计算机导航辅助髋臼肿瘤精确切除与重建

目的 探索髋臼恶性肿瘤精确切除与重建的有效方法,评价其临床治疗效果.方法 利用图像融合、逆向工程、计算机辅助设计与制造等技术,建立髋臼恶性肿瘤精确切除与重建的治疗流程,完成术前规划并制备个体化定制髋臼假体,利用计算机导航系统辅助手术实施,实现肿瘤的精确切除及假体安装.自2010年12月至2012年5月,采用该流程治疗3例髋臼恶性肿瘤患者,软骨肉瘤2例、原始神经外胚层肿瘤1例,均累及骨盆Ⅱ+Ⅲ区.采用国际骨肿瘤协会(Musculoskeletal Tumor Society,MSTS)功能评分评价患肢功能,统计并发症发生情况.结果 3例患者均成功获得精确的肿瘤切除与髋臼重建.1例患者术后因搬动失误发生髋关节脱位,予以闭合复位;该例患者术后出现下肢深静脉血栓形成,对症治疗后治愈.术后3例患者均获得随访,随访时间10～21个月.至末次随访时3例患者均无瘤生存,未见感染、假体松动、螺钉断裂等并发症.MSTS评分为18～26分.结论 计算机导航辅助肿瘤切除和个体化定制髋臼假体重建能够满足髋臼肿瘤精确切除和重建的要求,肿瘤切除彻底、髋臼重建满意、并发症发生率低、近期效果良好,是外科治疗恶性髋臼肿瘤的一种有效方法,其远期疗效有待于进一步观察.     

计算机导航辅助外科治疗骨肿瘤

目的 通过应用计算机导航系统辅助骨肿瘤术前设计、切除与重建,探讨骨肿瘤精确切除和重建的安全性与有效性. 方法 2009年2月至2011年8月,实施计算机导航辅助外科治疗骨肿瘤患者39例,其中男21例,女18例,年龄16～59岁,平均36.6 岁;肿瘤发生于骨盆区20例,股骨远端9例,胫骨近端6例,脊柱4例.术前利用计算机导航系统将CT和MRI的.dicom数据进行分析处理,精确显示骨肿瘤边界并标定,设计肿瘤切除范围,术中在导航引导下进行骨肿瘤的精确切除,并根据术前设计选择肿瘤关节假体或同种异体骨进行骨结构重建.术后评价肿瘤局部控制情况,按照MSTS93功能评价标准进行功能评定.结果 术中解剖注册点与术前三维虚拟CT影像匹配性好,平均注册误差为0.52 mm(0.4～0.7 mm).36例患者按术前设计切除肿瘤并采用同种异体骨或人工假体重建骨缺损区.术中未发生神经血管和脏器损伤,肿瘤标本边缘病理检查显示切缘清洁无肿瘤.所有患者随访3～32个月,平均19.5个月.5例恶性肿瘤局部复发,其中骨盆3例,肢体2例;肺转移3例.MSTS93功能评分为24.8分(22 ～ 28分). 结论 计算机导航辅助骨肿瘤切除与重建是一种安全、有效的方法,有利于避免肿瘤切除的盲目性和重建的随意性,减少肿瘤复发,提高功能效果.     

计算机辅助技术在髋臼周围恶性肿瘤治疗中的应用研究

目的探讨计算机辅助技术在髋臼周围肿瘤手术中的应用研究及临床效果。方法应用CT数据及快速成型技术,模拟髋臼周围肿瘤切除术,设计手术切除范围,确定截骨面,模拟修复重建,制造病变髋臼精确模型和个体化假体后,进行手术治疗。2003年6月到2007年6月,共有8位患者应用计算机辅助技术进行了髋臼肿瘤切除重建术,其中男3例,女5例,骨巨细胞瘤4例,脊索瘤1例,软骨肉瘤2例,骨肉瘤1例。根据Enneking骨盆肿瘤分区：Ⅱ区3例,同时累及Ⅱ区和Ⅲ区5例。随访时间为2—6年。结果手术中病变切除彻底,假体安装顺利,术中平均出血5700ml。术后有2例（25％）患者复发,其中骨肉瘤1例,术后18个月死于双肺转移;软骨肉瘤1例,术后13个月局部复发,术后17个月死亡;1例术后2年时出现螺钉松动,并发股动脉损伤,行动脉修复术后,患者可持拐行走,其余5例患者假体无松动。肢体功能评分参照人工全髋关节置换术后Harris评分标准,60～69分1例,70～79分5例,80～90分2例。结论应用计算机辅助技术参与髋臼周围肿瘤的模拟切除重建,保证了手术的顺利进行和精确的假体重建,临床效果优良,有着良好的应用前景。     

