发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip, DDH)是儿童常见的先天性骨骼畸形，发病率为0.1% ~0.8%^[1]。若干预不及时，随患儿年龄增长，可继发步态异常、髋关节疼痛及早发性骨关节炎，影响患儿远期生活质量^[2-3]。髋臼周围截骨术(periacetabular osteotomy，PAO)是矫正青少年DDH畸形的核心术式，该术式操作复杂、精准度要求高，对手术团队的经验与技能有较高要求^[4]。本研究构建了CT三维重建、三维打印实体模型与有限元仿真分析辅助下的PAO术前规划流程，回顾性分析DDH患儿临床资料，旨在比较常规影像学术前规划和三维重建、三维打印实体模型与有限元分析辅助下的术前规划对PAO手术实施的临床疗效和安全性。

本研究为回顾性队列研究。以2024年1月至2025年9月在复旦大学附属儿科医院接受PAO的40例DDH患儿为研究对象。其中男7例，女33例；左侧27例，右侧13例。根据术前规划方式分为常规组(传统二维规划，20例)与三维重建组(三维重建+三维打印+有限元分析辅助规划，20例)。除三维重建组PAO术前规划参考三维重建方案指导外，其余治疗过程均按本中心DDH标准流程进行一致管理。病例纳入标准：①年龄8~16岁；②临床与影像学明确诊断为发育性髋关节发育不良；③具备完整术前髋关节CT(DICOM格式)，可完成三维重建与三维打印；④接受PAO同时联合行股骨截骨术；⑤随访时间≥6个月。排除标准：①合并其他先天性骨骼畸形、遗传性骨病、代谢性骨病及骨肿瘤等；②完全性髋关节脱位、高位脱位，或需开放复位、股骨短缩截骨等复杂重建手术；③神经肌肉源性髋关节脱位(如脑瘫、脊髓病变等)；④影像学资料缺失或质量不佳，无法完成三维重建；⑤无法配合术后康复及功能评估。本研究已通过复旦大学附属儿科医院伦理委员会审核批准(复儿伦审[2022]205号)。

术前采集患儿骨盆双下肢薄层CT，以DICOM格式导出后经Mimics 21.0完成骨性结构三维重建，输出STL模型。三维重建组20例患儿的髋关节模型均用于后续三维打印与有限元分析。在3matic中完成髋关节相关参数测量及截骨设计，通过ZBrush与SolidWorks 2025修复模型缝隙、完成装配与干涉检查(图 1)。将模型导入ABAQUS，定义儿童骨骼及内固定材料属性，划分网格并模拟站立、运动载荷，提取应力、位移等力学指标评估方案安全性(图 2)^[5-6]。最终整合测量、设计、分析结果生成术前规划报告，采用医用光敏树脂为原料制造三维打印实体模型，用于术前模拟、医患沟通及术中指导。

图 1 发育性髋关节发育不良患儿髋臼周围截骨术前三维重建、三维打印、截骨设计和数字化术前模拟示意图 Fig.1 Schematic diagrams of preoperative three-dimensional reconstruction, 3D printing, osteotomy planning and digital preoperative simulation in DDH children undergoing PAO 注  A: 该患儿基于CT数据的髋关节重建数字模型, 箭头所指为右髋臼前侧缺损; B: 该患儿髋关节等比例三维打印模型, 箭头所指为右髋臼前侧缺损; C: 基于该患儿的髋关节三维重建模型, 以该患儿左侧健全髋关节为参考, 进行术前参数设计; D: 数字化模拟截骨后旋转髋臼, 模拟截骨后获得前侧中心边缘角: 30°, 外侧中心边缘角: 34°, 臼顶倾斜角: 5°, 前倾角: 20°

图 2 发育性髋关节发育不良患儿髋臼周围截骨术前有限元分析结果图 Fig.2 Preoperative finite element analysis results of DDH children undergoing PAO 注  A：该患儿术前患侧股骨头1225N载荷下的有限元分析应力热图；B：该患儿术前患侧髋臼1225N载荷下的有限元分析应力热图；C：该患儿术前健侧股骨头1225N载荷下的有限元分析应力热图；D：该患儿术前健侧髋臼1225N载荷下的有限元分析应力热图

