国人正常股骨远端三维模型及骨形态测量研究

目的：利用计算机辅助设计技术建立国人正常股骨远端计算机三维模型并行骨形态测量研究，探讨此方法对国产假体设计的指导意义。方法：对2001—06／2002—07正常成人自愿者120位(主要来自北京及周边地区)正常成人膝关节CT扫描输出的股骨远端原始数据进行三维重建，测量相关参数；同时对6例尸体膝关节CT扫描并用前述方法三维重建测量，对所得的相关数据进行分析、对比，了解三维重建后的误差，分析误差原因。结果：股骨髁宽度平均为70．46mm，股骨内、外侧髁倾角分别为（82.57&;#177;3.36）&;#176;，(79.86&;#177;4.33)&;#176;股骨髁宽相对于股骨髁前后径比值任1.12～1．23；膝关节三维重建后测量的参数较手工测量偏小，其中半径参数平均误差在133～2．64min．长度线性参数平均误差在0．73～1.31mm。结论：建立了国人股骨远端相关参数指标正常参考值．计算机辅助设计技术为股骨远端复杂表面几何大体形态学研究提供一种良好的手段。     

国人股骨远端形态测量在全膝关节置换与假体设计中的意义

背景：详细了解国人的膝关节形态,从而实现国人个性化、性别差异化全膝关节置换,并设计研究符合国人特征的膝关节假体,已越来越受到业界关注。目的：通过CT断层扫描及三维重建测量正常成年国人股骨远端的解剖形态并比较其性别差异。方法：对70名正常成年国人双侧膝关节行CT扫描,男、女各35名,年龄21-60岁,通过三维重建或使用Picasa 3.0图像处理软件对其进行拼贴及重叠曝光等处理。在经过处理的图像上分别测量股骨远端前髁角、后髁角、滑车沟角的大小,股骨远端横径与外侧髁高度及两者之间的比值。结果与结论：①国人股骨远端后髁角女性大于男性(P<0.05);国人股骨远端前髁角男性大于女性(P<0.05);国人滑车沟角性别间无明显差异。②国人男性的股骨远端横径、股骨远端外侧髁高度及股骨面率(横径/外上髁高度)均大于女性(P<0.05)。结果可见国人股骨远端的形态与西方人种不同,存在性别差异。在全膝关节置换中假体的选择及其放置、股骨远端假体在设计时应体现出这些差异,使之与国人的膝关节形态相匹配。     

计算机辅助设计膝关节股骨远端三维B样条曲线的科研教育

背景：上海理工大学医疗器械与食品学院生物医学工程专业开设了《科研基础实训》,希望通过这门课程使学生可以利用AUTOCAD计算机辅助设计软件并结合课程书写相关学术论文。目的：培养学生的科研基础能力,为进一步实现个性化人工膝关节的设计和生产提供数据基础。方法：膝关节计算机断层扫描二维图像由上海市闵行区中心人民医院提供,要求同学们利用AUTOCAD软件对患者的计算机断层扫描二维图像进行轮廓提取,并且能得到膝关节股骨远端的三维B样条曲线,从而为人工膝关节的个体化设计制造做好准备,以更好地适应国内医学界对个性化膝关节置入的需求,更好地为膝关节置换患者服务。结果与结论：同学们对获得的人体膝关节股骨远端计算机断层扫描文件图像进行了图像处理,利用计算机辅助设计等图像处理软件对膝关节股骨远端进行了二维轮廓的矢量化和二维轮廓提取,建立了基于患者股骨远端计算机断层扫描断层胶片股骨远端二维图像轮廓的三维数据,为临床医学中膝关节的个性化设计提供了一种有效的手段。     

股骨下端三维有限元模型反应其真实几何结构的意义

目的:建立股骨下端的三维有限元模型,以期为膝关节三维有限元的建立和研究,提供方法学和研究平台。方法:根据螺旋CT扫描图像,利用Ansys有限元软件的由下向上的点、线、面、体的建模原则,对股骨下端的三维有限元模型进行重建。结果:建立了股骨下端的三维有限元模型。结论:建立了股骨下端的三维有限元模型,该模型能逼真地反应股骨下端的真实几何结构。     

