采用反求工程和快速原型技术精确定制骨组织工程支架

背景:组织工程基本原理是从患者获取组织,经体外培养扩增种子细胞,接种在支架内,通过支架引导形成三维外形的组织,最后植入该患者体内以替代病损组织的功能,以后随着新生血管长入,支架逐步溶解,新生组织最终与周围组织完全融合。目的:探讨应用反求工程和快速原型技术定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架的可行性,克服常规制作方法的缺陷。设计:定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架方法。单位:解放军广州军区广州总医院全军创伤骨科中心。材料:支架CAD设计在广东省机械研究所CAD培训中心完成,支架快速成型制作在广东省龙创域公司完成,快速成型工艺为立体光固化工艺,采用材料为光敏树脂。方法:实验于2004-10/2005-01在广州军区广州总医院全军创伤骨科中心完成。按反求工程的基本原理,采用医学CT/MRI扫描获取患者骨骼的分层图像信息,采用计算机辅助技术进行三维重建和曲面重构建立骨骼感兴趣区域的解剖模型,并在建立的解剖模型的外形轮廓内进行支架内部结构的计算机辅助设计,建立其计算机辅助设计模型,最后采用快速成型工艺精确制作骨组织工程支架的原型。主要观察指标:①CT/MRI扫描三维重建与解剖建模结果。②个体化组织工程支架的内部结构设计结果。③个体化组织工程支架快速成型制作。结果:①经CT/MRI图像三维重建,建立了骨关节解剖模型。②计算机辅助设计软件设计支架内部结构成功地建立了骨组织工程支架的实体模型。③骨组织工程支架CAD模型指导快速成型工艺成功地制作了个体化解剖外形的支架,制作的骨组织工程支架内部结构非常精细,具有高孔隙率和较好的孔隙相互连通性能。结论:采用反求工程和先进制造技术,可以任意制作个体化解剖外形的组织工程支架;在所有快速成型工艺中,以立体光固化成型精度最高,表面光滑、成型质量最好。     

pEGFP-bFGF重组质粒转染成骨细胞的条件优化

目的：旨在优化碱性成纤维细胞生长因子（bFGF)重组质粒转染成骨细胞的条件以获得较高效率，为进一步研究bFGF基因转移在骨组织工程的应用提供基础。方法；将带有EGFP的bFGF重组质粒转染成骨细胞，改变DNA，脂质体的量以及转染时间，在荧光显微镜下观察荧光并计算转染效率。结果：在24孔培养板中，2μL脂质体介导1μg重组质粒转染10h既可获得较满意的转染效率。结论：通过优化转染条件可提高转染效率，可炒下一步基因工程细胞移植提供基础。     

关节镜下前交叉韧带重建术后翻修的原因分析和治疗对策

目的：总结关节镜下前交叉韧带（ACL）重建术后翻修的原因及处理策略。方法2005年2月至2008年1月广州军区广州总医院收治14例因ACL重建失败而需要进行翻修手术的患者,其中术后再次创伤4例、移植物失效松驰7例、膝关节粘连活动受限2例、术后感染1例。对ACL完全断裂4例、松驰失张力7例患者行一期ACL重建术,其中8例骨隧道位置正常,采用空心钻钻过原有可吸收螺钉,重新建立骨隧道;另3例骨隧道位置错误者重新定位隧道。对2例膝关节粘连患者行粘连松解手术。对1例术后感染患者行关节镜病灶清理、关节腔冲洗引流术及抗生素治疗。结果随访时间29～73个月,平均43.4个月。均未发生再次关节粘连、伤口感染、移植物断裂等并发症。IKDC评分由术前C级4例、D级10例改善为术后A级11例、B级2例、C级1例;术后Lysholm膝关节功能评分为（89±9）分,较术前的（62±10）分明显提高（P＜0.05）。结论关节镜下ACL重建失败原因复杂,翻修难度较大。详细的术前评估和手术方案的设计对于保证翻修手术成功十分重要。     

数字化和3D打印技术辅助治疗陈旧性髌骨骨折

目的探讨数字化和3D打印技术辅助陈旧性髌骨骨折精确截骨、复位和内固定方法,了解其在辅助治疗陈旧性髌骨骨折中的价值。方法自2006年以来,纳入5例陈旧性髌骨骨折畸形愈合患者采用CT薄层扫描、三维重建获得骨折部位骨关节三维模型,采用计算机辅助分析骨折移位和新生骨痂形成情况,CAD设计辅助手术模板引导骨折面准确截骨、精确复位,仿真模拟骨折复位、内固定过程,最后采用膝关节HSS评分标准评定术前、术后2周、末次随访时的膝关节功能。结果5例患者经14~23个月的随访,随访期间未发现螺钉、钢缆滑脱松动以及伤口感染等并发症,术后X线片证实骨折均解剖复位;根据膝关节HSS评分标准评价,术前HSS评分为47、53、35、40、42分,术后2周HSS评分为82、83、80、85、86分,末次随访HSS评分为95、86、89、90、91分。最后根据膝关节HSS评分标准评价:优5例。结论采用计算机辅助精确界定髌骨骨折面、模拟骨折复位内固定、个性化手术模板引导精确截骨、复位和内固定过程,解决了陈旧性髌骨骨折截骨部位确定困难、复位欠佳等问题。     