计算机三维重建技术在指导髋臼恶性肿瘤切除与骨盆重建中的应用

目的: 探究计算机三维重建技术在模拟骨盆、确定恶性肿瘤切除范围、假体个体化设计等方面的意义及实际应用效果。材料及方法: 女性髋臼软骨肉瘤1例, 病灶侵蚀髋臼底、髂骨、坐骨, 盆腔内软组织浸润约10cm。作病灶及骨盆的CT扫描, 计算机三维重建, 运用激光快速成型技术, 制出实物骨盆模型。根据模型确定截骨范围及截骨标志点, 模拟病灶切除。继续通过计算机, 制作与切除病灶相匹配的髋臼假体, 附带与周围骨盆组织完全服贴的固定柄。通过假体与患者肿瘤骨盆模型模拟手术与假体装备。取Smith Peterson及Radley联合入路, 显露髋关节、耻骨支、坐骨支, 按三维重建模型标志点切除肿瘤、植入预制假体; 假体分别以髂骨翼、耻骨、坐骨残余部分牢固固定。骨水泥固定髋臼内衬, 置换股骨头。结果: 手术时间约7h, 出血约2 000ml, 摄片示肿瘤缺损消失, 人工假体与骨盆和谐匹配, 髋关节活动良好。未出现神经损伤、深静脉栓塞、感染、脱位等现象, 患者恢复良好。结论: 计算机三维重建技术可以为髋臼肿瘤的恰当切除、匹配髋臼假体的个体化制作及骨盆的良好重建提供指导。     

数字骨库的建立及其在骨肿瘤手术治疗中的应用

目的 建立数字化骨库,并探讨其在骨肿瘤切除同种异体骨重建中的临床应用价值.方法 采用薄层CT对现有骨库中的大段同种异体骨进行扫描,将所得断层数据输入自制的数字骨科管理软件,三维重建后建立数字化分析系统.利用数字化骨库找到匹配的骨重建材料,并在术前设计截骨范围和异体骨修整.2009年11月至2012年6月对11例骨肿瘤患者采用数字化骨库和计算机辅助导航技术进行手术治疗,男7例,女4例;年龄13 ～42岁,平均24.7岁;其中骨巨细胞瘤3例,骨肉瘤5例,软骨肉瘤2例,尤文氏肉瘤l例.术后复查患处X线片并采用肌肉骨骼肿瘤学会93(MSTS93)评分系统评价肿瘤学结果和功能恢复情况. 结果 应用数字化骨库可以明显缩短异体骨材料的选配时间,并明显提高异体骨选配的精确性.使用计算机辅助导航进行肿瘤切除大段同种异体骨重建,术前CT三维虚拟影像与实际解剖注册点匹配满意,注册误差平均为0.42 mm.11例患者术后随访3～30个月,平均15.7个月;术后复查影像可见肿瘤切除范围与异体骨重建区域与术前计划完全吻合,肿瘤切除范围安全,边界完整,无肢体不等长或畸形发生;未见局部复发和远隔转移,无内固定松动、断裂和关节塌陷,无明显免疫排异反应;异体骨与宿主骨愈合时间5～7个月,平均6.3个月.MSTS93功能评分平均为25.7分. 结论 建立的数字化骨库可在术前精确选择同种异体骨并完成手术设计,结合计算机辅助导航技术可实现骨肿瘤切除、大段同种异体骨重建的个体化设计,可有效提高骨肿瘤手术治疗的安全和疗效.     