股骨远端亚髁锁定钢板治疗股骨中下段骨折临床观察

目的:探讨股骨远端亚髁锁定钢板治疗股骨中下段骨折的临床疗效。方法:选取2013年12月~2016年12月我院收治的股骨中下段骨折患者68例,随机分为对照组和观察组各34例。对照组行逆行交锁髓内钉治疗,观察组行股骨远端亚髁锁定钢板治疗。比较两组手术用时、术中出血量、治疗前后膝关节功能评分、骨折初愈时间以及术后并发症发生率。结果:两组骨折初愈时间比较无显著性差异(P0.05);治疗前组膝关节功能评分比较无显著差异(P0.05);治疗后观察组膝关节功能评分明显高于对照组(P0.05);观察组手术用时、术中出血量及术后并发症发生率低于对照组(P0.05)。结论:股骨远端亚髁锁定钢板治疗股骨中下段骨折,可明显减少术中出血量,降低术后并发症发生率,促进膝关节功能康复,安全有效。     

股骨远端骨折患者延续性康复护理管理效果研究

目的:探讨延续性康复管理对股骨远端骨折患者膝关节功能恢复及生活质量的影响。方法:股骨远端骨折患者78例随机分为2组各39例,对照组围手术期给予常规护理和出院电话随访,观察组则在完成常规护理的同时执行延续性康复护理管理计划,为患者提供更系统的康复期护理支持。在出院后1个月、2个月、3个月各时间点对2组膝关节活动度(ROM)进行评价,同时通过WHO推荐的生活质量(QOL-BREF)测定。结果:2组患者出院后各时点的膝关节ROM值及QOL-BREF评分均有随出院时间延长而提高的趋势(均P0.05),而观察组各时间点上述评分均高于对照组(均P0.05)。结论:延续性康复管理可有效促进关节活动度的改善及生活质量的提高,对股骨远端骨折患者术后康复具有重要价值。     

应用股骨髁上交锁髓内钉治疗股骨远端骨折27例

目的探讨股骨髁上交锁髓内钉治疗股骨远端骨折时的临床价值.方法对27例新鲜股骨远端骨折病例采用股骨髁上交锁髓内钉进行内固定.结果所有病例随访12～48个月.无植入物松动、断裂.1例因骨缺损不愈合,二期行植骨后融合,其余在4～8个月内获骨性愈合.改良膝关节功能评分优18例,良7例,可2例,优良率93%.结论股骨髁上交锁髓内钉治疗股骨远端骨折具有操作简单、创伤小、并发症少和稳定性高的优点,适合在基层医院推广.     

三维有限元模型评价股骨正常站立位的生物力学特性

背景：目前建立股骨有限元模型的方法较多,但重建所得的模型普遍存在精确性较差和效率较低的问题。目的：寻求一种快速、精确建立股骨三维有限元模型的方法,并对股骨在正常站立位下的生物力学特性进行分析以指导临床工作。设计、时间及地点：三维有限元建模,于2008-06在天津医科大学总医院骨科生物力学实验室完成实验。对象：天津医科大学总医院志愿者1名,男性,30岁,应用X射线排除股骨病变及损伤等情况。方法：在Mimics中重建符合Dicom 3.0标准的CT图像数据生成空间模型,并结合应用有限元软件ANSYS生成最终的三维有限元模型。主要观察指标：沿髋关节合力方向对模型施加350N载荷,观察股骨的Vonmises应力分布。结果：应用Mimics建立了更为精确的三维有限元模型,同时缩短了建模时间。在350N载荷作用下股骨的最大位移发生在股骨头,股骨干和股骨颈各有一个应力集中区域。结论：应用Mimics建模快速、精确。髋关节载荷传导主要通过股骨颈内侧的压力骨小梁区传递至股骨干的中下1/3交界处,提示此区域容易发生疲劳性损伤。     

逆行髓内钉治疗股骨远端骨折40例报告

股骨远端的骨折发生位置靠近膝关节,有的骨折线涉及膝关节面,治疗不当会影响膝关节功能,除单纯无移位骨折外,应予以手术治疗.作者2001～2004年,采用逆行髓内钉治疗股骨远端骨折40例,效果满意,现报告如下.     

