定制化胫骨平台系统的构建及应用

为解决传统人工胫骨平台假体个体匹配性差，结构强度与生物活性难统一等问题，提出了定制化复合增强型人工胫骨平台系统的设计制造方法。采用解剖学建模技术设计出外形匹配，内含三维网状构架的复合假体模型，利用快速成型技术制造出假体的树脂原型，并分别通过精密铸造和粉末烧结技术制造出钛合金胫骨平台和大段多孔陶瓷人工骨。结果显示，该方法能快速而精确地制造出形状复杂的人工胫骨平台系统，是实现假体定制化制造的有利保证；通过将金属假体和多孔陶瓷人工骨复合，解决了载重部位大段骨缺损的修复问题。临床应用表明，该假体能与对侧关节匹配运动，通过将机械重建与生物重建相结合可实现受损关节的功能重建。     

定制式人工全髋假体设计制造及临床应用

延长人工关节的有效使用寿命是人工关节研究的关键,而骨吸收和无菌性松动是影响其使用寿命的主要因素。由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与病人骨骼之间的误差使二者难以很好匹配,不能确保人工关节的长期稳定。同时,一些病人骨骼呈先天性畸形或由于骨骼病变造成骨与关节大面积损坏,其骨骼关节与正常情况明显不同,亦不可能选用标准人工假体。计算机辅助设计和制造(Com puter aided design/ Com puter aidedmanufacture,CAD/ CAM)通过对病人骨骼的三维重建,为每一位病人进行特殊设计和制造,提高了假体与病变骨骼的匹配度,提高了人工关节的长期稳定性,有效防止了关节松动。本文对CAD/ CAM定制式人工髋假体的优点、设计制造、临床应用及有待解决的问题进行了介绍     

一种具有微观仿生结构的定制化下颌骨植入体

为了使下颌骨人工植入体具有定制化的外形，并使其具有一定的生物活性及与人骨内部哈弗氏管和福克曼管类似的三维微观通道，提出了利用快速原型制造仿生下颌骨替代物的方法。该方法首先利用快速原型技术快速准确地制作出与人骨形状相匹配的人工植入体(模型)及内部三维仿生网架，而后运用铸钛技术完成植入体钛框架的最终成型，钛网内的三维仿生网架被复合有骨形态发生蛋白的磷酸钙骨水泥所包绕。该项研究结果不仅利用快速原型制作出仿生下颌骨人工植入体，还成功地投入临床应用。结论：虽然仅以下颌骨为例，但快速原型适宜于所有仿生人工植入体的定制化制造。     

3D打印技术在人工手指关节置换中的应用现状

人工手指关节置换术是临床手指关节功能障碍疾病的重要治疗手段,经过多年的发展,人工手指关节无论在外形还是功能上都有不少改进,但是由于手指关节结构的复杂性和特殊性,传统制造的人工手指关节仍存在不少问题,其远期效果不佳与并发症的发生限制了其更大的推广与应用,其中的重要原因就是假体材料选择与假体设计的不完善。3D打印技术的出现与发展,带来了优化人工手指关节材料选择以及完善假体设计与安装的新方法,并且与传统人工手指关节假体相比具有个性化、精准化、低成本的优势,更加符合我国医疗实际情况。本文从人工手指关节的发展与研究现状、人工手指关节置换术的基本应用情况及3D打印技术在人工手指关节置换术的应用现状及前景等方面作一综述。     

数字骨科学:计算机辅助快速成型技术与人工关节

快速成型技术是20世纪80年代中期发展起来的,它是在计算机的辅助下,根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或CT等数据,通过材料的精确堆积,制造原型的一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术。人体的骨骼结构存在着很大的差异,标准化的假体不能适用于所有的患者,快速成型技术可以根据特定患者的断层图像数据,而不是标准的解剖学几何数据来设计并制作植入假体,这样极大地减少了设计的出错空间,并且这种适合每个患者解剖结构的个体定制化人工关节,确实能保证一个更好的手术结果。快速成型技术在骨关节研究领域的发展,将关节假体的外科治疗提升到个性化治疗阶段,极大地提高手术的效率与准确性。     

