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。     

磁共振图像测量膝关节置换股骨假体旋转对线

背景：磁共振图像三维测量法不仅能观察和测量一个方向或一个平面的膝关节径线,也可多方向测量多个平面径线和角度。  目的：评价磁共振图像测量在临床上膝关节置换中假体旋转对线中的应用。 方法：以“磁共振,置换”为中文关键词,以“magnetic resonance imaging,replacement”为英文关键词。采用计算机检索2001-01/2009-10有关磁共振图像测量在临床上膝关节置换中假体旋转对线中应用的文章。 结果与结论：磁共振和CT同是三维测量,均能测量股骨外上髁最凸点、股骨内上髁沟最低点、股骨内上髁最凸点与膝关节后侧及远端关节线的距离,测量内上髁沟深度、宽度,并测量股骨远端内外上髁的前后径大小,以及测量股骨假体旋转角度,所测量的数据在临床上均有应用意义,且磁共振成像显示软组织远胜于CT,故磁共振图像测量可作为一种较理想的临床膝关节置换中假体旋转对线的测量方法。     

三维数字化重建在中国人胫骨近端形态学研究中的应用

背景：在进行中国人膝关节假体设计以及全膝关节置换时,不仅要考虑到中国人胫骨近端解剖特点和几何形态上的差异,同时也还应该注意不同个体间的差异性。 目的：通过数字化技术分析中国人正常胫骨近端正常形态学参考值的变化。 方法：采集正常中国人两侧膝关节原始CT扫描图像,Mimics 10.1软件系统构建膝关节骨三维数字化模型。并对胫骨近端模型模拟截骨,测量胫骨截面相关线性参数。根据不同性别进行分组观察胫骨近端形态学参考值的变化。 结果与结论：除胫骨平台外侧前后径/内侧前后径、内侧前后径与外侧前后径的差值外,男性横径和前后径值均大于女性,大部分男性受试者所测量胫骨近端各截骨面值与女性受试者相比差异有显著性意义(P < 0.01)。说明正常中国人胫骨近端形态学存在性别个体差异,具体表现在：①不同测量方法形成的测量数据可更加全面反映胫骨近端形态学特征。②胫骨平台前后径/胫骨平台横径比值方面女性大于男性。     

活动平台单髁膝关节置换胫骨后倾的有限元分析

背景：目前单髁膝关节置换中胫骨假体后倾角度的选择存在较多争议,相关的生物力学研究较少。 目的：通过有限元分析结果寻求活动平台单髁膝关节置换中合理胫骨后倾的角度。 方法：运用三维重建技术及有限元前处理技术建立正常膝关节有限元模型,并进行验证,在此基础上建立不同胫骨假体后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,统一边界条件和载荷,行有限元分析。 结果与结论：成功建立了不同胫骨后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,分析结果发现增大胫骨假体后倾可使胫骨后内侧皮质及松质骨应力逐渐增加,且增大了外侧间室载荷和软骨接触应力,而胫骨前倾使胫骨前内侧皮质应力明显增加。推荐活动平台单髁膝关节置换中选择0°-7°胫骨假体后倾。 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     

保留前后交叉韧带人工全膝关节假体的胫骨近端解剖测量

背景：目前使用的保留前后叉韧带的假体仍存在诸多问题。改良和设计保留前后交叉韧带膝关节假体相关的形态测量,特别是胫骨近端未曾见到过详细的报道和研究。 目的：通过对正常膝关节三维数字化模型进行相关的胫骨近端形态学的分析,从而为改良和设计保留前后交叉韧带人工全膝关节假体提供参考。 方法：40例正常志愿者进行膝关节的CT及MRI扫描,然后将膝关节CT、MRI断层影像数据导入Mimics 10.01进行图像分割与三维重建,重建出完整的膝关节三维实体数字化模型后再导入Geomagic Studio 11,在膝关节模型上测量前后交叉韧带在胫骨近端解剖参数,模拟截骨后测量胫骨近端截骨面的解剖参数。 结果与结论：前后交叉韧带总的宽度为(14.94±2.56) mm,性别间比较提示男性需适当增加横向的截骨宽度以避免损伤前后交叉韧带。胫骨髁间棘顶部的长度为(8.02±1.03) mm,底部的长度为(15.19± 1.71) mm,截骨后高度(9.13±0.88) mm,而且此梯形结构位于前后径48%-82%。胫骨截骨面内侧的内外径短于外侧的内外径,内侧前后径大于外侧的前后径,因而保留前后交叉韧带的假体更需要非对称性的设计。     

