髋关节置换手术定制型髓腔锉的设计与加工

目的 介绍定制型髓腔锉的设计与加工方法。方法 根据相应的定制型股骨柄假体的三维模型设计髓腔锉,在计算机辅助设计（CAD）软件中,通过截除、拉伸及偏移面等操作构建出髓腔锉三维模型。采用计算机辅助制造（CAM）技术加工出定制型髓腔锉。采用本研究的CAD及CAM方法,分别为实验及临床试用设计加工了定制型髓腔锉。结果 实验及临床试用的定制型髓腔锉被用于切削相应的尸体股骨腔及患者股骨腔,植入定制型假体以后,通过分析发现假体与股骨腔匹配较好。结论 采用该研究方法设计加工定制型髓腔锉,将能够提高植入定制型股骨柄假体的成功率,将减少定制型股骨柄假体在患者股骨腔中松动的风险,能够促进股骨松质骨长入假体表面来固定假体。     

扭转力传递的非骨水泥髋关节假体设计、制作及实验分析

背景:人体股骨髓腔具有扭转的解剖结构,如果股骨髓腔的扭转结构被复制到假体的柄体上,当假体插入髓腔并在假体上加载力时,假体将加载的力转换成股骨髓腔对柄体的扭转力并将该力传递到股骨近端。目的:优化股骨近端的力传递,避免假体近端应力遮挡。方法:利用人股骨标本的CT图片重建股骨髓腔的3D模型,将该3D模型作为柄体的设计模型。将定制式柄体模型与标准假体的近端模型拼合,形成定制式假体。采用机器人磨削技术制作定制式假体,并将定制式假体与标本股骨髓腔匹配。利用有限元仿真和实验方法分析假体上加载的力与假体近端扭转微动的关系。结果与结论:仿真和实验结果表明,股骨髓腔与柄体匹配的扭转结构,可有效地将假体上加载力以扭转力的形式传递到股骨近端,假体近端的扭转微动与柄体的微动相关,而柄体的微动可通过改变柄体与髓腔的匹配区大小得到控制。     

基于CT三维重建个性化设计猪股骨髋关节假体与骨髓腔接触率的定量研究

目的基于CT三维重建个性化设计猪股骨髋关节假体与骨髓腔接触率的定量研究。方法选择猪股骨,拍摄实验前正侧位,双斜位片,再运用CT进行横断面扫描,获得CT数据后三维重建。基于CT三维重建数据,运用机器人磨削个性化假体,使其成为与髓腔完全匹配的定制假体。匹配后,拍摄实验后正侧位片,计算定制假体与髓腔接触的骨皮质或者骨松质的表面积以及接触率。结果通过计算,个性化假体近端表面与骨髓腔直接接触率为90.8%,与医疗机器人辅助扩髓组获得的假体表面与骨髓腔直接接触率相近,远较传统手工扩髓组获得的假体近端表面与骨髓腔直接接触率高。结论基于CT三维重建个性化股骨假体与猪股骨髓腔初始固定直接接触率为90.8%,可获得良好的接触率。     

基于标准X线片的定制型股骨柄的设计与加工

目的研究基于标准X线片的定制型股骨柄设计与加工的方法。方法开发设计假体的软件，其中包括X线片的扫描，股骨腔的获得，假体设计，匹配程度分析，以及绘制二维加工图。利用CAM技术，可以加工设计出所需要的假体。结果在普通机床上加工出股骨柄假体，临床反映股骨柄假体与患者股骨骨髓腔匹配较好。结论临床结果以及理论分析均表明本文介绍的设计与加工股骨柄假体的方法切实可行。     

标准截面形状定制型股骨柄假体设计

目的 介绍一种标准截面形状定制型股骨柄假体结构以及自行开发的设计方法。方法首先利用DICOM格式的患者股骨CT图像,重建患者股骨近端模型;根据重建出的患者股骨近端模型构建股骨柄假体匹配段矩形的截面边界,并在矩形截面边界内用简单的线条初步构建出假体的截面轮廓曲线;利用股骨近端模型对初步设计出的股骨柄假体进行验证,并通过调整设计参数使最终设计出的个性化股骨柄假体与患者股骨髓腔相匹配。结果 定制型人工髋关节股骨柄假体采用标准截面形状,便于快速设计出个性化假体,而且设计操作简单。参数化程序设计大大降低了个性化股骨柄假体的设计工作量。结论 标准截面形状定制型股骨柄假体的设计将有助于提高定制型人工髋关节置换手术的成功率,促进定制型股骨柄假体在临床上的应用,进一步提高患者的生活质量。     

国人生物固定型股骨柄假体几何设计系统方法

生物固定型股骨柄假体要达到取代病变骨组织、完成被替代部分的动力学功能的目的,就必须要求假体结构上满足两个特征,即:与股骨髓腔良好的结构相容性(假体与股骨良好的匹配、稳定密合)和与骨组织的生物力学相容性.目前,国产股骨柄基本上以仿制欧美柄型为主,因此,国人与西方人种之间股骨的解剖学统计差异直接影响到股骨柄的临床使用效果.本文从国人股骨几何解剖特征入手,详细阐述股骨柄分型的具体方法、股骨柄几何形状确定的一般原则,并运用CAD/CAE虚拟设计与分析系统以及生物力学试验等必要的评价来说明股骨柄假体几何设计的系统思路.     