保留假体清创治疗人工关节置换后的急性感染

文题释义： 保留假体清创：是用于治疗关节置换后感染的一种方法，主要应用于早期治疗，对于感染的关节只是进行垫片或者内衬的更换，清除关节腔内感染及疑似感染的组织，不取出假体，对患者来说是一种痛苦小、花费少的治疗方法。 人工全膝关节置换：用于治疗重度关节磨损、严重关节畸形的患者，用金属假体代替股骨关节面和胫骨关节面并在关节面之间加聚乙烯衬垫，是近代发展非常快的手术，解决了患者膝关节疼痛，纠正了力线，提高了患者生活质量。 背景：与翻修手术比较，保留假体清创治疗假体周围感染具有创伤小、耗时短、花费低等优势，但是关于保留假体清创的适应证和围术期管理还存在争议。 目的：综述清创保留假体手术应用于假体周围感染的术前适应证、术中操作及术后抗生素应用。 方法：英文文献检索PubMed、Web of Science、Embase、The Cochrane Library数据库，年限为2000至2018年，检索关键词为“total knee arthroplasty、periprosthetic joint infection、Diagnose、treatment”。中文文献检索中国知网、万方数据库，检索年限为2000至2018年，检索关键词为“关节置换术、术后感染、保留假体清创术”。筛选相关文献，统计文献保留假体治疗关节置换后感染的成功率，总结最为准确的诊断标准及治疗最有效的方法经验。 结果与结论：目前关于关节置换后感染的诊断国际上没有统一的标准，有很多组织提出了一些共识和指南，其中Parvizi等综合其他共识和指南提出了新的假体周围感染诊断标准，其敏感性和特异性都较高，得到了大多数人的认可。保留假体清创适用于稳定且固定良好的假体、症状持续时间短、软组织良好且无窦道形成的患者。术中应该彻底清除感染坏死组织及疑似感染的组织，碘伏水浸泡半小时，更换新的垫片，清创完全后对重新消毒铺巾更换一套新的手术工具。术后应根据培养结果联合应用敏感的抗生素，院外口服利福平4个月。保留假体清创是治疗早期急性关节置换后感染的最佳方法，具有患者痛苦小、花费少、接受度高、避免翻修等优势。 ORCID: 0000-0002-2784-1542(徐长波) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程        

不同材料人工髋关节关节面磨损对无菌性松动的影响

目的：分析各种人工髋关节假体材料在实际应用中的优势和存在的问题, 对不同材料人工髋关节关节面的磨损对无菌性松动的影响进行评价。 方法：以“生物材料,人工髋关节,假体,髋关节表面置换”为中文关键词,“biological materials,hip,prosthesis,hip resurfacing”为英文关键词,采用计算机检索1990-01/2009-12相关文章。纳入与不同材料人工髋关节关节面的磨损对无菌性松动的影响相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。 结果：人工髋关节的寿命和关节面的磨损密切相关,人工髋关节置换在临床应用研究过程中, 出现无菌性松动等问题,这些问题的产生不但与假体的设计有关, 而且与假体所用材料有着密切的关系,比较了不同人工髋关节假体材料的性能,为临床选择一种具耐磨损、生物相容性好的理想人工髋关节假体材料提供依据。 结论：髋关节假体材料的表面改性和人体髋关节生物摩擦行为是未来研究的热点,髋关节假体材料性能评价体系的完善是亟待解决的问题。     

高吻合度股胫关节面人工膝关节假体的磨损

目的探讨人工膝关节假体股胫关节面高吻合度对假体运动和衬垫磨损的影响。方法设计和制作一款冠状面高吻合度膝关节假体,并用体外磨损实验和有限元模拟相结合的方法研究该假体衬垫的磨损。结果体外试验和有限元模拟所得的衬垫质量磨损率分别为(14.29±3.19)mg/MC和14.67 mg/MC(million cycle,MC,百万次循环)。5 MC后,体外试验和有限元模拟得到的衬垫磨损区域大致吻合,在中部区域会出现较为严重的磨损。结论有限元模拟与体外试验结果较为一致,股胫关节面冠状面高吻合度假体的磨损率较低。研究结果对高吻合度人工膝关节假体的磨损评估及临床应用具有实际意义。     

