数字技术在个性化膝关节置换中下肢力线的研究

发布时间：2017-12-24 18:41

  本文关键词：数字技术在个性化膝关节置换中下肢力线的研究　出处：《重庆医科大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：背景全膝关节置换术(total knee arthroplasty TKA)虽然对解除终末期骨性关节病患者的疼痛及功能恢复是一种非常成功的有效方法,90%的假体生存率达到10年以上,但患者术后的“不满意度”却仍高达15%-30%。下肢轴向力线的恢复和股骨远端假体旋转定位的恢复与准确性,被公认为是减少假体失败和改善术后疗效的重要因素。而在传统手术方法中通过参照术前下肢全长X片来设计轴向力线以及在手术中依靠个人经验和感官感受来判断和辨认骨性标志,均会导致主观性误差增大,而最后运用固定角度设计的截骨器械进行膝关节置换,由于人种以及个体的不同更是会导致术后疗效的偏差。近年来随着数字骨科技术的不断发展以及Mimics、Geomagic等软件在全膝关节置换术中的应用开发,弥补了传统手术定位的不足,通过术前的数字化测量、模拟手术以及截骨导板的设计,使获得精准的下肢轴向力线和股骨远端假体旋转力线成为可能,但如何充分的发挥数字技术在全膝关节置换术中的应用,尤其是在如何应用三维的方法定位股骨远端各骨性标志点、如何精确定位下肢轴向力线以及定位最可信赖的旋转轴线—股骨外科上髁轴(Surgical Transepicondylar axis,STEA),实现个体化精确截骨方面,仍存在较大争议。目的1、利用股骨全长计算机断层扫描并进行三维重建,应用色谱法精确定位股骨远端各骨性标示点,并以此建立世界坐标系。通过世界坐标系,建立一个精确和统一化的三维测量平台。2、应用色谱法(color map)精确定位股骨外科上髁轴,通过3D打印STEA导板、全站仪以及三维CT验证其准确性和可靠性,并进一步应用色谱法精确定义股骨远端旋转力线,分析各旋转轴的角度关系,为全膝关节置换术准确定位旋转力线提供方法学基础。3、应用质心法(Centroid)精确定位股骨轴向力线,探寻股骨入髓点与髁间窝顶点的关系,以及股骨外翻角与“术中股骨外翻角”关系,为全膝关节置换术准确定位轴向力线提供方法学基础。4、设计个性化股骨切骨导向器,以提高股骨远端切骨和旋转切骨的准确性。方法收集26例股骨标本和80例股骨CT扫描数据并在Mimics软件中三维重建,并导入Geomagic Studio中:1:应用色谱法来定位股骨远端各骨性标示点;2:精确定位股骨外科上髁轴线(STEA),通过3D打印STEA导板、全站仪以及三维CT验证其准确性。并收集既往80例股骨远端CT数据,对比色谱法和传统测量定位股骨内上髁最凹点和STEA的识别率。3:精确定位股骨后髁线(PCL)和Whiteside线(WL),并测量股骨后髁角(PCA),Whiteside线(WL)与外科髁上轴(STEA)的夹角(WSTEA)进行统计学分析。4:应用质心法精确定位股骨轴向力线,探寻股骨入髓点与髁间窝顶点的关系,以及股骨外翻角与“术中股骨外翻角”关系,分别测量这些参数并进行统计学分析。结果1:Mimics能准确重建股骨三维股骨模型,色谱技术精确定位股骨远端各骨性标示点,2:色谱法能准确定位股骨内上髁最凹点和股骨外上髁最高点,即股骨外科上髁轴(STEA)。26例股骨标本重建后通过3D打印STEA导板、全站仪以及三维CT验证,所定位股骨标本上的股骨内上髁最凹点和股骨外上髁最高点均一致。色谱法(三维)在内上髁最凹点的识别率从传统断层截面(二维)定位的68.87%提升到96.23%,而且准确性和可重复性更高。3:色谱法能准确定位股骨远端旋转轴线。PCA平均为3.98°±1.49°,范围从0.15°到6.95°;WSTEA平均为86.89°±4.09°,范围从76.42°到99.27°,此两个角度均有较大的变异性。不同侧别的PCA均数差异有统计学意义(P0.05)。4:质心法能准确定位股骨解剖轴线。股骨外翻角平均为4.53°±0.74°,范围2.84°到6.35°;术中股骨外翻角平均为4.65°±0.75°,范围从3.10°到6.37°;两者均数差异有统计学意义(P0.05)。进针点相对髁间窝顶点偏前平均6.71mm±2.38mm,范围0.86mm到13.59mm,偏内平均3.11mm±1.72mm,范围0.14mm到9.19mm;入针点相对髁间窝顶点偏前、偏内的变异性均较大,其中偏前的标准差接近均值的40%,偏内的标准差甚至超过均值的50%。结论1:色谱法能准确的定位股骨远端各骨性标志点,STEA,PCL、WL。全膝关节置换术中通过PCL、WL进行旋转力线的定位会导致截骨不准确,色谱法能精确定位STEA,应用这一方法能更有效的进行术前规划和术中旋转中心的定位以及假体安放,为术后获得良好的膝关节功能提供保障。为全膝关节置换术提供可靠的旋转力线。2:质心法能够准确定位股骨解剖轴线,进而准确定位髓内定位杆进针点和术中股骨外翻角,为进行精确化和个性化股骨远端截骨提供了可靠的方法学基础。
【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R687.4

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本文编号：1329545