3D打印辅助术前设计在髋臼周围软骨肉瘤切除与半骨盆假体置换术中的应用

目的探讨3D打印技术辅助术前手术方案设计在髋臼周围软骨肉瘤切除与半骨盆假体置换术中的临床应用效果。方法纳入自2005-06—2015-02行肿瘤切除、半骨盆假体置换术治疗的38例髋臼周围软骨肉瘤,18例采用3D打印技术辅助术前手术方案设计(3D打印组),20例采用传统方案定制假体(传统组)。比较2组手术时间、术中出血量、术后双下肢不等长距离、髋臼倾斜角度在安全范围的例数,以及末次随访时的关节功能。结果 38例均获得随访,随访时间平均27.3(10~61)个月。与传统组比较,3D打印组手术时间更短,术中出血量更少,术后双下肢不等长距离更短,差异有统计学意义(P0.05)。2组髋臼倾斜角度在安全范围的例数、切口并发症例数、末次随访时MSTS 93评分比较差异无统计学意义(P0.05)。结论髋臼周围软骨肉瘤切除与半骨盆假体置换术前3D打印技术辅助手术方案设计具有可行性,有利于术中肿瘤快速切除及假体准确安装,可减少手术时间及术中出血量,也在一定程度上简化了手术操作。     

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。     

半骨盆置换术治疗骨盆恶性肿瘤的中远期随访

[目的]探讨半骨盆置换术在骨盆恶性肿瘤广泛切除和功能性保肢手术中的应用.[方法]回顾本科自2003 ～2007年16例半骨盆切除和重建手术治疗案例,评估骨盆恶性肿瘤广泛切除和假体置换术的疗效和并发症.[结果] 16例骨盆原发性恶性骨肿瘤患者,接受了骨盆肿瘤切除和计算机辅助定制人工半骨盆假体置换手术.患者平均年龄为27岁,病理类型包括4例骨肉瘤、6例软骨肉瘤、3例骨巨细胞瘤、1例尤文肉瘤和2例纤维肉瘤,外科分期为ⅡB.术前评估包括:MRI、ECT全身骨扫描、肺部CT、肿瘤穿刺活检及动脉血管造影并根据病理结果部分行动脉灌注化疗,广泛切除骨盆肿瘤,安装定制人工半骨盆假体.术中平均出血2 600ml(1 200～8 500ml).5例有伤口并发症,脱位3例.中位随访时间36个月(23 ～62个月),3例局部复发行局部切除放疗,4例死于原发肿瘤远处转移,MSTS功能评分平均72％.[结论]在骨盆原发性恶性肿瘤的治疗中,合理的广泛切除是治愈肿瘤的关键,应用计算机辅助半骨盆假体置换能快速、有效重建骨骼缺损,原发肿瘤对化疗及放疗的敏感性及肿瘤的性质是决定预后的主要原因,伤口并发症及脱位是其主要并发症,患者心理满意度较高,患肢功能可以接受.     

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。     

计算机辅助骨盆肿瘤精确切除和功能重建

目的探讨计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)在确定骨盆肿瘤切除边界、重建骨盆和髋关节结构中的应用价值。方法 2006年11月-2009年4月收治5例骨盆肿瘤患者。男3例,女2例;年龄24～62岁,平均36.4岁。骨肉瘤、骨巨细胞瘤、血管肉瘤各1例,软骨肉瘤2例。根据Enneking骨盆肿瘤分区:Ⅰ区、Ⅰ+Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅰ+Ⅳ区各1例。按反求工程的基本原理,采用CT、MRI扫描获取患者骨盆二维数据,计算机三维重建建立骨盆解剖模型,将解剖模型输入CAD软件精确界定肿瘤切除范围,并设计个性化辅助手术模板、个性化假体以及模拟肿瘤切除、骨缺损修复重建过程。术中按照CAD方案精确切除骨盆肿瘤组织,采用外形匹配的同种异体髂骨加内固定或同种异体髂骨加个性化假体修复肿瘤切除后骨缺损,重建骨盆。结果 5例患者均顺利完成手术,手术时间平均7.9 h,术中出血量平均3 125 mL。术后1例出现切口内积血,1例出现脑脊液漏,均对症处理后痊愈。5例均获随访,随访时间24～50个月,平均34.5个月。患者均于术后4～6周扶双拐部分负重行走,3～6个月恢复行走功能。2例于术后18个月局部复发,1例行局部肿瘤再切除术、1例行局部放疗,无再复发。术后24个月采用国际保肢学会(ISOLS)推荐的骨肿瘤保肢术疗效评价标准进行功能评定,获优2例,良3例。结论采用CAD设计的个性化辅助手术模板、个性化假体及模拟手术过程,保证了骨盆肿瘤切除的精确性和可靠性,将骨盆肿瘤的切除和功能重建提升到个体化治疗阶段,可获得较好的疗效。     

