人工关节外科新进展

人工髋膝关节置换经过40多年的发展，目前已经成为治疗严重髋膝关节病变的有效手术方法而广泛开展。现在骨水泥技术增加全髋假体的稳定性，全髋关节置换术后假体磨损仍是影响疗效的一个重要原因，随着材料配方和制作工艺的改进，新型金属-金属假体的磨损率较低，微创小切口技术开始用于全髋置换术。人工膝关节置换髋臼全髁假体设计改进上有活动载荷假体(如LCS假体)，高屈曲度假体(屈曲150^。)，单髁关节置换适用于下肢力线良好的单间室骨性关节炎或骨坏死的患者，计算机辅助手术技术的应用使手术更精确完善。     

个性化假体三维设计及其在恶性骨肿瘤初次置换与翻修术中的应用

目的探讨基于骨肿瘤患者CT扫描的人工髋、膝关节假体计算机辅助三维个性化设计方法和手术效果。方法选取股骨恶性骨肿瘤患者,进行CT扫描,三维重建,计算机辅助术前规划、模拟手术和假体三维设计,发送STL文件定制个性化假体。依据术前规划进行保肢手术,观察手术效果。结果设计并定制了带定位标识的个性化人工股骨柄肿瘤假体和人工膝关节铰连式肿瘤假体,手术瘤骨切除彻底、假体安装顺利、位置合适,术后双下肢等长。结论基于CT重建能设计出带标识个性化人工关节肿瘤假体,有利于保肢手术精确恢复下肢长度和精确安装假体位置。     

髋膝关节翻修术中的关键问题及3D打印应对之策

人工关节置换术是髋膝关节终末期疾病的有效治疗手段。我国人口老年化逐渐加重,关节置换的患者越来越多,初次置换术后由于假体松动、假体周围感染、假体周围骨折、聚乙烯磨损引起的骨缺损严重影响着患者的预后,需要翻修的患者也逐渐增加。现阶段,人工髋膝关节翻修中主要面临的难题有:骨缺损处理、术前规划、个性化假体需求。随着软件工程技术、材料技术的不断发展,3D打印技术将为复杂的髋膝关节置换翻修带来新的解决方案。3D打印技术在关节外科手术有以下方面的应用:优化术前规划、个性化手术;个性化内固定材料;个性化术中导航模板的制作;个性化假体设计。本文就髋膝关节翻修中的关键问题及3D打印技术在其中的应用进展作简要综述。     

计算机辅助恶性骨肿瘤个性化切除与精确重建

目的探讨计算机辅助恶性骨肿瘤个性化切除与精确重建的新方法,评价计算机辅助技术在恶性骨肿瘤手术治疗中的价值。方法 2007年1月～2010年7月共收治13例恶性骨肿瘤患者。其中男7例,女6例,年龄19～46岁。Enneking分期ⅡA期8例,ⅡB期5例。所有患者均采用薄层CT扫描获取病变部位的二维数据,重建三维解剖模型,运用计算机辅助设计（computer aided design,CAD）技术精确设计肿瘤切除范围、个性化辅助手术模板以及个性化骨修复体,模拟骨缺损修复重建过程。术中按照CAD方案精确切除肿瘤组织,采用外形匹配的异体骨或异体骨＋个性化人工关节置换重建骨肿瘤切除后遗留骨缺损。随访期间采用骨与软组织肿瘤学会（Musculoskeletal Tumor Society,MSTS）保肢评分系统对随访患者进行功能评价。结果 13例患者均获得随访,随访时间10～52个月,平均24.8个月。术后早期X线片显示骨缺损区域结构重建效果好,骨缺损区域解剖结构获得恢复。所有患者均存活,末次随访MSTS评分为17～27分,平均23.5分,其中优7例,良4例,可2例。2例发生异体骨感染,1例异体骨不愈合,1例钢板断裂,2例异体骨吸收。1例髋臼肿瘤术后18个月局部复发,行肿瘤再切除治疗。结论将计算机辅助技术用于骨恶性肿瘤的手术治疗,可以正确设计肿瘤切除边界、准确切除肿瘤并对病变区域的骨关节结构进行精确重建,从而将骨肿瘤手术治疗提升到个性化外科手术的高度。     