基于逆向工程个性化三维仿生膝关节股骨和胫骨部分的精确建模

膝关节置换后,要求患肢达到负重、伸屈及旋转活动,稳定性好,这就要求假体的几何形状要与人体相匹配并使其植入后与人体运动规律相一致,才能使假体与周围保留的软组织协调运动,这一切都得依赖于精确的膝关节假体设计与制造。文章利用三维镭射扫描和计算机辅助设计技术对人膝关节进行扫描并对所输出的点云数据进行处理,利用逆向工程软件Geomagic和计算机辅助设计软件UG进行膝关节三维实体模型重建,得到了非常精确的膝关节三维模型。为人体复杂的各类骨关节的三维设计提供了一种新的思路。     

β-磷酸三钙煅烧骨修复兔股骨远端骨缺损

背景：自体骨兼具骨引导和骨诱导特性而成为修复骨缺损的金标准,但其来源有限,促使研究人员去寻找各类骨移植替代物。目的：观察β-磷酸三钙煅烧骨作为骨移植替代物修复兔股骨远端骨缺损的效果。方法：制备直径5mm,深12mm的兔股骨远端骨缺损模型,实验侧骨缺损部位植入β-磷酸三钙煅烧骨试件,对照侧仅制造骨缺损模型,不植入任何材料。观察实验动物手术切口局部情况,并制备病理切片,观察材料植入后的骨长入情况。结果与结论：骨缺损部位植入β-磷酸三钙煅烧骨试件后,实验动物的切口愈合良好,在术后4周可以观察到骨缺损周边开始形成新骨,并随着时间的延长新骨形成量逐渐增多,至术后12周时,材料中心部位也可见新骨长入,材料逐渐降解,而对照侧直至术后12周时骨缺损部位仍无新骨长入。结果显示β-磷酸三钙具备良好的成骨性能,是一种优良的骨移植替代物。     

β-磷酸三钙煅烧骨修复兔股骨远端骨缺损

背景:自体骨兼具骨引导和骨诱导特性而成为修复骨缺损的金标准,但其来源有限,促使研究人员去寻找各类骨移植替代物。目的:观察β-磷酸三钙煅烧骨作为骨移植替代物修复兔股骨远端骨缺损的效果。方法:制备直径5mm,深12mm的兔股骨远端骨缺损模型,实验侧骨缺损部位植入β-磷酸三钙煅烧骨试件,对照侧仅制造骨缺损模型,不植入任何材料。观察实验动物手术切口局部情况,并制备病理切片,观察材料植入后的骨长入情况。结果与结论:骨缺损部位植入β-磷酸三钙煅烧骨试件后,实验动物的切口愈合良好,在术后4周可以观察到骨缺损周边开始形成新骨,并随着时间的延长新骨形成量逐渐增多,至术后12周时,材料中心部位也可见新骨长入,材料逐渐降解,而对照侧直至术后12周时骨缺损部位仍无新骨长入。结果显示β-磷酸三钙具备良好的成骨性能,是一种优良的骨移植替代物。     

骨质疏松股骨三维有限元模型的建立

背景:通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人体且模型间可比性低,对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人体认识的一种有效手段.目的:建立骨质疏松股骨三维有限元模型.方法:根据国人股骨平均参数,选择重度骨质疏松老年男性患者1例,年龄86岁,排除髋关节疾患.通过螺旋CT扫描获得骨质疏松股骨图像数据,将图像数据导入图像处理软件Mimics 11.1进行图像处理,生成股骨骨皮质内、外表面的轮廓曲线;再将轮廓曲线数据导入建模软件Unigraphic NX4.0进行实体建模,得到具有骨皮质、骨松质、骨髓腔的股骨三维模型;将三维模型数据导入有限元分析软件Ansys11.0进行赋值、网格划分、定义接触等操作建立骨质疏松股骨三维有限元模型.结果与结论:建立了骨质疏松股骨三维有限元模型,为骨质疏松股骨限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为研究骨质疏松股骨骨折的固定方法、关节置换等创造了条件.     