胫骨假体放置位置与人工膝关节置换后的稳定性

背景：目前关于在全膝置换中针对选择何种参照方法和技术来确定胫骨假体放置位置或参数尚报道较少。 目的：分析人工膝关节置换过程中胫骨假体放置的位置对其置换后稳定性及相容性的的影响。 方法：通过检索选择文章内容与人工膝关节置换过程中胫骨假体或角度相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。 结果和结论：初检得到132篇文献,根据纳入标准选择关于胫骨假体放置的27篇文章进行综合分析。由于胫骨上端几何结构的个体差异以及手术操作等原因,假体与胫骨上端切面有时不能良好匹配。全膝关节置换中,胫骨假体各面的角度、对线、对位对置换后膝关节的稳定性、屈伸功能和假体使用寿命均有重要影响;胫骨假体的放置直接关系到人工膝关节置换后假体的松动、下沉及术后关节感等。因此选用适合患者型号的假体,使假体与胫骨上端切面能良好匹配的同时,还要提高假体植入技巧,以增强假体的稳定性。     

汉族与蒙古族胫骨近端部分数字化解剖形态的测量与对比

 背景：在进行国人膝关节假体设计以及全膝关节置换时,不仅要考虑到国人胫骨近端解剖特点和几何形态上的差异,同时也还应该注意不同种族间的差异性。目的：通过对汉族与蒙古族胫骨近端的CT断层扫描及三维重建测量,对比其在蒙、汉族之间的解剖形态学差异,为全膝关节置换的假体选择提供数据参考。方法：收集于关节外科就诊的患者60例,其中汉族组、蒙古族组各30例,各组均男15例,女15例,年龄(36.00±7.22)岁。16排螺旋CT扫描仪(美国GE公司Lightspeed 16)对其进行螺旋扫描,层厚0.625 mm,扫描图像以DICOM格式导出存盘。再利用Mimics 15.0三维重建软件进行数字化三维重建测量。分别对胫骨平台宽、胫骨平台内侧前后径和外侧前后径进行测量,以观察其在性别、侧别和民族间是否具有差异性。结果与结论：以上各指标值在左、右侧别间差异均无显著性意义(P > 0.05)。胫骨平台宽、胫骨平台内侧前后径和胫骨平台外侧前后径在男、女性别间和汉族、蒙古族之间差异均存在显著性意义(P < 0.05),具体表现在：①胫骨近端的形态学测量参数无论汉族组还是蒙古族组在性别间差异均存在显著性意义,且男性各均值大于女性。②部分参数指标在汉族与蒙古族间存在着一定的差异性,提示在施行人工全关节置换时,应根据国人形态特征、性别、民族、地区等差异正确地选择并放置假体。③数字化三维重建技术和个体化设计可以针对不同人群选择适合的假体,从而确保患者在全膝关节置换后获得良好的修复效果。 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     

胫骨假体内外翻角对固定平台单髁关节置换后近期疗效的影响

背景：既往国内外均有文献报道活动平台单髁关节置换后胫骨假体内外翻角度对术后短期疗效的影响，然而对固定平台单髁关节置换后胫骨假体内外翻角度短期疗效的影响鲜有报道。目的：探讨膝关节内侧骨关节炎患者接受固定平台单髁关节置换后，胫骨假体内外翻角对近期临床疗效的影响。方法：选择2020年8月至2023年1月因膝关节内侧骨关节炎于徐州医科大学附属医院骨关节科行固定平台单髁关节置换的120例患者(122膝)为研究对象，分别由2名医师基于术后X射线片测量单髁关节置换后股骨假体内外翻角、胫骨假体内外翻角、股骨假体屈伸角以及胫骨假体后倾角。排除其余3个角度的影响后，将胫骨假体内外翻角测量结果分为<-2°、-2°-2°、> 2°3组，分别记为第1,2,3组。记录各组患者术前、术后末次随访的膝关节活动度、美国特种外科医院膝关节评分、美国膝关节协会评分及人工关节遗忘指数，并进行对比。结果与结论：(1)共纳入120例患者(122膝)，根据术后胫骨假体内外翻角大小进行分组，第1组37例，第2组60例，第3组23例，3组患者在年龄、性别、术侧等基线资料上差异无显著性意义(P> 0.05)；(2)患者...     