工业设计评估与决策体系研究

针对工业设计中诸多的模糊因素,根据模糊综合决策理论和设计满足消费者的程度,提出了一种设计的评估方法和决策模型.     

Comparison of outcomes after bilateral simultaneous total knee arthroplasty using gender-specific and unisex knees

The clinical and radiologic results of a gender-specific total knee arthroplasty design were compared with those of a conventional unisex design in 50 female patients with bilateral osteoarthritis and a minimum follow-up of 2 years. Total knee arthroplasty was performed using a conventional unisex implant in one knee and a gender-specific implant in the other. Clinical outcomes, which included range of motion, Hospital for Special Surgery scores, and Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index scores, were compared. In addition, patients' subjectively preferred sides were noted, and radiologic results based on implant positions, posterior offsets, anterior offsets, and patellofemoral alignments were evaluated. No significant differences were observed between range of motion, Hospital for Special Surgery score, or Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index scores. Patient subjective preferences and radiologic results were also similar for both sides. In conclusion, gender-specific knees in female total knee patients showed no advantages over standard unisex knees in terms of clinical or radiologic outcomes.     

An application of LTR design in fault detection

The fault detection and isolation (FDI) problem is considered in this paper. The FDI problem is formulated as a filter design problem, where the faults in the system is estimated and the disturbance acting on the system is rejected. It turns out that the filter design problem can be considered as a standard Loop Transfer Recovery (LTR) design problem. As a consequence of the connection between LTR and FDI design, it is shown in an example how the LQG/LTR design method for a full order and a proportional-integral observer can be applied with advantages in connection with FDI. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Evaluating an Organizational‐Level Occupational Health Intervention in a Combined Regression Discontinuity and Randomized Control Design

Organizational‐level occupational health interventions have great potential to improve employees' health and well‐being. However, they often compare unfavourably to individual‐level interventions. This calls for improving methods for designing, implementing and evaluating organizational interventions. This paper presents and discusses the regression discontinuity design because, like the randomized control trial, it is a strong summative experimental design, but it typically fits organizational‐level interventions better. The paper explores advantages and disadvantages of a regression discontinuity design with an embedded randomized control trial. It provides an example from an intervention study focusing on reducing sickness absence in 196 preschools. The paper demonstrates that such a design fits the organizational context, because it allows management to focus on organizations or workgroups with the most salient problems. In addition, organizations may accept an embedded randomized design because the organizations or groups with most salient needs receive obligatory treatment as part of the regression discontinuity design. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

On the optimum flexure problem in structural mechanics

The problem of optimal load transmission by flexure, and in particular the minimum moment volume problem in transversely loaded plane systems, is one of the few structural optimization problems admitting closed form solutions. The theory gives the minimum weight solutions for grillages, fibre-reinforced plates, and space frames of preassigned depth. Characteristically, the route to the solution is through energy arguments or the calculus of variations. Early work also employed informal logical arguments, linear programming, and concave programming in the case of reinforced concrete slabs. More recently, concise function theoretic methods in Banach spaces have appeared. Initial investigations by the authors suggest that the optimum flexure problem can be handled straightforwardly by optimal control systems theory, a theory which offers the prospect of a consistent and systematic approach to design problems in general. New interpretations of, and insights into, the optimum flexure problem may be gained through optimal control theory.     