组配式人工半骨盆假体置换后骨盆站立位生物力学有限元分析

背景：目前关于骨盆生物力学有限元分析主要是针对正常和外伤后的骨盆,缺乏对Enneking Ⅱ区的恶性肿瘤切除、组配式人工半骨盆假体重建骨盆环缺损后骨盆生物力学模型进行三维有限元分析。 目的：观察正常骨盆及半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后患者站立体位下应力分布。 方法：采用CT薄层扫描采集1例半骨盆切除、组配式人工半骨盆假体置换后17个月患者的骨盆原始数字影像和通信标准数据,将数据导入Mimics 8.1软件建立三维实体模型,再将实体模型导入Abaqus 6.7-1分析软件,分别以正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后的骨盆,建立三维有限元模型,并分别对双脚站立、患侧单脚站立两种静力状态下进行生物力学加载并对结果进行分析。 结果与结论：在正常骨盆及组配式人工半骨盆假体置换后骨盆2种有限元模型中,不同站立体位相同载荷下健侧骨盆应力值接近;患侧组配式半骨盆假体不同站立体位时应力最大值均出现在髋臼杯上方CS脊柱内固定器与髋臼杯连接部内侧,所受最大应力均远低于其疲劳强度;组配式半骨盆假体重建后骨盆站立位时应力的分布规律与正常骨盆基本一致。说明：①组配式人工半骨盆假体置换对健侧骨盆影响较小。②站立体位下组配式人工半骨盆假体安全性好。③组配式人工半骨盆假体重建后的骨盆符合人体正常生物力学规律,具有良好的生物力学相容性基础。     

股骨上段髓腔解剖学研究进展

随着人工髋关节置换术的广泛开展和随访时间的延长，与假体有关的并发症也明显增多，其原因虽然多种多样，但假体的设计不合理是其重要原因之一。在我国使用的多是西方国家设计生产的假体，由于国人股骨髓腔等形态与西方人种的差异，常出现不完全匹配的情况，所以研究国人股骨上段髓腔的形态学特点，设计制造适合的人工髋关节就成了一个十分重要的课题，这对于提高人民健康水平．     

滚动式人工膝关节设计

针对人工关节中超高分子量聚乙烯(UHMWPE)磨粒导致的骨吸收、骨溶解及由此引起的假体远期松动问题,提出一种滚动式膝关节假体设计。这种膝关节假体利用金属—陶瓷滚动摩擦副代替UHMWPE-金属滑动摩擦副,通过降低膝关节伸屈运动时的摩擦阻力和假体—骨界面间的应力,从而减少磨屑产生,降低假体远期松动的可能性。     

一种组合式个性化人工膝关节假体数字化设计方法

目的 提出一种组合式个性化人工膝关节假体结构,解决膝关节股骨肿瘤保肢手术由于截骨位置差异性较大,很难采用标准型人工膝关节假体满足个性化需求的问题。方法 首先将患部关节区域CT数据进行三维重建,并利用MRI增强扫描技术建立肿瘤的三维模型,再通过肿瘤模型与患部关节模型进行位置匹配,在三维模型上确定手术截骨位置,根据截骨尺寸设计个性化的股骨柄与标准股骨髁假体进行有效组合,形成一种组合式个性化人工膝关节假体。结果 根据本文设计方法的结果加工成型,骨科临床医生分析膝关节假体结构与人体膝关节生理结构相符,达到个性化假体设计要求,能够重建患者膝关节功能。结论 这种膝关节假体结构有利于降低个性化膝关节假体设计加工成本,缩短设计加工周期,有望提高患者生命质量。     

