前到术后，股骨前倾角增加，股骨内旋量增加（图6A）。同样，从术前到术后增加股骨前偏心距导致股骨内旋增加（图6B）。股骨前倾角增加大于20°（平均增加26°，范围20-37°，n=46）的患者，股骨内旋平均增加13±8°。
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图6：术前到术后解剖性股骨前倾角（6A）和前偏心距（6B）增加，股骨内旋增加。THA术后前倾角每增加10°，股骨内旋增加2.5°，而THA术后前偏心距每增加10 mm，股骨内旋增加5°。
讨论许多研究已经阐述了骨盆和髋臼三维位置在矢状面运动上的影响。Dorr和Lazennec提出了“功能性杯位置”这一术语，它考虑了在动态姿势变化中发生的骨盆运动。相反，对于功能性股骨位置变化如何影响股骨前倾角和股骨前偏心距等参数的分析则较少。传统的解剖股骨前倾角（AFA）未能考虑在动态活动中发生的功能变化如何影响股骨位置。
股骨偏心距传统上在冠状面上进行评估。冠状面，或股骨侧向偏心距，是软组织和外展肌张力的替代指标，对全髋关节置换术（THA）的稳定性有很好的影响。精心修复的股骨侧向偏心距已被证明是防止THA脱位的重要技术因素。事实上，基于CT的计算机软件撞击建模系统表明，高偏移柄在THA中的通过促进骨撞击前更大的运动范围（ROM）来降低脱位率。我们认为，应该更多地关注经常被忽视的股骨前偏心距。
如前所述，股骨前偏心距定义为在矢状面中从股骨头中心到股骨轴线的前方距离。股骨前偏心距直接影响THA术中的ROM。随着股骨前偏心距的增加，屈曲和内旋的幅度增加，伸展和外旋的幅度减少。在计算机模拟研究中，Hirata等人报道，AFO必须在平均15-25mm范围内，以达到屈曲≥110°、内旋90°内旋（IR）≥30°、外旋（ER）≥30°、伸展≥30°的最小无撞击ROM。未能恢复股骨前偏心距可能导致在骨撞击和假体撞击之前的运动范围减少，同时也可能影响支持肌肉和前后髋关节囊张力。
据我们所知，这是迄今为止通过THA术前、术后的CT扫描分析，研究股骨前倾角、股骨前偏心距和股骨旋转以及这些变量之间的关系的最大的系列研究。我们已经确定，股骨前倾角本质上是测量股骨前偏心距的替代指标，具有接近线性的相关性。股骨前倾角每增加10°，原生股骨前偏心距就会增加6 mm。同样，股骨干前倾角每增加10°，股骨前偏心距就增加7 mm。
在研究股骨前倾角的变化如何影响股骨旋转时，我们观察到AFA每增加10°会导致股骨代偿性内旋增加6°。这与Uemura等人的结论相似，他们的结论是AFA增加1°会导致股骨内旋代偿性增加0.4°。在我们的术后队列中，股骨干前倾每增加10°，就会导致代偿性5°的股骨内旋。
最后，在研究股骨前倾角或股骨前偏心距的变化如何影响股骨旋转时，我们确定THA后股骨干前倾角每增加10°，会有代偿性2.5°的股骨内旋。同样，THA术后前偏心距每增加10 mm，股骨内旋就会代偿性增加5°。
与功能性杯位置类似，考虑动态股骨旋转的功能性股骨定位的调整可能会使某些患者超出通常接受的联合前倾角的安全范围，通常引用为25-50°。Hardwick-Morris等人对1008名THA仰卧位和站立位受试者进行了分析，发现平均站立FFA为13.1°，范围为80°。有21%的患者在从仰卧位改为站立位时股骨内旋大于10°，这可能是防止后撞击和前不稳定的保护因素。有12%的患者从仰卧位到站立位时外股骨旋转超过10°，这可能会增加后撞击和随后前脱位的风险。有16%的患者FFA等于或大于25°。
当只考虑AFA时，该队列中72%的患者属于预期的联合前倾角区域内。然而，当使用功能性股骨前倾角时，这个数字下降到59%。我们的数据，扩展了Hardwick-Morris的结论，表明定义一个考虑到骨盆的矢状面运动和股骨旋转的功能性联合前倾角的安全范围，对于熟练的关节置换外科医生至关重要。不仅应该考虑股骨假体的位置，还建议股骨干前倾角可能对假体撞击和髋关节运动的影响比杯前倾角更大。
