膝关节CT结合下肢负重位力线片构建膝关节置换个性化截骨导板的临床应用研究

摘要

第一部分两种不同设计思路3D打印截骨导板在全膝关节置换模型预手术的应用对比
　　目的:比较两种不同思路设计的3D打印截骨导板在人工全膝关节置换（TKA）模型预手术中的优劣。
　　方法:选取于2015年6月在贵州省人民医院骨科行人工全膝关节置换术（TKA）的患者共15例.入院后行层厚为1毫米的膝关节CT薄层扫描以及带标定器的下肢全长负重功能位X线正、侧位片。男性患者共6例，女性患者共9例；年龄范围53～86岁，平均67.8岁；其中左侧膝关节置换术7例，右侧膝关节置换术8例。利用统计学形状模型（SSM）技术及二维三维配准技术建立下肢立体空间三维模型，在此基础上进行数字化模拟手术，确定截骨角度及位置。根据模拟手术确定的截骨方案，用两种思路设计截骨导向器，分别为截骨槽组（锯片直接套入导向器上的截骨槽进行截骨）及定位钉组（导向器确定无头定位钉位置，根据无头定位钉位置确定金属截骨模块位置），将设计完成的两种截骨导向器模型及由薄层CT重建的膝关节3D模型用聚乳酸（PLA）材料3D打印成实物。在打印的膝关节模型上进行预手术，观察两种截骨导板的优劣。
　　结果:截骨时间：截骨槽组和定位钉组分别为(36.5±6.2)、(27.8±4.3) min，导板断裂率分别为26.7％（8/30）、0，截骨片厚度与手术规划厚度偏差分别为（3.4±2.5）、（1.6±1.7） mm，上述项目在两组间有具备统计学意义的差异。截骨槽组和定位钉组3D打印导板所消耗时间分别为（307±28） min、（302±25） min，组间差异无统计学意义。
　　结论:在用聚乳酸材料3D打印膝关节模型上进行的人工全膝关节置换预手术中，确定无头定位钉的截骨导板比带截骨槽的截骨导板截骨时间更短、所得截骨片厚度更接近术前规划、截骨面的平整度更好、截骨导板的断裂率更低，但三维打印时间相当。
　　第二部分数字化模拟技术在全膝关节置换术前假体尺寸预测的临床研究
　　目的：比较数字化模拟技术与传统胶片模板在全膝关节置换术前假体尺寸预测的优劣性。
　　方法：选取2015年1月-6月在贵州省人民医院骨科行全膝关节置换术患者60例，随机数字表法分为两组，数字化模拟测量组及传统胶片测量组。数字化模拟测量组术前采用数字技术模拟手术截骨及假体置放选定假体尺寸型号，传统胶片组术前使用传统胶片模板在同样放大率的X片上进行比对从而选定假体尺寸型号。比较两组预测准确率。
　　结果：数字化模拟测量组股骨假体相差1号者2例，相差2号1例，传统胶片组相差1号7例，相差2号2例，型号测量准确性分别为90.0%和70.0%；数字化模拟测量组胫骨假体相差1号2例，传统胶片组相差1号8例，相差2号2例，型号测量准确性分别为93.3%和66.7%。两组差异都有显著统计学意义。
　　结论：数字化模拟测量技术预测全膝关节置换术假体尺寸大小精确度较高，给下一步术前规划及术前假体型号准备提供基础。
　　第三部分膝关节CT结合下肢负重位力线片构建膝关节置换个性化截骨导板的临床对比研究
　　目的：研究使用统计学形状模型（SSM）及二维三维配准技术，结合膝关节CT图像及带标定器的下肢负重功能位X光力线片，设计制作膝关节置换个性化截骨导板，并验证临床使用该导板的效果。
　　方法：采集贵州省人民医院骨科(2014年10月至2015年6月)42例膝关节置换患者，通过随机数字表法分为导板组（21例）和传统手术组（21例），导板组术前行膝关节1毫米薄层CT及带标定器的双下肢负重功能位全长正侧位X光片，利用simpleware7.0软件重建出骨性膝关节三维模型；采用统计学形状模型（SSM）技术将双下肢带标定器的负重位全长正侧位片拟合出膝关节骨三维模型；利用数字化的二维三维配准技术使得重建膝关节三维模型与拟合出的膝关节模型配准得到负重位下肢立体空间三维模型；在双平面X片上选取髋及踝关节中心点，可得到两中心点与膝关节三维模型的相对空间位置关系。利用Geomagic软件进行术前测量、手术规划，模拟手术截骨及假体（3D扫描获得）置放，使得下肢力线得到完美重建及确定假体大小，逆向及正向设计截骨导板，快速成型技术制作导板实物用于手术操作。传统手术组采用器械公司提供的髓内及髓外定位装置行手术截骨。术后影像学复查及短期随访，评估两种手术方式的疗效。
　　结果：手术时间：导板组为49±10.5min，传统手术组为62±9.7min，有统计学差异；导板组假体冠状股骨角、假体冠状胫骨角、胫骨平台后倾角及股骨前后髁截骨面与外科髁上轴线夹角角度分别为：89.2士1.7、89.0±1．1、6.6±1.4、0.9±0.3,传统手术组分别为86.7土2.9、87.6±2.1、8.9±2.8、1.7±0.8，组间差异有统计学意义。术后3个月HSS膝关节评分导板组和传统手术组分别为(83.7+18.4)分和(71.5±15.2)分，差异有统计学意义。
　　结论：利用膝关节薄层断层扫描图像结合负重功能位下肢全长X线片构建数字化定制膝关节置换截骨导板具有较好可行性，可个体化精确化截骨缩短手术时间，术后力线重建较传统手术更优，短期疗效良好。

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前言

第一部分 两种不同设计思路3D打印截骨导板在全膝关节置换模型预手术的应用对比

1.资料与方法

2. 结 果

3. 讨 论

4 小结

第二部分 数字化模拟技术在全膝关节置换术前假体尺寸预测的临床研究

1.资料与方法

2.结果

3.讨论

4.小结

第三部分 膝关节CT结合下肢负重位力线片构建膝关节置换个性化截骨导板的临床对比研究

1.资料与方法

2.结果

3.讨论

4.小结

全文总结

参考文献

附录1

附录2

综述:数字化定制截骨导板在全膝关节置换术中的应用

致谢

攻读学位期间发表论文情况