活动平台单髁假体的三维有限元模型建立及受力分析

目的为活动平台膝关节单髁置换有限元分析提供一种参数化联合建模方法并分析其受力变化。方法获取1例成年男性正常膝关节的膝部CT扫描,利用Mimics 13.1软件重建膝关节三维模型,通过参数化软件Rhinoceros5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,导入Mimics 13.1建立膝关节单髁置换三维模型,然后通过Abaqus6.10建立活动平台膝关节单髁置换三维有限元模型,并进行有限元分析皮质骨、松质骨的应力。结果参数化联合建模法效率高,所建模型形态逼真,精确度高,假体置换前后胫骨侧皮质骨应力变化基本一致,置换后胫骨侧松质骨受力主要在假体槽部。结论参数化联合建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了有效模型和新的研究思路,在单髁置换治疗膝关节病的临床和科研中将有广泛的应用前景。     

膝关节单髁置换界面应力失效分析

目的 分析骨水泥型胫骨假体平台界面应力,确定界面应力损伤区域,为临床单髁置换胫骨平台的应力失效问题提供参考。方法 通过人体动力学软件模拟完整周期的步态,获得膝关节的承力条件;利用医学影像及三维重建软件建立完整的膝关节模型并进行单髁置换;通过有限元法分析单髁置换后胫骨假体平台界面应力的分布规律。结果 步态下膝关节的力和角度随时间呈周期性变化,1.3 s为1个周期,膝关节合力峰值为760 N;界面最大剪切应力为11.82 MPa、最大拉应力6.849 MPa,均发生在假体-骨水泥界面的内侧前端拐角处;对于界面的最大应力,钛合金假体低于不锈钢假体。结论 假体的弹性模量减小可以降低界面最大主应力,从界面应力考虑,钛合金假体优于不锈钢假体;胫骨假体平台界面损伤区域主要在内侧前、后端拐角和外侧中端处,故提高该区域假体-骨水泥结合能力能防止单髁膝关节胫骨假体平台松动。研究结果对临床中单髁术后胫骨假体平台松动预防具有实际意义。     

The use of a reconstructed three-dimensional solid model from CT to aid the surgical management of a total knee arthroplasty: a case study

The use of a rapid prototyping method was utilised to produce a pre-operative solid model of the proximal tibia in a patient with a massive defect of the medial tibial plateau. The solid model was reconstructed from aligned sequential CT images of the knee. This was then used to determine the level of bone resection of the proximal tibia for the optimum placement of the tibial component of a total knee replacement. This technique gives the surgeon both the three-dimensional anatomical information needed to ascertain whether there is adequate bony support after cutting for the prosthesis, as well as a solid model on which to carry out the proposed surgery, before undertaking the procedure on the patient.     

Anthropometric measurements of knee joints in Thai population: Correlation to the sizing of current knee prostheses

Anthropometric data on the distal femoral condyle and the proximal tibia of 200 knees in 200 Thai subjects were measured using magnetic resonance imaging (MRI). The data including the resected femoral anterior-posterior (AP) length, the resected femoral medial-lateral (ML) width, the resected tibial AP length and the resected tibial ML width were measured. A characterization of the aspect ratio (the ML to AP dimensions) was made for the distal part of the femur and the aspect ratio (the AP to ML dimensions) was made for the proximal part of the tibia. All parameters were compared to the size of the total knee prosthesis with four prosthetic systems which currently used in Thailand: NexGen (Zimmer), P.F.C. Sigma (Depuy-Johnson & Johnson), Genesis II (Smith & nephew), and Scorpio (Stryker). The results of this study could provide fundamental data for the design of knee prostheses suitable for the Thai population.     