鼻整形假体的数字化三维模拟与辅助设计

目的建立一种计算机三维模拟与辅助设计系统,在术前真实地向患者预演术后效果,帮助整形外科医生为患者设计和制备个性化的假体.方法应用螺旋CT扫描数据和图像处理技术重构患者面部三维立体模型,将患者鼻部的三维曲面按患者期望的形态进行变形处理,模拟手术后效果并与术前进行比较.结果通过计算机辅助设计得到患者理想的个性化鼻假体外形,同时测出改变前后的形态与数值的精确变化.结论本系统为加强患者、术者的术前交流以及术前设计提供了有效和便利的手段,十分有利于术前对于假体外形、大小以及位置的正确测算,尤其对于置入假体的手术更为需要.将数字化原型设计与整形外科相结合,可以达到理想的手术效果.     

计算机辅助逆行交锁髓内钉治疗股骨髁间髁上粉碎性骨折

目的 运用计算机辅助设计(CAD)技术对22例股骨髁间、髁上粉碎性骨折行逆行交锁髓内钉固定.探讨数字化骨科手术新方法及优越性.方法 计算机辅助设计(CAD)手术组:22例股骨髁上、髁间粉碎性骨折行CT扫描,计算机辅助三维重建解剖模型,设计骨折复位辅助模板,在模板辅助下骨折复位逆行交锁髓内钉固定;对照组:25例股骨髁粉碎性骨折行常规逆行交锁髓内钉固定.对比两组的手术时间、骨折愈合率、术后恢复程度.结果 计算机辅助组的手术时间较对照组明显缩短,骨折愈合率提高,术后并发症发生率低,两组差异有统计学意义(P＜0.05).结论 计算机辅助设计手术实现了骨科手术的数字化、个性化、精确化.     

数字化技术在骨科的临床应用

目的 探讨数字骨科学理论及数字化技术在骨科中的应用. 方法 数字骨科解剖学:获取健康成人下肢连续薄层CT扫描数据,三维重建股前外侧皮瓣结构并立体显示;获取健康成人髋髓膝、踝关节连续薄层CT扫描数据,三维重建各关节后均建股骨头、膝关节、胫骨平台、踝关节中心,三维重建下肢的机械轴线.数字骨科手术设计与应用:获取12例成人单侧髋关节发育不良患者骨盆连续螺旋CT扫描数据,三维构建患侧髋关节解剖旋转中心,设计髋臼侧假体最佳置入导航模板并应用于临床,验证结果.虚拟骨科仿真:获取8例男性志愿者腰椎螺旋CT扫描数据,三维重建L4.5椎体、椎间盘及韧带,建立Wallis系统模型,按标准手术模式与腰椎模型拟合,进行有限元前处理:选取单侧先天性髋关节脱位儿童1例,模拟Pcmbc rton截骨矫形过程. 结果 重建的数字化模型可准确反映解剖学结构特点,快速成型导航模板有较好的匹配性,且操作易行、可靠;虚拟仿真可以再现手术方式及过程. 结论 重建的图像可以提供骨关节正常三维动态解剖,为“数字骨科学”概念的建立奠定了良好的基础.     

数字化骨科技术在关节置换术中的应用

随着生命科学研究的不断深入,计算机领域的尖端技术逐渐融入医学领域,这是医学发展的必然趋势.将骨科学与数字化技术紧密结合,采用计算机数字化技术对骨科领域的临床及基础问题进行研究及分析,是骨科未来的发展方向.关节置换术是一项比较成熟的技术,在治疗由骨关节炎(osteoarthritis,OA)、类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)、股骨头坏死(osteonecrosis of femoral head,ONFH)及髋关节发育不良(developmental dysplasia of hip,DDH)等疾病所致的关节疼痛、关节功能障碍等方面具有明显优势.关节置换术的关键在于肢体正常生物力学功能的恢复,而精确的术前计划、合理的假体选择、准确的术中操作是实现该目标的重要保证.因此,数字化技术在关节置换领域有不可替代的应用价值,主要应用方向包括术前计划制定、手术操作辅助、关节假体设计和定制、生物力学重建和有限元分析.本文对数字化骨科技术在关节置换术中的应用进行综述.     