全髋关节返修术中打压骨移植的生物学表现及临床应用

1概述 骨科医师在面对大面积的髋臼或股骨近端骨缺损时,打压骨移植（IBG）是常用的技术手段之一。髋臼端IBG包括用打压颗粒骨填充空洞缺损,继之插入骨水泥或非骨水泥髋臼假体。股骨端IBG主要是用颗粒骨逆行填充股骨缺损并造就一个类似的髓腔,这样骨水泥股骨柄就可以顺利打入。这一技术对于一些年轻病人显的更有吸收力,因为这样做能潜在恢复一定的骨储备。在全髋关节返修（RTHA）中,最常见的骨缺损的原因是无菌松动、颗粒介导的假体周围骨溶解、假体移位、     

一种股骨头假体个性化设计方法研究

为解决人工髋关节置换手术后假体无菌松动等并发症,适应假体个性化快速设计和制造的需求,对假体设计方法进行研究.采用医用CT技术、计算机辅助设计和有限元计算分析相结合的方法,依据患者股骨髓腔解剖形状和置换要求设计髋关节假体;用有限元软件ANSYS建立股骨的三维有限元模型,并自主开发计算机程序计算得到股骨的材料参数,在股骨有限元模型中实现股骨材料的非均匀及各向异性描述;用计算机仿真植入了定制髋假体的股骨--假体系统后的接触问题;分析对比股骨在术前术后的应力、应变大小及分布,检验假体设计的合理性;定量地确定股骨在手术后所产生的应力遮挡效应的程度,研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠,为优化设计假体和评估假体植入后的长期稳定性提供了基本方法.     

基于X线片定制股骨柄假体的设计原理及方法

目的 介绍自编的基于X线片设计定制型股骨柄假体程序系统的设计原理及功能模块。方法 利用图像处理方法提取X线片上一些患者股骨解剖特征点（如小粗隆最高点、股骨头中心及转子间窝等）、2个规划的手术截骨位置点（大粗隆侧截骨边界位置点及截骨线最低点位置点）以及一些设计用关键位置点（如假体远端位置、假体颈干连接段最高点位置等）,以此预测患者股骨近端髓腔,并通过输入设计参数值（如颈干角、前倾角、预留的松质骨厚度、假体匹配段截面圆弧半径及假体过渡段高度等）设计出定制型股骨柄假体。并对设计出的定制股骨柄假体进行匹配区域多个截面的二维截面验证和三维的总体验证。结果 根据验证情况,调整设计参数重新生成股骨柄假体模型点云数据,使设计出的股骨柄假体与患者股骨腔相匹配,达到定制型假体设计要求。结论 介绍的程序系统可用于为患者设计定制型股骨柄假体,设计周期较短,成本较低,有利于促进定制型股骨柄假体在临床上的应用,进一步提高患者的生活质量。     

定制型人工髋假体研究应用

假体松动是目前导致人工髋部假体置换术失败的主要原因。人类股骨上段骨髓腔大小形状差异显著,以致通常设计的髋假体柄在多数情况下不能与骨髓腔形成解剖匹配,接触面小,假体-骨界面应力分布不合理,显著影响假体-骨结合面的稳定性。近几年,按人配制的定制型人工髋假体的研究应用已受到重视。本文介绍发展定制型人工髋假体的依据、定制型人工髋假体的设计研究与临床应用以及定制型假体尚有待解决的问题。     

股骨髓腔前弓形态性别差异及与假体柄设计的关系

目的 在CT三维重建辅助条件下测量股骨髓腔前弓形态的解剖参数,为设计适合国人的股骨柄假体提供依据.方法 对105例正常国人股骨进行左侧股骨全长扫描,并利用图像分析软件对股骨髓腔前弓进行参数测量.结果 股骨髓腔长度、股骨前弓顶点至小粗隆平面长度男性均大于女性,差异有统计学意义(P＜0.001);而股骨前弓顶点的位置指数男女差异无统计学意义(P＞0.05);女性股骨前弓相对曲率大于男性,差异有统计学意义(P＜0.001).股骨前弓顶点的弓高和髓腔长度(弦长)无显著相关性(r=0.106,P=0.281).结论 男女性之间股骨前弓解剖形态存在一定差别,髋关节置换手术时应选择合适长度的股骨柄,并且有必要根据这些差别设计适合不同性别的股骨柄假体.     