碱性成纤维细胞生长因子基因在骨膜成骨细胞中的表达

目的:探讨碱性成纤维细胞生长因子基因在骨膜.成骨细胞中的表达情况,以为其基因转移在骨组织工程中的应用奠定基础。方法:实验于2003-09在广州军区总医院医学实验科完成。采用聚乙烯亚胺介导重组真核表达载体pcDNA3.1-碱性成纤维细胞生长因子经转染至原代培养的成骨细胞中,培养36h后,采用细胞免疫组化、免疫印迹杂交、酶联免疫吸附法、四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色等方法检测碱性成纤维细胞生长因子在成骨细胞中的表达情况以及其生物学活性。结果:①pcDNA3.1-碱性成纤维细胞生长因子转染的成骨细胞能分泌表达碱性成纤维细胞生长因子至细胞培养液中,表达量约为(1.56±0.08)ng/mL,高于未经转染的细胞培养液[(0.53±0.048)ng/ml,(P<0.01)]。②经转染的成骨细胞的培养上清可以明显促进3T3细胞的增殖,表明成骨细胞所分泌表达的碱性成纤维细胞生长因子具有一定的生物学活性。结论:碱性成纤维细胞生长因子基因能够转移至骨膜成骨细胞中,经转染的细胞能够超表达碱性成纤维细胞生长因子。     

碱性成纤维细胞生长因子基因转移对成骨细胞生长特性的影响

目的:碱性成纤维细胞生长因子(Basic fibroblast growth factor,bFGF)对骨组织的损伤有修复作用,许多体内外实验均表明外源性植入碱性成纤维细胞生长因子能明显促进骨形成过程。观察碱性成纤维细胞生长因子基因转移对成骨细胞生长特性的影响。方法:实验于2003-01/07在解放军广州军区总医院医学实验科完成。成年雄性新西兰白兔,体质量1.5～2.5kg,采用聚乙烯亚胺(jetPEITM)介导真核分泌表达载体pcDNA3.1-bFGF及非分泌表达载体pEGFP-C3-bFGF转染原代培养的成骨细胞,消化收集转染成骨细胞以及未经转染的成骨细胞,利用血细胞计数器进行细胞计数,绘制细胞生长曲线,同时测定DNA浓度、碱性磷酸酶及骨钙素含量的变化。结果:①未转染的细胞在第8天进入稳定期,而经转染的细胞在第10天才进入稳定期。未转染细胞最终达到的细胞数量为(1.70±0.02)×109L-1,而经转染的细胞数量为(2.10±0.03)×109L-1,差异显著(P<0.05)。②经pcDNA3.1-bFGF转染的成骨细胞的DNA量最高,约为(255±20)mg/L,而经pEGFP-C3-bFGF转染的成骨细胞的总DNA量约为(225±20)mg/L,未经转染的成骨细胞的总DNA量为(100±10)mg/L。③pcDNA3.1-bFGF转染的成骨细胞培养至第9天后,碱性磷酸酶分泌量为(8.0±0.22)IU/mL;而未转染的成骨细胞碱性磷酸酶分泌量为(13.12±0.18)IU/mL。经pEGFP-C3-bFGF转染的成骨细胞所分泌的碱性磷酸酶与未经转染的细胞的分泌量相当,约为(12.56±0.24)IU/mL。④随着培养时间的延长,骨钙素分泌量的变化趋势与碱性磷酸酶相同,但重组质粒转染成骨细胞与未转染细胞最终分泌的骨钙素量差异无显著性(P>0.05)。结论:①经pcDNA3.1-bFGF及pEGFP-C3-bFGF重组质粒转染后,成骨细胞的生长特性有一定的变化,与添加外源碱性成纤维细胞生长因子的影响基本相同。②pcDNA3.1-bFGF转染的细胞分泌的碱性成纤维细胞生长因子能够促进细胞分裂增殖,降低碱性磷酸酶的表达,而pEGFP-C3-bFGF转染的细胞不能分泌表达蛋白,难以发挥其生物学功能。     

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.     