虽然目前的分析主要集中在股骨前倾角、偏心距和旋转的评估上，但我们建议考虑功能性股骨和髋臼前倾角的联合，以最大化THA性能，而不是将这两个参数分开。在我们的研究组中，极端的股骨内、外旋很明显，直接影响功能性股骨前倾角和功能性联合前倾角，可能会使患者超出接受的安全范围。
Hardwick-Morris等人也发现AFA与站立股骨外旋转之间存在中等程度的负线性关系。这证实了Akiyama等人的研究，该研究评估了163例THA患者术前和术后CT扫描以评估股骨前倾角和旋转。他们观察到术后股骨前倾角平均增加7°，术后股骨内旋平均增加11°。我们推测，像Akiyama等人和Pierrepont等人一样，存在一种补偿机制，通过这种机制，身体恢复平衡，以保持股骨前倾角接近其固有值（图7）。股骨前倾角的增加使大转子向后移动，从而增加了前髋关节囊和内旋肌肉的相对张力，而后囊和外旋肌肉的张力减少。股骨内旋可能作为一种稳态手段，恢复适当的关节囊和肌肉平衡。我们推测，股骨前倾角（和前偏心距）值高或低的患者可能有自然的代偿性股骨旋转。因此，我们建议采用股骨假体位置的功能定义，即考虑股骨动态旋转，类似于髋臼定位分析的现代化。
我们还证实，在THA期间改变前倾角会导致股骨旋转的代偿性改变。这就引发了一个问题，即如果患者的解剖结构能够在功能上补偿与平均解剖值的偏差，那么外科医生是否应该在THA期间修改固有的前倾角或前偏心距。具有高原生股骨前倾角的患者可能不需要减少假体前倾角，因为他们可能有一种通过动态股骨内旋减少功能前倾的稳态机制。
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图7：示意图展示了由于股骨前倾角变化导致的肌肉张力平衡的拟议机制。左：原生髋关节术前情况，前后肌肉平衡；中：术后股骨前倾增加，导致大转子后移，内旋肌张力增加，外旋肌松弛；右：继发性股骨内旋转以恢复肌肉平衡。
THA可能无法复制影响髋关节生物力学的固有髋关节解剖参数。THA的一个常见错误包括术后股骨外侧偏心距减少。不准确地恢复冠状面股骨解剖结构对髋关节生物力学有众所周知的影响，股骨外侧偏心距减少20%可导致外展力矩减少15%。矢状面解剖结构也经常被不准确地恢复。解剖髋关节中心通常在THA后向后移位。股骨前倾角，因此股骨前偏心距，也经常增加。髋关节中心和股骨在矢状面（前后）平面的移位影响撞击自由运动范围，并可能以类似于冠状面位移的方式改变肌肉力向量和杠杆臂。例如，股骨前倾量的增加与THA术后坐骨-股骨撞击的风险增加相关。在确定股骨假体位置的安全范围时应考虑到这一点。
除了影响生物力学外，由于THA后假体位置引起的自然解剖结构的改变也对步态模式有明显影响。Tsai等人使用CT扫描和双平面视频透视对19例THA术后的患者进行了动态负重运动学分析。CT扫描评估显示，与未植入的髋关节相比，术后股骨前倾角增加8.5°，髋臼假体前倾角增加15.9°。这导致了各种步态不对称，包括髋关节内旋和内翻的增加，在摆动阶段增加的髋关节内收，与非手术侧相比，THA伸展减少。
在一项使用CT扫描和负重视频透视进行的类似分析中，Dimitriou等人评估了单侧THA患者爬楼梯时与未手术侧患者的体内运动学。他们发现，植入侧和原生侧之间的股骨前倾角和前后髋关节中心位置的差异与股骨内外旋的平均差异相关。从理论上，增加股骨前倾角会将臀中肌在股骨上的附着点相对于骨盆向后移动。然后，患者可以尝试通过向内旋转股骨来重新平衡前后肌肉和关节囊的张力。然而，代偿性旋转可能不足以完全恢复肌肉插入位置和肌肉动作线，因此减少了髋关节周围的外展和增加了伸展力矩，这与固有的髋关节力学不同。这些异常力矩，加上由于内旋股骨和操作侧与未操作侧的脚步进程角不对称而产生的不对称姿势，可能导致动态活动中的功能缺陷，使患者面临跌倒、残疾或不满意的风险。
总之，本报告显示，当解剖股骨前倾角发生改变时，功能性股骨旋转就会发生。这两个变量协同作用，决定了功能性股骨前倾角，考虑最佳假体位置时应考虑这一点。随着THA中髋关节生物力学的改变，股骨旋转可能作为一种恢复适当的前后囊和肌肉平衡的稳态手段而发生。
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