鼻整形假体的数字化三维模拟与辅助设计

目的 建立一种计算机三维模拟与辅助设计系统，在术前真实地向患者预演术后效果，帮助整形外科医生为患者设计和制备个性化的假体。方法 应用螺旋CT扫描数据和图像处理技术重构患者面部三维立体模型。将患者鼻部的三维曲面按患者期望的形态进行变形处理，模拟手术后效果并与术前进行比较。结果 通过计算机辅助设计得到患者理想的个性化鼻假体外形，同时测出改变前后的形态与数值的精确变化。结论 本系统为加强患者、术者的术前交流以及术前设计提供了有效和便利的手段，十分有利于术前对于假体外形、大小以及位置的正确测算，尤其对于置入假体的手术更为需要。将数字化原型设计与整形外科相结合，可以达到理想的手术效果。     

数字技术在骨肿瘤外科的应用

随着医学影像技术、计算机辅助设计(computer aided design,CAD)技术、计算机辅助制造(computer aided manufacturing,CAM)技术、快速成型(rapid prototyping,RP)技术、术中导航技术、机器人辅助手术技术、数字化手术室以及基于骨科生物力学的手术分析评定与研究等数字技术的快速发展,骨科疾病的临床诊治正在向标准化、精细化、个性化和数字化方向发展[1-4].同样,数字技术与骨科学的交叉融合,为骨肿瘤外科领域提供了更加有力的技术保障,在骨肿瘤侵犯范围的正确评估、骨肿瘤切除安全界限的设计、复杂骨肿瘤切除及缺损修复的手术设计、个性化假体制造等方面得到了广泛的应用.现将目前在骨肿瘤外科领域运用的主要数字技术介绍如下.     

数字技术在人工髋关节置换术中的应用

目的探讨数字化骨科技术在人工髋关节置换术中的应用。方法自2013-01—2013-12对12例髋关节周围疾病需要行人工髋关节置换术者采用计算机软件技术,术前将CT扫描数据导入Mimics软件建立骨盆和股骨近端的三维模型,计算机辅助分析髋臼及股骨近端的情况,确定合适的假体大小,并在计算机上模拟假体安装的手术过程,最后按照预定的手术方案实施手术。结果所有患者均获得随访6-10个月,平均8个月。末次随访时髋关节功能Harris评分：优6例,良5例,可1例。结论计算机三维重建、计算机辅助分析和模拟人工髋关节置换过程能提高手术的准确性和安全性,在人工髋关节置换术中具有良好的应用价值。     

Computer-aided simulation, analysis, and design in orthopedic surgery

Three-dimensional computer reconstructions of bony anatomy based on computed tomographic images and radiographs may be used to analyze, simulate, and design certain orthopedic procedures. In osteotomy surgery, the computer-reconstructed models may be used to measure critical angles, surface area, and congruity of the joint surfaces. Computer reconstructions may be used in total joint replacement surgery to simulate the effect of surgical reamers and rasps, to select the geometrically optimum standard implant, or to design a custom implant. In allograft reconstructive surgery, computer reconstructions may be used to measure bony defects and to identify the appropriate allografts for the reconstruction. Plastic models may be sterilized and used as templates to sculpt the allografts immediately preoperatively. In all three applications in orthopedic surgery, three-dimensional, computer-aided reconstructions have the potential to improve results and reduce morbidity.     

骨科机器人辅助股骨颈动力交叉钉系统治疗股骨颈骨折

目的:比较骨科机器人辅助股骨颈动力交叉钉系统(femoral neck system,FNS)和传统徒手操作FNS治疗股骨颈骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2021年6月至2022年6月北京积水潭医院智能骨科连续收治的62例<65岁股骨颈骨折患者的临床资料,按照是否采用骨科机器人辅助手术分为两组:试验组30例,年龄34～56岁,采用骨科机器人辅助导航,闭合或有限切开复位后行FNS内固定;对照组32例,年龄33～54岁,采用传统徒手操作,闭合或有限切开复位后行FNS内固定。分析比较两组住院时间、手术时间、术中出血量、术中透视次数。术后6个月采用髋关节Harris评分评估两组髋关节功能恢复情况。结果:62例股骨颈骨折均顺利完成手术。试验组和对照组术中出血量比较,差异无统计学意义(P>0.05)。试验组手术时间短于对照组[42.1 (28.5,50.7) min vs.53.4(36.9,62.5) min,Z=-2.338,P=0.019];试验组术中X线透视次数少于对照组[8.0(6.0,11.0)次vs.15.0(13.0,17.0)次,Z=-5.960,P<0.00...     