玻璃瓶样造型设计与实现

建立了玻璃瓶样设计的造型模型，利用参数化圆弧光滑连接曲线和Bezier曲线构造瓶体外轮廓.采用体积控制设计方法，较好地满足了旋转类瓶体的造型、设计要求.     

Shape optimization analysis: First- and second-order necessary conditions

In this paper, first- and second-order necessary conditions for optimality are studied for a domain optimization problem. The optimization problem considered is the minimization of an objective function defined on the domain boundary through the solution of a boundary value problem. In order to derive the first and second variations of the objective function due to boundary variation, the first and second variations of the solution of the boundary value problem are calculated using a perturbation technique. An iterative shape optimization algorithm for potential flow problems in R² with Dirichlet boundary conditions is presented. In the algorithm a boundary element method (BEM) is employed to solve the Laplace equation numerically. The validity and accuracy of the algorithm have been verified on a problem where the final solution is known. Finally, the problem of designing a 90° bend for two-dimensional potential flow is solved.     

Optimal design in pediatric pharmacokinetic and pharmacodynamic clinical studies

It is not trivial to conduct clinical trials with pediatric participants. Ethical, logistical, and financial considerations add to the complexity of pediatric studies. Optimal design theory allows investigators the opportunity to apply mathematical optimization algorithms to define how to structure their data collection to answer focused research questions. These techniques can be used to determine an optimal sample size, optimal sample times, and the number of samples required for pharmacokinetic and pharmacodynamic studies. The aim of this review is to demonstrate how to determine optimal sample size, optimal sample times, and the number of samples required from each patient by presenting specific examples using optimal design tools. Additionally, this review aims to discuss the relative usefulness of sparse vs rich data. This review is intended to educate the clinician, as well as the basic research scientist, whom plan on conducting a pharmacokinetic/pharmacodynamic clinical trial in pediatric patients.     

模拟设计在鼻整形患者心理护理中的应用

目的：探讨模拟设计软件对鼻整形患者心理护理的效用。方法：将门诊鼻整形咨询就诊者随机分为软件设计组和对照组,软件设计组用数码相机从不同角度拍摄就诊者面部照片,借助Mirror形体设计软件对鼻整形患者进行数码形态分析,利用分析结果协助咨询,指导手术,同时进行有目的的心理护理。对照组未采用形体设计软件,进行常规咨询、手术。通过比较两组咨询成功率和手术后满意率,来评价形体设计软件模拟设计对鼻整形患者心理护理的作用。结果：软件设计组48例,咨询后接受手术者42例,术后满意者36例。对照组48例,咨询后接受手术者33例,术后满意者27例。相比较软件设计组的咨询成功率高于对照组（P〈0.05）,手术后满意率高于对照组（P〉0.05）。结论：Mirror形体设计软件模拟设计有助于患者在术前初步预见术后效果及配合医师手术,满足患者心理需求,加强了医患之间的互动,从而能够有的放矢的进行心理护理干预,达到提高咨询成功率的目的。     

成人髋臼发育不良的个性化股骨假体设计

目的探讨个性化股骨假体计算机辅助设计在成人髋臼发育不良（AD）行全髋关节置换术中的应用。方法取1例AD女性患者的髋关节和股骨全长CT扫描数据,直接以Dicom格式导人Mimics10．01矢量化处理后建立股骨三维模型,提取股骨髓腔轮廓并重组三维模型。上述模型通过Solid Work2005完成假体的优化处理。最后利用Mimics平台装载STL功能以及手术模拟模块完成假体虚拟植入。结果实现了基于CT二维资料的三维重建,设计的假体与患者股骨髓腔匹配良好,通过模拟假体良好装配帮助解决假体前倾角调整,髓腔匹配等一系列问题。结论以现代CT扫描所获得的二维影像资料在Mimics的矢量化处理后能获得精确的股骨三维模型;提取股骨髓腔并重建模型方便准确,与计算机辅助设计软件相结合可以设计出个性化股骨假体。