个体化股骨假体的计算机辅助设计实践及模拟力学实验

背景：由于人体的绝对个性化特点，标准人工假体与患者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。 目的：利用已开发的计算机辅助设计和制造程序，建立个体化股骨假体的三维模型。并通过模拟对比力学实验，验证个体化股骨假体是否优于普通型股骨假体。 设计、时间及地点：开放性实验，于2006-09/2007-05在吉林大学第一临床医院骨科研究所和吉林大学生物力学研究所完成。 材料：成人新鲜股骨尸体骨。 方法：取成人尸体股骨做全长CT扫描，得到CT二维图像。将其输入计算机。利用开发的边缘识别和三维轮廓提取软件对二维图像进行处理，识别髓腔内外轮廓，提取髓腔内外轮廓及假体轮廓数据，建立股骨和个体化股骨假体的三维模型。利用SolidWorks软件建立普通生物型和骨水泥型假体三维模型，在此平台上模拟临床手术置换骨水泥型、生物型和个体化定制型3类股骨假体。 主要观察指标：分别模拟单足和双足站立状态，测量3种股骨假体的应力分布、界面应力和初始微动情况。 结果：对最初设计的软件中边缘提取算法进行了改进，采用Canny算子，得到了更好的边缘检测结果。改进后的软件运行稳定，计算结果可信，符合预期要求。设计的个体化股骨假体的假体应力、股骨上应力、界面应力及初始微动均显著低于生物型和骨水泥型股骨假体（P < 0.01）。 结论：开发的计算机辅助设计程序运行准确可靠，可完成假体的计算机辅助设计，在此平台上设计的个体化股骨假体具有优于普通股骨假体的生物力学特性。     

个体化人工膝关节假体的计算机辅助设计☆

通过CT数据读取、膝关节三维实体建模、个体化膝关节假体的设计、虚拟手术、通过有限元分析软件及基于生物力学的数字仿真软件进行计算机辅助工程假体应力状态和系统运动生物力学评价。该流程对产品设计、评价以及手术的策划具有较强的指导意义，也是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证，表明现代计算机辅助设计技术联合工程学知识，是成功制定个体化人工膝关节假体设计的可行途径。     

计算机辅助设计人工假体治疗髋臼周围肿瘤

背景：骨盆恶性肿瘤保肢和重建在其肿瘤学和再造学观点上仍存在争议。目的：观察计算机辅助设计人工假体重建髋臼周围肿瘤切除后骨盆稳定性的效果,以期最大限度保留肢体功能,减少复发。方法：纳入2002-04/2008-06解放军第二军医大学第一附属医院骨科收治的髋臼周围肿瘤患者33例,均行肿瘤切除及计算机辅助设计人工假体置换,其中18例(软骨肉瘤8例,尤文肉瘤2例,骨肉瘤2例,恶性纤维组织细胞瘤6例)配合抗肿瘤药物治疗。人工假体置换后进行骨盆功能评定,治疗效果分为优、良、可、差4级。结果及结论：2例患者分别于人工假体置换后4,6个月死亡;31例置换后随访8~32个月,平均12.5个月,其中7例软骨肉瘤复发,其他病例功能恢复情况为：优18例,良4例,可2例,差0例。均能保留患肢大部分功能和骨盆稳定性。结果提示,恶性纤维组织细胞瘤、Ewing肉瘤抗肿瘤药物治疗有效者保肢率高,局部复发率低;软骨肉瘤复发率高;髋臼周围肿瘤手术切除及计算机辅助设计人工假体置换可最大限度地保留肢体功能,提高生活质量。     

计算机辅助设计个体化塑形钛网在颅骨修补中的临床应用

目的探讨计算机辅助设计(CAD)个体化塑形钛网在颅骨修补中的应用价值。方法 2005—2014年收治的颅骨缺损病人143例,分成2组,手工塑形组68例,计算机塑形组75例。以手术时间、钛钉使用数量、外观满意度及手术并发症率四个指标对两种塑形方法进行评价。结果均以平均数计算,手工塑形组手术时间、钛钉使用量、外观满意率、手术并发症率分别为198.3min、14.7枚、87.4%、10.3%;计算机塑形组分别为134.4min、8.8枚、98.6%、1.3%。结论计算机辅助设计个体化塑形技术使颅骨修补简单快捷,节约手术时间及费用,并发症少,外观满意。     