使用计算机导航技术辅助脊柱骨折和不稳定的固定手术

目的 讨论应用红外线主动诱导计算机辅助三维导航系统进行脊柱外科复杂结构的手术以期提高手术安全性。方法 2002年12月～2004年7月，我们共施行红外线主动诱导计算机辅助三维导航下脊柱外科手术90例，其中各种骨折病例38例，施行椎弓根固定236枚。由于腰椎椎弓根较粗，术中透视比较容易，除非畸形明显，除正侧位X线片判断位置困难的病例外，均使用二维导航技术，其余使用三维导航技术。结果 本组236枚螺钉术后均进行了CT检查，位置不满意4枚(1．7％)，位置误差率0．23～0．56mm(导航仪自动计算)；而过去应用单纯G型或C型臂透视下先后进行了272枚颈椎椎弓根螺钉固定，其中有29枚(10．7％)位置不满意，相比之下，前者结果满意。结论 计算机导航使得手术部位的确定变得简单、手术时间缩短、手术的安全性明显提高。     

髋臼四边体损伤的治疗进展

髋臼四边体损伤是近年创伤骨科领域和盆底功能研究的热点和焦点,尽管有5种骨折分型,但均以骨折形态为唯一依据,未考虑韧带、关节囊和肌肉的牵拉力量,完善的分型需三维空间立体化描述骨块移位,以更好地指导复位和固定。7种切开显露方法仍是传统的肉眼直视下手术,如何保护纵横交错的血管神经网络和盆腔器官仍是焦点。四边体缺损造成人工髋关节脱位,定量评估四边体缺损体积和翻修技术仍是热点。本文提出髋臼骨盆血管解剖学三维网络结构,解剖学手术靶点通道和髋臼骨折复位固定锚钉点的观点,为精准、微创手术操作设计新的技术,以期实现骨科快速康复的要求。     

基于CT数据的计算机辅助髋关节体素三维重建与应用

目的计算机辅助建立髋关节可视化三维解剖模型为影像诊断学和虚拟外科手术提供形态学资料。方法选取30例患者,对其髋关节进行螺旋CT扫描,扫描数据以Dicom3.0格式直接导入计算机图形图像工作站,进行精确勾画及三维体素重建。结果三维重建模型能清楚显示髋关节骨性结构的毗邻空间关系,完整显示了髋关节及骨髓腔等的轮廓及内部细节并能在三维空间内能够任意角度旋转观察。结论计算机辅助髋关节三维重建和可视化可全面准确重现髋关节三维立体形态和空间关系,为进一步研究有限元生物力学研究、髋关节假体设计及虚拟植入等提供基础。     

计算机辅助骨科手术的应用和进展

计算机辅助手术(CAS)是近年来在外科手术领域发展最为迅速的一个领域。CAS在骨科手术中的具体应用被称为计算机辅助骨科手术(CAOS)。CAOS的含义是利用当今医学领域的先进成像设备如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、数字血管减影(DAS、超声成像(US)以及医用机器人(MR)所得到的多模图像数据，在计算机的帮助下，对医学图像信息进行处理并结合立体定位系统，对人体骨骼的解剖结构进行显示和定位，并由计算机规划手术路径，制定合理、定量的手术方案，进行术前手术模拟，在适当的图像监视和立体定位系统下，利用一定的导引系统，在骨科手术中使用计算机和医用机器人进行手术干预，为骨科医生提供强有力的工具和方法。CAOS在提高病灶定位精度，减少手术损伤，执行复杂外科操作，提高手术成功率方面有卓越的表现，配准和定位是CAOS的核心技术。CAOS已应用在脊柱外科、人工关节置换术、创伤骨科、骨肿瘤治疗中。     