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。     

个体化术前模拟截骨在全膝关节置换胫骨平台假体选择中的应用

BACKGROUND: Inappropriate size of tibia prosthesis will affect the stability and long term curative effect of knee joint. Raising the tibia prosthesis bone coverage through preoperative analysis may further reduce the incidence of loosing and sinking of tibia prosthesis. OBJECTIVE: To select the appropriate prosthesis and maximize the tibia prosthesis bone coverage rate through the three dimensional reconstruction of CT and preoperative tibia osteotomy simulation among the patients preliminarily treated with total knee arthroplasty.  METHODS: Totally 76 (84 knees) patients treated with total knee arthroplasty were enrolled and randomly divided into test group (38 cases, 41 knees) and control group (38 cases, 43 knees). All the patients in the test group were underwent CT scan and three-dimensional reconstruction of CT before operation. Preoperative tibia osteotomy was stimulated. The most appropriate tibia prosthesis was selected by comparatively analyzing the data of tibia osteotomy, and maximizing the tibial plateau prosthesis bone coverage. Three-dimensional reconstruction of CT was absence in the control group by contrast. Tibia plateau bone coverage of patients in these two groups after replacement was evaluated. The repair effect was evaluated during the follow-up. RESULTS AND CONCLUSION: Totally 75 patients were followed up for 13 to 56 months. One patient in the test group withdrew from the study because of periprosthetic fractures. Analyzing from the follow-up after replacement, tibia plateau prosthesis coverage rates of test group and control group were (89.87±4.14)%, (83.15±5.21)% respectively; New York Hospital for Special Surgery scores were respectively (87.48±8.69) points and (82.37±10.14) points, the difference was statistically significant (P < 0.05). However, there were no significant differences in the range of motion and postoperative complications between test and control groups (P > 0.05). These results suggest that choosing the most appropriate type of tibia prosthesis by applying three-dimensional reconstruction of CT and preoperative tibia osteotomy on patients treated with total knee arthroplasty can improve tibial plateau prosthesis bone coverage rate and is conductive to achieve a satisfactory repair effect.      

初次全膝关节置换术中自体骨结构性植骨加带延长杆胫骨假体修复胫骨平台骨缺损

目的 探讨初次全膝关节置换术(TKA)中采用自体骨结构性植骨结合带延长杆的胫骨假体修复中、重度胫骨骨缺损的临床疗效。方法 回顾性分析2010年3月—2015年2月鄂东医疗集团黄石市中心医院骨科初次采用TKA治疗的15例中、重度内翻膝合并胫骨骨缺损患者的临床资料。其中男4 例,女11 例;年龄52～75 岁,平均58岁。膝关节内翻角17°～29°,平均(26.2°±2.4)。术前按美国膝关节协会评分(KSS)标准评定膝关节功能,临床评分(20.4±7.2)分,功能评分(21.3 ±8.5)分。胫骨平台内侧骨缺损按照Anderson骨科研究所骨缺损分型,Ⅱ型13 例,Ⅲ型2 例。均采用后交叉韧带替代型假体进行全膝关节置换,自体骨结构性植骨结合延长杆胫骨假体修复胫骨骨缺损。术后观察膝内翻角、骨愈合情况,植骨块是否移位,及假体松动、下沉等情况,末次随访时再次采用膝关节KSS评定膝关节功能。结果 15例患者均顺利完成手术,手术时间65～80 min,平均(72±6.3) min;术中出血20～55 mL,平均(43±8.5) mL。患者均获随访10~32 个月,平均(18.7±5.4)个月。末次随访时采用KSS评定膝关节功能:临床评分(92.2 ±5.0)分,功能评分(90.6±7.5)分,均明显高于术前评分,差异均有统计学意义(t_临床=42.138、t_功能=35.254, P值均<0.01)。术后X 线片显示:膝内翻角5°～9°,平均(7.6°±1.3),结构植骨块与平台骨组织一期愈合,植骨块无移位、骨吸收,无假体松动、下沉,无关节感染等情况发生。结论 对初次TKA患者,术中采用自体骨结构性植骨结合带延长杆的胫骨假体,修复胫骨平台中、重度骨缺损,可重建关节稳定性,早期临床疗效满意。     

How does the inclination of the tibial component matter? A three-dimensional finite element analysis of medial mobile-bearing unicompartmental arthroplasty

Background

Medial unicompartmental knee arthroplasty (UKA) using Oxford mobile-bearing prosthesis is performed in the treatment of medial compartmental arthritis of the knee. However, little is known about the stress distributions for mobile-bearing UKA on the medial tibial plateau.