个体化钛合金掌指关节假体的生物力学研究

背景：目前国内外对非个体化假体的生物力学研究较多,而对个体化假体的生物力学资料尚缺乏。 目的：探讨运用生物力学实验方法观测个体化假体生物力学的优越性。 方法：①实验将经重建及快速成形制造的人个体化钛合金示指掌指关节标本设为个体化假体组;其对侧手标本的示指掌指关节为对照组;取5侧正常人手标本为正常对照组。在个体化假体组掌指关节植入个体化假体;对照组掌指关节植入Swanson假体。②利用CSS-44020试验机来模拟对3组标本分别以50,100,150,200,250,300,350 N施加垂直载荷。③观察相应掌、指骨所受的应变变化,并绘制相应的载荷－应变曲线,观察和对比个体化假体、Swanson假体和正常掌指关节的生物力学特点。 结果与结论：掌、指骨被垂直加压后,所受应变随着载荷加大而逐渐增大,观察各组数据,在实验测试范围内各应变片所测得应变值基本呈正态分布;掌骨在不同载荷下的应变要大于近节指骨。掌骨与近节指骨的应变变化在300~350 N出现了“平台期”。在压力为50 N时,各组掌、指骨所受的应变没有差别。大于100 N时,对照组与个体化假体、正常对照组应变相比差异均有显著性意义,而个体化假体、正常对照组间应变差异无显著性意义。说明个体化钛合金假体更符合掌指关节的解剖学形状,也就更符合正常掌指关节的生物力学,因此个体化钛合金假体要优于Swanson假体,为临床提供了一种新型理想的掌指关节假体。     

个体化股骨模型的建立

背景：个体化股骨模型的建立,能够准确、完整地描述出股骨的立体结构,有助于测量股骨的解剖形态,这样的模型有统一的密度和机械性能,去除了个体之间性别、年龄、种族、骨质疏松程度、是否有骨病等混杂因素,用于生物力学测试更有意义。 目的：寻找一种精确建立个体化股骨模型的方法。 方法：在天津医科大学总医院选取健康男性志愿者1例,采用16排螺旋CT对全股骨沿横断面连续扫描,在Mimics 中重建符合Dicom 3.0标准的CT图像,用UG软件对工件进行分型,用cimatron数控编程软件排序,而后设置数控加工原点坐标系,装夹、校正工件并生成刀轨制作出模具。通过点云的方法比较模具制作出的模型和原股骨。 结果及结论：制作出了个体化的股骨模型,点云比较结果显示误差在允许的范围内。此建立股骨模型的方法是可取的,能够实现预定的要求。     

计算机辅助设计在髋臼恶性肿瘤治疗中的应用：1例报告

背景：髋臼恶性肿瘤切除重建的主要目的是在安全边缘切除肿瘤并最大限度获得骨盆稳定及下肢行走的功能。既往多是通过MRI、CT、X射线片等二维资料评估切除范围,具有相当的主观性,缺乏术前设计。计算机三维重建可从整体及各个切面评估肿瘤侵蚀范围,从而做到精确确定肿瘤切除的范围。 目的：评估计算机辅助设计在髋臼恶性肿瘤治疗中的应用价值。 方法：1例髋臼血管肉瘤患者,应用薄层CT扫描获取病变部位的二维数据,计算机三维重建解剖学模型,设计截骨范围、个体化髋臼假体及模拟手术过程。按照计算机辅助设计方案切除髋臼肿瘤组织,采用异体半骨盆+个体化全髋关节置换重建骨盆环及右髋关节。 结果与结论：异体半骨盆+个体化全髋关节置换后2个月患者开始扶拐患肢不负重行走,6个月患者行走步态基本正常,右髋关节活动良好,无疼痛不适。置换后X射线片提示人工假体与骨盆匹配良好。置换后仅右髋关节外侧有少许皮肤麻木,无深静脉血栓、假体脱位、松动等并发症。提示计算机辅助设计在髋臼周围肿瘤的治疗中有着广阔应用前景,它使手术治疗提升到个体化治疗阶段,使手术更精确、更可靠、更方便,效果更佳。     

股骨近段髓腔的CT测量及股骨假体设计

背景：人工关节大多根据西方人种设计,与国人股骨近段髓腔存在一定差异。 目的：通过CT测量股骨近段横断面的髓腔内径参数,为设计符合国人的髋关节假体提供数据。 方法：通过CT对61例初次行全髋关节置换成年人的健侧股骨近段进行扫描,连续扫描3层,层厚均2 mm,测量股骨颈平面、股骨小转子平面、股骨峡部平面的髓腔内径等参数。 结果与结论：股骨峡部平面的各径线之间、股骨颈平面的宽径与内侧径之间、股骨小转子平面的长径与内侧径之间都存在着显著相关性(P < 0.05)。股骨颈平面的长径、宽径、内侧径及股骨峡部平面的皮质厚度在男女之间差异具有显著性意义 (P < 0.05)。所测3个平面的径线可为该类型股骨假体的设计提供数据支持。     