Mechanical characterization of bone quality in distal femur fractures using pre-operative computed tomography scans

BackgroundMechanical testing of implant constructs designed to treat distal femur fractures has been hampered by a lack of clinical data on the biomechanical properties of the distal femur in patients who sustain these fractures. Therefore, the purpose of this study was to use quantitative computed tomography (qCT) to investigate the mechanical characteristics of fractured distal femurs to inform the selection of synthetic materials for biomechanical testing.MethodsDistal femur fractures treated at a Level I trauma center were retrospectively reviewed and 43 cases with preoperative CT scans were identified for analysis. Scans were segmented and each bone fragment was reconstructed as a 3D model. The Young's modulus of the distal femur was determined from voxel-based radiodensity.FindingsMedian patient age was 72 years (IQR = 57–81), with 26% males and 74% females. Young's modulus in the distal femur was negatively correlated with patient age (R² = 0.50, p < 0.001). The distribution of patient-specific modulus values was also compared with the compressive modulus ranges for graded polyurethane foams according to ASTM F1839. Bone quality ranged from Grade 25 in younger individuals to Grade 5 in older individuals.ConclusionNo single grade of synthetic polyurethane foam can be selected to model all clinically important scenarios for biomechanical testing of distal femur fracture fixation devices. Rather, this data can be used to select an appropriate material for a given clinical scenario. A Grade 25 foam is appropriate for implant longevity, whereas for implant stability, Grades 5-15 are more appropriate.     

保留骨骺灭活再植术治疗儿童股骨远端骨肉瘤及术后肢体功能恢复特征

背景:保留骨骺保肢手术在改善肢体功能、避免术后肢体不等长方面较截肢术有明显的优势,但术后并发症也较截肢手术有明显的增加,主要是感染、移植骨吸收、骨折和内固定松动等。目的:观察保留骨骺灭活再植术治疗儿童股骨远端骨肉瘤的术后肢体功能恢复情况。设计:临床定期随访观察。单位:解放军济南军区总医院。对象:选择于1999-01/2005-01在解放军济南军区总医院骨病科收治的11例骨肉瘤患儿,纳入标准:①经穿刺活检病理组织学证实为骨肉瘤。②化疗前在外院未行切开活检、放疗。③化疗前后经MR检查证实骨肉瘤未穿破骺板,侵袭骨骺,即骨肉瘤与骨骺MR分型中的Ⅰ、Ⅱ型[2]。④所有病变均位于股骨下端。排除标准:经胸片、CT扫描已有远处转移者。纳入患儿中男5例,女6例。年龄4～11岁,平均(8±2)岁。病程1～6个月,所有患儿监护人对手术项目知情同意。方法:①本手术中患儿均按照计划采用MMIA化疗方案用药2疗程,2周后进行保留骨骺的灭活再植术。以股骨远端骨肉瘤为例,硬膜外麻醉或全麻成功后,患儿平卧手术台,取膝关节前内侧切口,切开骨膜,向近端作骨膜下剥离。用线锯截断股骨,仔细分离后切断股骨后侧的骨膜,钝性分离股后侧的血管神经至腘窝,结扎至肿瘤内的血管。切断腓肠肌内外侧头在股骨后髁处的附着点。依据术前MR在距骺板5mm处确定股骨远端截骨平面,应用电锯截断股骨,并用无菌玻片作涂片,以细胞学证实无肿瘤细胞存在。髓内针固定股骨,以螺丝钉交叉固定骨骺,骨缺损处以骨水泥充填。逐层关闭,放置引流管1根。以长腿石膏托固定。术后处理:常规应用抗生素预防感染。引流管拔除的时间以引流量<50mL/d来确定。石膏托固定期间注意指导患儿行下肢功能锻炼。术后12～14d拆线。术后2周同样给予MMIA方案进行化疗。术后8周拆除外固定,开始膝关节功能锻炼,并扶双拐下地,需要扶拐4个月左右。②对手术中切除的标本按国内肿瘤坏死率的取材与评定方法进行评定术前化疗效果的评估。③术后患儿恢复情况分析:观察术后患儿切口血管、神经损伤和愈合情况,对所有患儿随访,通过检查患膝屈曲角度评价患膝功能(以最后随访时为评价标准)、双下肢长度、随访期间发生转移等指标评价11例患儿的行保留骨骺的灭活再植术后恢复情况,对回植的灭活骨与截骨端、骨骺端间的愈合情况进行了动态影像学观察,对术后并发症进行观察。主要观察指标:①术前化疗效果的评估。②术后恢复情况(患膝功能、双下肢长度、随访期间发生转移等指标)。③回植的灭活骨与截骨端、骨骺端间的愈合情况的动态影像学观察以及术后复发情况。结果:纳入患儿11例均获得随访。①术前化疗效果的评估:11例患儿中,Ⅳ级7例,Ⅲ级4例。②术后恢复情况:患儿术后无血管、神经损伤。术后切口一期愈合,无切口感染及切口延迟愈合。11例获得随访10～72个月,患膝屈曲≥110°3例,90°～110°3例,60°～90°4例,<60°1例。下肢等长4例,患肢较健侧短<2.0cm5例,2.0～3.0cm2例。复发1例,转移2例,死亡3例,螺钉松动1例,灭活骨骨折1例。③动态影像学观察结果:未见骨骺处有肿瘤复发。2个月时,6例患儿的灭活骨与骨骺处已基本愈合,灭活骨与骨干截骨处有骨痂形成,4个月时骨痂明显增加,6个月时,灭活骨与骨干截骨端完全愈合。④术后复发情况:随访期内发生螺钉松动1例,由于骨已愈合,将松动的螺钉取出;灭活骨与股骨干截骨处骨折1例,采用切开复位、植骨、环抱器内固定治疗,术后4个月复查见骨愈合良好,现已再次手术24个月,双下肢等长,膝关节可屈曲至110°。结论:保留骨骺灭活再植术有利于术后功能恢复和肢体长度的保持。     

