数字化膝关节辅助系统在全膝关节置换中的应用与研究

摘要

目的:探讨数字化膝关节辅助系统在全膝关节置换(TKA)中的应用与研究进展，分析对比不同的TKA辅助数字化技术的应用现状，研究目前3D打印导板设计的不同方法，并比较3D打印个性化膝关节导板辅助人工全膝关节置换(PSI-TKA)和iASSIST膝关节系统辅助人工全膝关节置换(iASSIST-TKA)的临床应用效果。
　　方法:在数字医学研究的基础上，探讨膝关节置换的模拟操作与设计，结合现代影像学、图像处理和骨科学，研究三维空间下肢相关轴线的客观、精确定位，提出一种新型的无解剖标志下基于质心原理确定下肢力线的方法，和其他方法进行精确性的对比，设计个性化截骨导板。同时采用回顾式研究方法，选取2016年1月至9月采用TKA手术治疗90例膝骨性关节炎患者，其中男性36例，女性54例，年龄49～88岁，平均（69.6±7.7）岁。随机分为常规手术组、PSI-TKA组和iASSIST-TKA组，其中常规手术组29例，iASSIST-TKA组31例，PSI-TKA组30例。分别两两比较术后冠状面髋-膝-踝(HKA)角、冠状面股骨组件角(FFC)角、冠状面胫骨组件(FTC)角、矢状面股骨组件屈曲(LFF)角、矢状面胫骨组件(LTC)角的偏移值评估手术的精确性;比较三组的手术时间、术中出血量、术后引流量和平均住院时间，比较术后1天、1周、2周、1个月、3个月、6个月的视觉模拟评分(VAS)与膝关节评分（临床评分和功能评分）(KSS)。计量资料组间两两比较采用q检验，计数资料组间比较采用Fisher确切概论检验或x2检验，配对设计差值及等级资料采用秩和检验。
　　结果:采用提出的无解剖标志下基于质心确定力线辅助设计的3D打印个性化截骨导板，重合度高，准确度好。PSI-TKA组和iASSIST-TKA组两组患者术后下肢力线的HKA、FFC、FTC、LFF、LTC角的偏移值均＜3°，两组间各测量角的偏移值差异无显著性差异，和常规手术组术后下肢力线偏差相比都有显著性差异。手术时间iASSIST-TKA组长于PSI-TKA组（t=15.5，P=0.00），术中出血量(t=0.24，P=0.81)和平均住院时间（t=0.65，P=0.515）两组间差异无显著性差异，术后引流量iASSIST组多于PST组(t=8.29，P=0.00)。术后引流量、术后1天、1周的VAS及KSS评分PSI组优于iASSIST组，统计有显著性差异，和传统手术相比，以上指标都有显著性差异;三组之间比较术后2周、1月、3月、6月的VAS及KSS评分无显著性差异。
　　结论:使用本文提出无解剖标志下基于质心原理确定下肢力线，设计的3D打印个性化截骨导板，效果较为精确，术后力线恢复好，可以作为辅助设计膝关节截骨导板的参考。相比于传统TKA手术，iASSIST-TKA及PSI-TKA技术均可以获得良好的手术精度，其中iASSIST-TKA技术需要更长的手术时间，术后的早期恢复慢于PSI-TKA技术，但PSI-TKA技术需要更长的住院时间，术前影像数据采集需要接受更多的射线剂量，两种技术的远期疗效尚需要进一步研究。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 膝关节力线

1．3 主要研究工作

1．4 本文内容安排

第二章 3D打印个性化膝关节截骨导板力线定位方法研究

2．1 3D打印个性化膝关节置换截骨定位导板设计

2．2 股骨胫骨定位方式的现状和问题

2．3 拟合模型确定下肢力线的方法

2．4 质心原理确定力线可行性和准确性研究

2．4．1 膝关节中心点

2．4．2 踝关节中心点

2．4．2 胫骨平台中心点

2．5 结论

第三章 3D打印个性化膝关节截骨导板

3．1 数据重建

3．1．1 数据分割

3．1．2 三维模型

3．2 个性化截骨导板设计

3．3 导板制作

3．4 手术过程

第四章 基于陀螺仪原理力线定位的膝关节系统

4．1 iASSIST力线定位

4．2 iASSIST力线定位操作要点

4．2．1 股骨远端截骨

4．2．2 股骨远端截骨验证

4．2．3 胫骨平台截骨

4．2．4 胫骨平台截骨验证

4．2．5 假体安装

5．1 一般资料

5．2 术后评估

5．3 效果评价

第六章 讨论与总结

6．3 PSI-TKA、iASSIST-TKA对手术精度的影响

6．3．2 iASSIST-TKA的优势

6．3．3 iASSIST-TKA、PSI-TKA的局限性

参考文献

综述 数字化全膝关节置换术应用研究进展

攻读硕士研究生期间发表文章情况

致谢