三维重建仿真模拟手术辅助颈椎间盘置换

背景：人工颈椎间盘置换要求具有规范的操作程序,这样才能减少置入假体下沉、异位骨化、假体脱位等并发症。个体化的颈椎三维模型重建模型能够模拟自身颈椎间盘的真实结构,有利于人工颈椎间盘置换过程的精准操作。 目的：分析颈椎间盘置换手术模拟的方法及临床应用。 方法：选择42岁男性患者资料,颈椎间突出症(C4/5)脊髓型,颈椎间盘置换前行颈椎64排CT平扫,进行三维几何重建,测量C4/5间盘间隙,C5上终板,C4下终板尺寸,并适当撑开椎间隙,选择合适的假体尺寸,在scanCAD软件中模拟手术,安装假体,并再次修改假体尺寸,应用于临床。 结果与结论：利用计算机模拟手术预计假体,模拟手术过程,可以有效减少置换时间,方便假体置换操作,置换过程中获得满意的临床疗效。提示三维重建仿真模拟手术能准确测量置入假体,数据真实可靠,或得满意疗效。 关键词：颈椎病;计算机;三维重建;人工颈椎间盘置换;假体     

人工股骨头假体置换与高龄股骨转子间粉碎性骨折

目的：对人工股骨头假体的分类、性质及其在骨科高龄股骨转子间骨折的应用进行归纳总结。方法：第一作者应用计算机检索PubMed数据库及CNKI数据库,在标题和摘要中以“人工股骨头假体,置换,高龄,股骨转子间粉碎性骨折”或“artificial femoral head prosthetic,replace,elderly patients,femur intertrochanteric comminuted fracture”为检索词进行检索。选择文章与检索关键词相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。共纳入29篇文献。结果：人工股骨头假体在治疗各种股骨转子间骨折中均得到了广泛的临床应用,已有多种材料类型的人工股骨头假体如金属材料、高分子聚乙烯、陶瓷材料以及碳质材料等应用于临床,并取得了显著的疗效。人工股骨头假体的功能日趋完善,在临床应用中愈加广泛,是目前治疗高龄股骨转子间粉碎性骨折的最有效方法,但此方法仍存在着手术风险大、并发症多等需要解决的问题。结论：人工股骨头假体选择的材料有很多种,各有其优缺点,目前临床上多采用复合型人工股骨头假体材料;人工股骨头假体是治疗高龄股骨转子间粉碎性骨折较为理想的方法。     

依重建脑室额角穿刺冠状面调整脑室引流管成功一例报道

<正>病例资料张某某,女性,56岁,患者既往有高血压病10年,入保定市第一中心医院6 h前活动时突然出现头痛,左侧肢体活动障碍,查体:BP165/100 mm Hg,意识朦胧,刺激后可定位,双侧瞳孔正圆,直径左∶右=3.0 mm∶3.0 mm,对光反应迟钝,左侧肢体活动差,左侧巴氏征阳性,头颅CT显示:右侧丘脑出血破入脑室,丘脑出血量约10 ml,脑室系统尚通畅,保守治疗5 d后,患者意识障碍进一步加深,复查头颅CT     

CTV与颅骨CT三维重建融合影像在小脑桥脑角肿瘤经乙状窦后入路手术中的运用

目的 探讨CT静脉成像(CTV)与颅骨CT三维重建融合影像在小脑桥脑角(CPA)肿瘤经乙状窦后入路手术中的指导作用.方法 回顾性分析2016年1月至2019年6月经乙状窦后入路手术治疗的36例CPA肿瘤的临床资料.术前应用容积再现技术将CTV与颅骨CT三维重建影像融合,明确横窦、乙状窦与颅骨标志(星点)的位置关系,确定...     

螺旋CT三维重建技术在骨盆骨折中的应用

背景：螺旋CT三维重建技术可以提供直观的三维图像,而且可以根据需要向任何方向旋转,使医生可以在任意设定的角度观察骨盆骨折移位情况,从而得到清晰直接的印象。目的：观察螺旋CT三维重建技术在骨盆骨折中的应用价值。方法：选择2007-11/2009-03遵义医学院附属医院骨科收治的骨盆骨折患者42例,男30例,女12例,分别进行X射线摄片和螺旋CT扫描,利用表面遮盖法(SSD)三维重建,同时利用三维成像软件进行多平面重建(MPR),选择能最佳显示骨折的图像进行存储并进行摄片,比较两种方法的效果。结果与结论：所有骨盆骨折患者经螺旋CT三维成像摄片均显示骨折,能较准确地描述出骨折分型和碎骨部位,其效果明显优于X射线摄片(P < 0.05)。提示螺旋CT三维成像技术在骨盆骨折的诊断中具有非常重要的作用,能较准确地显示骨折的情况,能为治疗方法的选择提供依据。     