所有治疗均采用PAO。术中患儿全身麻醉，取仰卧位，沿髂嵴前部向下做比基尼切口改良S-P入路，长约10 cm，依次切开皮肤、皮下组织，纵行切开阔筋膜张肌浅层筋膜，将其连同股外侧皮神经后支一起牵向内侧，凿下髂前上棘，连同髂腰肌及腹股沟韧带牵向内侧，略微屈曲髋关节。采用标准的伯尔尼髋臼周围截骨(Bernese PAO)技术，依次完成坐骨支截骨、耻骨支截骨、髂骨截骨。完成截骨后，Schanz钉和髋臼复位钳把持髋臼进行旋转，使旋转中心轻度内移，克氏针临时固定，C型臂透视确认股骨头覆盖良好，固定截骨块。再次透视确认截骨对合满意、螺钉位置合适。复位髂前上棘，缝合各层包扎。两组均由同一手术团队完成，术后统一予以常规抗感染、镇痛及康复训练。术后6周内双拐，6~12周单拐辅助。术后第1天即行踝泵、股四头肌等长收缩等康复动作。术后1周、6周、3个月、6个月复查影像学并评估髋关节功能(图 3)。

图 3 发育性髋关节发育不良患儿髋臼周围截骨术前、术中、术后1周、术后6个月X线片 Fig.3 Radiographic images of DDH children before PAO, intraoperatively, Week 1 postoperatively and Month 6 postoperatively 注  A：患儿双侧髋关节术前影像，股骨头容纳不佳；B：患儿右侧髋关节术中影像，见髋臼旋转、股骨截骨及固定螺钉；C：患儿双侧髋关节术后1周随访影像，见右侧髋臼指数较术前改善，截骨固定稳定；D：患儿髋关节术后6个月随访影像，见右侧髋臼指数较术前改善，截骨固定稳定，截骨处愈合好

术中指标纳入手术时间、术中出血量、术中透视次数。预后指标纳入Harris评分和Tönnis角、外侧中心边缘角(lateral center edge angle，LCEA)、前侧中心边缘角(anterior center edge angle，ACEA)与设计目标值的绝对差值。两组目标设计值均以患儿健侧髋关节对应影像学参数、正常参考范围及股骨头覆盖要求为主要依据；三维重建组有限元分析主要用于验证预设矫正方案的力学稳定性，不作为重新设定矫正目标的独立依据。

采用GraphPad Prism 10.0.3进行统计分析。服从正态分布的计量资料以x ±s表示，组间比较采用两独立样本t检验；不服从正态分布的计量资料以M(Q₁，Q₃)表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验；计数资料以频数、构成比表示，组间比较采用卡方检验或Fisher精确概率法；P＜0.05为差异具有统计学意义。

两组在年龄、性别、手术侧别方面比较差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 1。两组手术均顺利完成，均未出现神经血管损伤、术后骨不连等PAO治疗相关并发症。三维重建组手术时间、术中透视次数显著低于常规组(P＜0.05)；两组术中出血量差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 2。在预后指标中，三维重建组Harris评分稍高于常规组，但差异无统计学意义(P＞0.05)。两组术后Tönnis角、LCEA、ACEA均较术前改善, 三维重建组中术后Tönnis角和ACEA与术前规划目标差值显著更小(P＜0.05)，两组术后均恢复至预期范围(分别为0° ~10°、25° ~45°、25° ~45°)。见表 3。

表 1 Table 1

表 1 两组发育性髋关节发育不良患儿基线资料比较 Table 1 Comparison of general profiles between two groups

表 1 两组发育性髋关节发育不良患儿基线资料比较 Table 1 Comparison of general profiles between two groups 分组 例数 年龄(x ±s, 岁) 性别(例) 手术侧别(例) 男 女 左 右 常规组 20 11.10±2.02 4 16 15 5 三维重建组 20 10.60±1.82 3 17 12 8 统计量 - t=0.822 / χ2=1.026 P值 - 0.416 1.000 0.311 注  -：无相关数据；/：采用Fisher精确概率法