C1侧块骨折Magerl技术内固定的数字化模拟及应用

目的 探讨计算机软件应用于C1侧块骨折三维重建、复位以及数字化模拟Magerl技术内固定的方法及临床意义,以指导临床应用.方法 将1具颈椎标本制作成C1侧块骨折类型,进行高速CT薄层扫描,在Mimics中对C1侧块骨折模型进行重建、复位,以Solidworks进行螺钉的设计,并在骨折复位三维模型上进行虚拟Magerl技术内固定.结果 对骨折进行了三维重建、复位,根据三维模型测量数据,完成虚拟螺钉内固定,并成功指导临床手术21例.结论 应用Mimics及Solidworks可在个人电脑上设计出C1侧块骨折数字化螺钉固定,对临床手术有很好的参考意义.     

Robot-assisted orthopedic surgery

The main advantages of robot-assisted orthopedic surgery over conventional orthopedic techniques are improved accuracy and precision in the preparation of bone surfaces, more reliable and reproducible outcomes, and greater spatial accuracy. Orthopedic surgery is ideally suited for the application of robotic systems. The ability to isolate and rigidly fix bones in known positions allows robotic devices to be securely fixed to the bone. As such, the bone is treated as a fixed object, simplifying the computer control of the robotic system. Commercially available robotic systems can be categorized as either passive or active devices, or can be categorized as positioning or milling/cutting devices. Computer assisted orthopedic surgery is a related area of technological development in orthopedics; however, robot-assisted orthopedic surgery can achieve levels of accuracy, precision, and safety not capable with computer assisted orthopedic surgery. Applications of robot-assisted orthopedic surgery currently under investigation include total hip and knee replacement, tunnel placement for reconstruction of knee ligaments, and trauma and spinal procedures. Several short-term studies demonstrate the feasibility of robotic applications in orthopedics, however, there are no published long-term data defining the efficacy of robot-assisted orthopedic surgery. Issues of cost, training, and safety must be addressed before robot-assisted orthopedic surgery becomes widely available. Robot-assisted orthopedic surgery is still very much in its infancy but it has the potential to transform the way orthopedic procedures are done in the future.     

Crowe IV 型髋关节发育不良全髋关节置换术前计算机辅助设计

 目的 探索采用计算机辅助技术, 对接受全髋关节置换(total hip arthroplasty, THA)的 Crowe IV型髋关节发育不良患者进行术前评估, 确定髋臼大小、骨缺损程度, 并在此基础上辅助手术设 计、假体选择及骨缺损修复。 方法2011 年3 月至10 月, 共10 例(13 髋)Crowe IV型高位脱位髋关节发 育不良患者接受THA 治疗。患者均为女性;年龄32~74 岁, 平均42 岁。所有患者术前行髋关节三维CT 扫描, 然后将扫描数据输入SuperImage 软件重建骨盆及髋臼。重建后在不同角度精确评估真臼位置, 测 量真臼大小及前后柱厚度, 评估骨缺损程度;将髋臼试模、骨缺损修复材料(钽金属垫块)按1颐1 大小扫 描输入计算机系统, 进行术前模拟安放, 确定髋臼假体大小、安放位置;髋臼假体安放后评估遗留的骨缺 损, 确定骨缺损修复材料, 进行骨缺损修复模拟测试。 结果 9 例(12 髋)术中实际安放髋臼假体型号与 术前计算机辅助设计一致, 1 例(1髋)假体型号较术前设计大一号。所有患者髋臼安放位置与术前计划 一致, 均安放于真臼。髋臼骨缺损修复按术前设计:4 髋因髋臼顶部骨缺损明显(臼顶部骨性覆盖 < 70%), 采用钽金属垫块修复骨缺损, 以增强髋臼的稳定性;7 髋采用Harris 法自体股骨头植骨修复骨缺 损;2 髋髋臼杯植入后臼顶覆盖可, 术中未植骨。 结论 对Crowe IV型髋关节发育不良者行计算机辅助 下THA术前设计, 有助于术前精确评估真臼发育情况、大小及髋臼骨缺损, 提高手术治疗精确性。