成年人双侧膝关节形态学相似程度分析

发布时间：2021-06-10 08:42

　　目的通过比较双侧膝关节的形态学参数,评估利用镜像法逆向重建膝关节假体的有效性。方法以健侧为模板提取参数,基于逆向工程思路重建膝关节假体。实验共收集双侧CT分析区域数据正常的胫骨18例、股骨69例,进行三维重建,利用Geomagic Control 2015进行配准,分别计算双侧膝关节的胫骨、股骨的偏差体积和面积及软件处理偏差,分析双侧膝关节的形态学差异,验证镜像法结合逆向工程技术设计个性化假体的可行性。结果偏差分析结果显示,超过85%区域差异小于1 mm,双侧膝关节存在高度的相似性。用Geomagic进行曲面优化前后股骨表面积无显著差异（P=0.197）,胫骨表面积也无统计学差异（P=0.798）。股骨相似程度为（0.3427±0.9956）mm,胫骨的相似程度为（0.4165±1.0714）mm。结论双侧股骨远端及胫骨近端的关节面区域存在较高的相似性,可以利用健侧的股骨关节面原位逆向建模数据拟合的方法设计个性化假体。 

【文章来源】：中国临床解剖学杂志. 2020,38(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

建模与分析流程图

本实验发现，所测偏差位点的偏差值分布区间存在集中趋势，主要集中于0～1.5 mm，为使研究更精密细致，统计分析偏差小于1 mm的区域占总分析区域的比例，结果超过80%的股骨样本，偏差小于1 mm的区域占分析区域的90%以上。75%左右的胫骨样本，偏差小于1 mm的区域占90%以上（图4）。因此，股骨的相似性更强。关节面区域的偏差程度为本实验观测的重点，因此须找出较大偏差存在的位置及并分析其成因，同过观测偏差色谱图，如图5～6可以看出，最大偏差值呈现集中分布的趋势，往往集中在一个点或者一片区域，观测原始断层数据发现，偏差位置图像质量较差，在建模过程中产生了较大的偶然误差。偏差大于1mm的区域主要分布于股骨与胫骨的骨骺端，这是人体在长期运动过程中，骨为适应人体的运动习惯发生的适应性变化。关节面区域偏差主要分布于关节面边缘，而假体设计主要提取关节面的轨道参数，所以偏差对假体设计的精度影响不大。

随着医学影像技术和逆向重建技术的发展，个性化假体的设计成为可能。可根据患者膝关节特征，利用重建技术的灵活特性优化设计方案，设计制作不保留后交叉韧带的解剖型假体。Zimmer公司以其使用较为广泛的NexGen型假体为模版，设计出可供个性化定制的Persona全膝关节假体[13]。但是由于膝关节的严重病变，关节影像数据与重建假体所需参数差异较大，增加了精准设计的难度。本课题基于人体双膝关节解剖特征高度相似的特点，利用健侧膝关节参数，通过逆向重建技术快速重建假体，并进行实验验证，得出此方法具有较高的科学依据可应用于临床。膝关节关节面内骨折是临床难题[14]，尤其严重的关节面内粉碎性骨折，需要外科手术进行内固定治疗，以恢复其关节面形态和骨折对线，影像下复位具有极高的难度，且难以保证重建术后获得较稳定的关节面结构。关节面复位不良会使关节面局部应力增加，出现创伤性关节炎等不良后果，导致退行性变。临床常用健侧二维影像透视对比法指导骨折的治疗，而二维信息无法全面反映关节特征。目前，国内外尚无有关成人膝关节三维解剖模型双侧对称性研究，其对于个性化膝关节假体设计及关节内骨折的复位治疗有重要意义。图4 偏差小于1 mm的频率分布


本文编号：3222062