膝关节形态学测量在人工膝关节置换领域的价值及意义

背景：对人工膝关节假体形态尺寸进行观察及测量,并对相关测量统计数据进行人工膝关节形态设计,有利于促进膝关节假体植入后的稳定性和组织相容性。 目的：结合文献探讨形态学测量在临床上膝关节置换中的重要性。 方法：以 “膝关节;假体;测量;设计;置换”为中文关键词,以“artificial knee joint; prosthesis;measure;design;replacement” 为英文关键词。采用计算机检索1998-01/2011-12有关人工膝关节假体设计、测量及膝关节假体植入后相容性的文章。 结果与结论：膝关节的形态学测量即膝关节的三维有限元模型、相关参数及角度、生物力学研究与膝关节假体选择及设计有着重要相关性。膝关节的形态测量有二维和三维测量,以三维测量法精确。膝关节线性尺寸之间、身高与线性尺寸之间均有很好的相关性,所测量的数据在临床上均有应用意义。典型的膝关节三维解剖模型,能为膝关节参数的测量提供一种可靠的方法,提高手术的成功。     

膝关节置换的适应证及假体选择

背景：选择合适的人工膝关节对于膝关节置换患者是非常重要的。 目的：结合文献探讨膝关节假体置换的适应证。 方法：由第一作者采用电子检索的方式,在万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中检索有关膝关节置换适应证及其相应假体选择的文章,检索时间范围：2000-01/2010-12,关键词为“膝关节置换,适应证,人工假体,生物相容性”。经检索共查到相关文献50余篇,排除内容重复、普通综述、Meta分析类文章后,筛选纳入5篇文献进行评价。 结果与结论：不同患者应根据病情、关节限制程度、固定方式和半月板功能来选择不同的人工膝关节。不同膝关节假体置换的适应证应由膝关节的骨和软组织条件决定,膝关节韧带的质量和状态、关节畸形以及关节软骨破坏的程度决定假体的选择。     

Reverse engineering in CAD model reconstruction of customized artificial joint

In order to meet the requirements of customized artificial joint design, and to reduce the production cycle and cost, we present a method to generate the complex surface of an artificial knee joint by co-ordinate measuring machine (CMM) from the normative prosthesis, and form the model data base. First, this paper describes how to plan the measure method to get the better data points and how to deal with the point cloud data. Then, the free-form surfaces are constructed from the point cloud data using the reverse engineering software-Surfacer. Lastly, the solid CAD model of the artificial knee joint is created from the surfaces by extension, intersection and so on. These models formed the data base of the prosthesis, in which we can select a suitable kind of artificial knee joint model to customize for the patient. That is, we only need to change the local data of the corresponding CAD model to meet the different requirements of the patient.     

膝关节假体置换发展及数字化成型技术的应用

背景：随着膝关节假体材料及生物力学研究的不断深入,假体设计不断更新。如何提高假体置入的几何精度,重建生物学意义上的膝关节,一直是临床关注的核心问题。 目的：总结不同膝关节假体的临床应用概况,探索膝关节三维重建个体化方案,为人工膝关节假体的设计及置换提供良好的生物力学基础。 方法：电子检索CNKI数据库、万方数据库中收录的膝关节假体设计,人工膝关节置换及数字化成型技术在人工膝关节设计中应用的相关综述、实验研究及临床论著,排除陈旧文献及置换方式保守治疗患者资料。 结果与结论：共纳入相关文献27篇。随着人们对膝关节生物力学和解剖的进一步理解,患者对人工膝关节的功能有进一步的要求,数字化重建技术为膝关节几何测量及置换的精准度提供新的思路和技术方法,为胫骨假体形态设计提供解剖数据,提高假体和截面适配度及关节稳定性,减少假体松动等并发症的发生,延长假体使用寿命。基于影像数据进行膝关节三维重建方案可行,效果肯定,可清晰、直观、多角度的观察膝关节的形态特点,既可作为骨关节局部解剖的教学方法又为临床应用提供可靠数据。     

人工膝关节常用假体材料及其生物相容性

背景：理想的假体材料对人工膝关节的功能、预后至关重要。 目的：评价各种人工膝关节生物材料的性能、应用及其生物相容性,寻找合理的膝关节替代物。 方法：采用电子检索的方式,在万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中检索1999-01/2009-12有关生物材料应用于人工膝关节的研究文章,关键词为“组织工程,人工膝关节,生物材料”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入17篇文献进行评价。 结果与结论：传统的金属和骨水泥材料仍广泛运用于人工膝关节假体中,随着医学和组织工程技术的发展,各种合成生物材料相继出现。近来出现了生物相容性较好的生物陶瓷及高分子复合材料,但存在易磨损的缺点,改进上述材料的缺点,寻求理想的人工膝关节假体材料是当前生物医学工程研究的热点之一。虽然传统的金属、骨水泥、生物陶瓷及高分子复合材料均在临床上大量应用于人工膝关节,但由于其存在各自不可避免的缺点,理想的人工膝关节假体材料仍需进一步开发。     