表 2 Table 2

表 2 两组发育性髋关节发育不良患儿术中指标比较(x ±s) Table 2 Comparison of intraoperative parameters between two groups(x ±s)

表 2 两组发育性髋关节发育不良患儿术中指标比较(x ±s) Table 2 Comparison of intraoperative parameters between two groups(x ±s) 分组 例数 手术时间(min) 术中出血量(mL) 术中透视次数(次) 常规组 20 82.12±9.19 559.85±152.87 16.10±3.85 三维重建组 20 76.09±5.08 536.15±160.68 12.65±3.38 t值 - 2.568 0.478 3.013 P值 - 0.016 0.636 0.005 注  -：无相关数据

表 3 Table 3

表 3 两组发育性髋关节发育不良患儿的预后指标比较 Table 3 Comparison of prognostic parameters between two group

表 3 两组发育性髋关节发育不良患儿的预后指标比较 Table 3 Comparison of prognostic parameters between two group 分组 例数 Harris评分(x ±s) 术后Tönnis角与目标角度绝对差值[M(Q1，Q3), °] 术后LCEA与目标角度绝对差值[M(Q1，Q3), °] 术后ACEA与目标角度绝对差值[M(Q1，Q3), °] 常规组 20 84.30±6.00 1.805(0.928, 3.775) 5.425(2.050, 8.355) 4.900(2.808, 9.795) 三维重建组 20 87.80±6.10 1.005(0.530, 1.733) 2.255(1.193, 7.118) 2.355(1.300, 7.685) 统计量 - t=1.829 U=99.500 U=139.500 U=112.000 P值 - 0.075 0.006 0.104 0.017 注  -：无相关数据

DDH患儿的PAO治疗依赖充分的术前规划与稳定的术中操作。与正常髋臼相比，DDH患儿常见髋臼覆盖不足、前后壁发育不均衡、股骨头包容关系不佳，也可合并股骨近端形态异常。常规术前评估主要依赖X线平片和CT断面影像，能够提供基本测量信息，但对髋臼与股骨头的空间关系显示仍有限。术中确定截骨方向、髋臼旋转角度和骨块固定位置时，往往需要多次透视确认，因此术中仍较依赖术者经验^[7]。本研究在常规影像评估基础上，引入CT三维重建、三维打印模型和有限元分析。对于儿童和青少年DDH，三维重建和三维打印的作用不仅是展示骨性畸形，还包括帮助术者理解髋臼覆盖不足的方向、股骨头包容关系和截骨后骨块旋转的空间限制^[8-9]。有限元分析可从生物力学角度补充传统影像评估，辅助判断不同矫正方案下髋关节局部应力分布和截骨块稳定性^[10]。在本研究中，这一流程的主要作用是把部分原本依赖术中即时判断的信息提前到术前呈现和讨论，从而辅助术者完成个体化规划^[10]。

本研究结果显示，与常规组相比，三维重建组手术时间和术中透视次数显著减少，提示该术前规划模式可能有助于减少术中反复调整和透视确认。影像学指标方面，三维重建组Tönnis角和ACEA与术前设计目标的绝对差值显著更小，LCEA虽更接近目标但组间差异未达统计学意义，仍需更大样本验证。总体而言，该模式可通过术前辅助理解畸形空间结构、明确截骨方案，提高术前规划与术后完成的一致性、减少术中确认次数、缩短手术时间，这与多数同类研究结论一致^[11]。儿童骨盆和髋关节仍处于发育阶段，骨性结构的个体差异较成人更明显，因此个体化数字规划在该类患者的精准医疗中具有一定应用价值^[12]。

本研究存在以下局限。首先，单中心回顾性设计、样本量较小，选择偏倚难以完全避免，结果外推性有限。其次，结论主要适用于非高位脱位型青少年DDH，不能直接外推至复杂脱位型。第三，所有手术由同一团队完成，且未使用个体化置钉导板，不能完全排除术者经验及操作细节对结果的影响。第四，随访时间较短，无法充分评价远期结局。第五，未进行成本效益分析，三维打印和有限元分析的时间成本、经济学价值及在不同医疗机构中的可及性仍需进一步评估。未来需开展多中心、大样本、前瞻性研究，并结合长期随访，进一步验证该模式的临床价值。

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