计算机辅助膝内翻及外翻畸形分析和精确矫形

目的探讨计算机辅助膝关节内外翻畸形分析和精确矫形的新方法,评价计算机辅助技术在膝内外翻畸形治疗中的价值。方法2005年9月～2010年9月共收治膝内、外翻畸形患者18例;膝内翻4例,膝外翻14例。其中男6例,女12例;年龄14～54岁,平均25．4岁。所有患者采用薄层CT扫描获取双下肢的二维图像数据,计算机辅助建立的双下肢三维解剖模型,将双下肢三维解剖模型导入逆向工程软件Imageware中,通过计算机辅助精确测量股骨角、胫股角、胫骨关节面夹角等参数,根据计算机辅助测量结果,选择合适的截骨部位、截骨角度,通过提取表面点云数据,CAD设计个性化辅助截骨模板,最后采用计算机模拟设计膝关节内外翻畸形的精确截骨和矫形的手术过程。术中根据计算机辅助模拟的手术方案,对4例膝关节内翻畸形患者采用胫骨近端截骨＋内固定术,14例膝关节外翻畸形患者采用股骨髁上截骨＋内固定术。采用膝关节HSS评分标准评定术前、术后的膝关节功能。结果所有患者均得到随访,随访时间9～36个月,平均18．7个月。术后早期X线证实：膝内、外翻畸形完全矫正,下肢负重力线恢复正常。术前计算机辅助测量与X线的测量值,两者测量无统计学差异（P〉0．05）;术前及术后X线测量的股骨角、胫股角、胫骨关节面夹角等参数对比,具有统计学差异（P〈0．05）。根据膝关节HSS评分标准：术前（55．4±15．2）分,术后半年（81．8±9．6）分,两者差异有统计学意义（P〈0．05）。传统方法组与计算机辅助矫形组相比,术后口角、B角和膝关节功能评分具有统计学差异（P〈0．05）。随访期间未发现有内固定失败、骨不愈合、膝内外翻复发、无神经血管损伤等并发症;其中3例患者术后2周出现异体骨排斥反应,给予伤口换药治疗后好转,随访期间未发现骨不愈合。结论采用计算机辅助膝内外翻分析和精确矫形,将膝内外翻畸形的精确矫形提升到数字化水平,具有更加精确、更加可靠、更加良好的治疗效果。     

计算机辅助技术在骨关节疾病中的应用

背景：以往采用二维图像资料如X射线片、CT、MRI扫描等进行骨关节病手术设计,在反映骨关节病变严重程度、病变位置和畸形情况等方面不全面、欠准确,而且缺少直观性。 目的：研究计算机辅助设计和快速成型技术辅助骨关节伤病手术治疗的新方法。 方法：按反求工程的基本原理,采用医学CT/MRI扫描获取106例骨伤病患者骨骼二维图像资料,采用计算机辅助三维重建建立骨、关节解剖模型,将骨、关节解剖模型输入CAD软件进行精确分析,进一步采用快速成型技术制作骨关节原型进行实物原型分析,然后将骨关节解剖模型输入计算机进行外科手术过程设计、预演,选择合适的内固定材料,计算机辅助设计、快速成型技术制作外科手术辅助模板、个性化植入物等,最后精确实施骨关节外科手术。 结果与结论：31例骨关节畸形患者术后恢复良好的解剖外形和功能;17例前后交叉韧带损伤患者术后膝关节功能良好;31例骨折患者术后3~6个月获得骨折愈合;7例个性化假体和8例内固定重建肿瘤切除后骨缺损患者,随访期间未发现内固定器械断裂、假体松动和肿瘤复发;12例髋臼发育不良患者术后恢复正常髋臼包容和良好髋关节功能。提示计算机辅助技术可应用于骨关节畸形精确数字化矫形,设计个性化假体,辅助前后交叉韧带重建,疑难假体置换,辅助特殊疑难骨折、关节内骨折、陈旧性骨折复位、固定,骨肿瘤的个性化切除设计、结构与功能重建。     

关节镜下自体髌腱中1／3重建前交叉韧带

关节镜下采用自体骨—髌韧带一骨（Ｂ—ＰＴ—Ｂ），挤压螺丝钉固定，等长重建膝关节前交叉韧带（ＡＣＬ），具有创伤小、关节内环境影响小，而且可同时进行关节内其它手术，术后病人恢复快的特点。手术的关键是获取标准的髌腱两端骨块和股骨、胫骨隧道以及选择等长点，并稳固地将２骨块挤压固定于骨隧道中。作者手术１２例、平均随访９个月，术前抽屉试验１２例阳性，术后２例阳性；轴移试验３例阳性，术后均消失；Ｌａｃｈｍａｎ试验术前１２例阳性，术后１例弱阳性，膝前痛２例。全部病人术后膝关节功能均有明显改善，无髌骨骨折及挤压螺丝钉松动。按照日本骨科学会制定的膝关节疗效评定标准，优５例、良５例、中２例，优良率达８３．３％。故认为关节镜下重建ＡＣＬ手术是一个优良的方法