基于逆向工程的人工膝关节测量点云光顺建模研究

临床中实施人工膝关节假体置换手术时，大多使用国外进口的能很好地反映人体膝关节生物形态的标准型号。本研究基于逆向工程技术对国外同类产品实施反求，采用新的定位方法对表面实施数据采集，并提出三点夹角点云去噪算法和基于最小二乘法拟合平面的点云补点算法对测量点云进行光顺，然后生成准确度和光顺度较好的人工膝关节假体曲面，最后生成人工膝关节假体模型，这为人工膝关节的国产化奠定了基础。此种新算法主要适用于人工膝关节假体这一类型曲面和形状较规则及曲率变化平缓的自由曲面的测量点云光顺建模。     

一种新型膝关节假体在步态过程中接触应力的有限元仿真

目的对一种使用新方法设计的新型人工膝关节假体进行有限元模拟分析,研究改变关节假体外髁关节面的扭转角度对改善人工膝关节假体力学环境的影响。方法依据志愿者提供的膝关节CT测量数据,建立3个膝关节假体模型,内侧股骨髁在冠状面保持圆曲线,外侧股骨髁根据冠状面轮廓曲线的扭转角度不同,分为0°、10°、20°(分别命名为模型1、2、3)。将假体模型导入有限元软件,输入自然人体膝关节的运动步态信息为加载工况,模拟步态过程中膝关节假体的运动状态,并将通过模拟得到的髁间应力同使用接触力学理论公式得到的应力计算结果进行对比。结果 3组模型的最大应力出现在步态13%处,此时关节轴向力最大(2.6 kN)。模型1内、外髁最大应力分别为35.5、30.6 MPa,模型2内、外髁最大应力分别为38.4、32.6 MPa,模型3内、外髁最大应力分别为38.3、43.1 MPa。模型2、3的应力曲线相比模型1变化较为平缓。模拟得到的应力曲线与理论计算曲线的趋势相同,但个别步态时刻处有差异。结论通过增大人工膝关节假体外髁曲面的扭转角度可以改善膝关节力学环境,经过改进的膝关节假体在步态过程中对胫骨衬垫的应力突变减少,可以延长假体的使用寿命。     

陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征

背景：陶瓷对陶瓷人工髋关节假体在临床上已有一定的应用,在表面磨擦、磨损和润滑方面占有优势,具有很大的研发潜力。 目的：评价陶瓷对陶瓷人工髋关节表面磨擦、磨损和润滑特性。 方法：将金属对超高分子量聚乙烯、金属对金属以及陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的磨损界面研究进行分析,了解氧化铝陶瓷材料的结构特点、制备工艺以及磨损参数,并分析陶瓷对陶瓷人工髋关节置换治疗的效果,与其它假体材料进行对比。 结果与结论：①金属对超高分子量聚乙烯人工髋关节抗磨损性能差,使磨损颗粒进入关节和周围组织,造成骨溶解和松动。②金属对金属人工髋关节的磨损性能较金属对超高分子量聚乙烯假体有很大改善,骨溶解的发生率非常少,但由于磨损颗粒可散布于体内各脏器和体液中,使用时要注意避免发生过敏反应和毒性。③体外试验和体内试验证明陶瓷对陶瓷人工髋关节具有良好的摩擦、磨损、润滑性能,临床治疗长期随访结果显示陶瓷对陶瓷人工髋关节假体置换后无磨损颗粒,不会发生骨溶解。对于年龄较小,并且对髋关节活动度有较高要求的患者,陶瓷对陶瓷人工髋关节是治疗的首选。随着陶瓷对陶瓷人工髋关节假体设计和材料学的发展,通过改进假体的机械学特性,提高摩擦界面的耐磨性能和润滑机制,陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的远期临床疗效将更加满意。