股骨远端骨折的治疗与康复

目的 :探讨股骨远端骨折的治疗与康复。方法 :2 6例股骨远端骨折采用股骨髁支持钢板、DCS、股骨倒打髓内钉三种方法进行手术固定 ,根据骨折粉碎情况 ,辅助应用松质骨螺丝钉固定 ,对骨质缺损多者应用自体髂骨植骨 ,术后尽早使用CPM进行康复锻炼。结果 :骨折愈合良好 ,膝关节功能恢复满意 ,屈膝在 90～ 13 0°。结论 :术前根据骨折的情况合理选择内固定 ,术中满意的复位及骨缺损的处理加上术后早期关节功能锻炼 ,是提高股骨远端骨折治疗效果的关键     

糖皮质激素作用下大鼠股骨远端松质骨超微结构改变:扫描电镜观察结果

背景:骨质疏松症中骨微结构的破坏是导致骨强度下降、骨脆性增加以及骨折发生率增加的重要原因.目的:通过扫描电镜观察糖皮质激素作用下大鼠股骨远端松质骨超微结构的改变.方法:3.5月龄SPF级雌性SD大鼠32只,随机分为2组,糖皮质激素组皮下注射甲泼尼龙3.5 mg/(kg·d)诱导糖皮质激素性骨质疏松,对照组皮下注射等量生理盐水.分别于干预4,9周后取大鼠股骨远端沿冠状面切开,蒸馏水冲洗骨髓腔,乙醇梯度脱水,表面喷金后利用扫描电镜观察大鼠股骨远端松质骨超微结构的改变.结果与结论:与对照组相比,糖皮质激素组大鼠骨小梁数目减少,且骨小梁变细、变脆、连接中断,立体网状结构破坏,同时骨吸收面积增加,骨胶原排列紊乱,骨微损伤增加,且糖皮质激素干预4周组较干预9周组能更好地保持骨微结构.提示糖皮质激素可导致大鼠松质骨的骨量减少、骨三维网状结构破坏、骨吸收活动增强,从而导致骨脆性增加,骨生物力学性能下降.