3D打印整体复制技术在脑动脉瘤手术治疗中的应用

目的 探讨3D打印整体复制技术在脑动脉瘤手术治疗中的应用价值。方法 2017年2月至2019年2月收治符合标准的脑动脉瘤54例,根据术前规划分为观察组（27例）和对照组（27例）。对照组按常规进行计划实施手术。观察组术前应用颅脑整体3D打印模型进行动脉瘤手术模拟。结果 两组均顺利完成手术治疗。观察组术中显露时间[（123.3±74.9）min]显著短于对照组[（219.8±121.4）min,P<0.05]。两组住院时间无明显差异（P>0.05）。观察组术后6个月GOS评分[（4.33±0.25）分]、手术前后NIHSS评分差值[（5.85±3.84）分]、Barthrl指数差值[（17.50±4.56）分]均显著大于对照组[分别为（2.86±0.12）分、（3.30±3.53）分、（10.00±5.31）分;P<0.05]。两组术后并发症发生率无明显差异（P>0.05）。结论 3D整体打印模型辅助制定手术计划,可缩短脑动脉瘤术中显露时间,同时改善病人预后。     

计算机辅助三维CT重建椎动脉横突段的走行及解剖变异

背景：目前不同影像学方法对椎动脉的检查仍然存在差异和争论,计算机断层扫描血管造影技术的发展,为血管及骨关节结构的解剖观察及疾病诊断提供了新的手段。 目的：评价三维CT血管造影显示椎动脉横突段的效果,明确其走行及变异。 方法：从2009-12-01/2010-05-31头颈部联合CT血管造影检查的三维影像资料中,去除椎动脉不显影或显影不清楚的资料,选出无明显异常病变者250例,在三维图像上观察椎动脉在横突段的走行及血管管径的变异。获得原始断层图像后,通过容积重建、多层面重建、表面遮盖成像来显示椎动脉。 结果与结论：椎动脉经C6横突孔进入占所有样本的92.6%,经异常横突孔进入占所有样本的7.4%(37条),经C4,C5,C7横突孔进入的发生率分别为2.2%(n=11,占不正常的29.7%),4.6%(n=23,占不正常的62.2%),0.6%(n=3,占不正常的8.1%)。20例为右侧异常(54.1%),17例为左侧异常(45.9%)。所有患者中27例为单侧异常(10.8%),5例为双侧异常(2%)。比较椎动脉管腔直径,左侧直径明显大于右侧53例,右侧直径明显大于左侧30例,左右侧差异具有显著性意义(P < 0.01)。提示椎动脉在横突段的解剖变异发生率较高,三维CT血管造影能客观地反映椎动脉的病理改变,并清晰显示椎动脉与骨性结构的关系。     

计算机辅助设计与钛合金精密铸造的颅骨缺损个体化修复体

背景：现代的颅骨成形不应仅停留在修补缺损恢复颅腔完整性的基础上,而应达到颅骨表面解剖重建,兼顾形态和功能。目前常规使用的颅骨缺损修复方法存在许多缺限与不足,特别在修复巨大、复杂部位的缺损更加困难。目的：探讨利用CT数据、CAD、快速成型技术结合现代铸造工艺,以医用钛合金为材料颅骨缺损个体化修复体原位辅助设计与精密铸造的方法。方法：以成年山羊为实验对象,建立颅骨缺损的动物模型,CT连续薄层容积扫面获取原始数据,经数据处理后三维建模,在surfacer9.0中运用原位完全贴合、交互式屏幕显示法设计修复体三维模型。将设计的个性化修复体三维曲面模型数据输入快速成型机,完成修复体的原型制造。以钛合金为材料,运用熔模铸造法制作个体化修复体。结果与结论：通过CT原始数据的获取、图像处理三维重建、原位完全贴合法个体化计算机辅助设计、修复体快速原型制造、钛合金精密铸造成型过程完成个体化修复体制作。修复体与缺损具有极强的适配性,吻合良好。结果说明基于CT数据、计算机辅助设计、快速成型技术为解决临床医学中长期困扰的“量身定作”问题提供了有效的方法和制作手段,简化了手术操作,缩短了手术时间,降低了手术风险,外形功能恢复满意。