骨质疏松时股骨上段髓腔形态学特点及其临床意义

目的:探讨骨质疏松时股骨上段髓腔的形态学变化,为老年人工髋关节置换术提供依据。方法:160根股骨,每个标本分别拍照正位、侧位、45°内斜位和45°外斜位的X线片,记录Singh指数,测量股骨上段髓腔,研究Singh指数和股骨上段髓腔的关系。结果:Singh指数为7￣5的62个标本中髓腔扩大者6.5%(4),不扩大者93.5%(58);Singh指数为4￣1的95个标本中髓腔扩大者67.4%(64),不扩大者32.6%(31);Singh指数越大,股骨上段髓腔越窄,Singh指数越小,股骨上段髓腔越宽大;骨质疏松时股骨髓腔扩大是全方位的,其骨皮质吸收以髓腔内面明显。结论:(1)骨质疏松标本髓腔扩大峡部不明显,假体设计要考虑到峡部不明显时如何使股骨柄远端与股骨骨髓腔形态相匹配,对老年人可将柄下端适当加粗,以适应髓腔变化。(2)对骨质疏松老年人,选择假体前要拍照股骨全长的正、侧位及双斜位X线片,对髓腔形态有较全面的评估,以选择适合的假体。     

与关节置换有关的股骨近端髓腔解剖学研究进展

阐述与髋关节置换有关的股骨近端髓腔的解剖学研究的现状和进展。通过对中国人近端股骨髓腔解剖学参数的测量和研究,发现中国人股骨近端髓腔形态与西方人存在差异,并且股骨近端的各截面髓腔横径大小、峡部的高度及股骨前弓的弧度半径,中国人均小于西方人种,因此容易导致假体松动甚至髋关节脱位,并且股骨的髓腔开放指数及峡部的位置个体间的差异也较大。因此提出可以根据中国人解剖学特点,设计个体化的假体,使其与股骨近端髓腔匹配良好,延长假体使用寿命,减少术后并发症。     

非骨水泥全髋关节置换术中股骨内侧皮质骨的应力公布

目的　股骨近端术中骨折是影响非骨水泥全髋置换术的重要因素 ,本研究探讨股骨髓腔扩大后 ,不用锤打入假体柄 ,可减少术中股骨近端骨折的危险。方法　应用圆桶状应力仪 ,比较 6件扩大股骨髓腔后插入假体柄 ,股骨解剖试件内侧和前内侧应力分布情况。另比较 8件股骨试件 ,分别用锤打入和恒速机械负荷打入假体柄 ,测量各假体柄应力分布情况。在机械负荷打入假体柄中 ,模拟股骨周围的软组织 ,用力学试验机将假体柄恒速打入。结果　用股骨环轴定位测量 ,最大应力首先出现在股骨内侧和前内侧。最大应力的大小、方向和位置 (张应力或压应力 )各股骨…     

基于三维CT多平面重建股骨近段髓腔的形态学实验

背景:股骨近段髓腔的形态学特点对于股骨假体的匹配和远期稳定性至关重要。但目前还没有基于三维CT多平面重建股骨近段髓腔的形态学研究。目的:分析国人近段股骨髓腔的总体三维形态学特点,用以指导假体设计和手术操作。方法:50件(25对)正常国人的股骨标本,由吉林大学基础医学院解剖学教研室提供。对股骨标本进行CT扫描和多平面重建,在矢状面、冠状面及横断面重建图像中选择标准化层面分别测量股骨前弓角、近段股骨髓腔长度、股骨距轴线与近段股骨髓腔轴线的夹角(股骨距矢状面倾角)、干骺端髓腔内壁倾角以及股骨颈前倾角。应用Pearson二元相关分析明确以上参数的相关性。结果与结论:近段股骨髓腔长度为(175.6±8.6)mm;股骨前弓角为(10.6±1.8)°;在经股骨距内缘层面、中份层面和外缘层面股骨距矢状面倾角分别为(12.7±1.2)°,(6.3±0.9)°,(0.3±0.06)°;干骺端髓腔内壁倾角为(18.8±2.7)°;股骨颈前倾角为(11.0±2.3)°。相关分析表明股骨前弓角和股骨颈前倾角呈显著正相关(r=0.749,P=0.014)。在矢状面上,由内侧向外侧股骨距轴线与近段股骨髓腔轴线逐渐趋向一致。虽然在外观上近段股骨在干骺端部位存在后弓,但近段股骨髓腔的轴线为直线,近段股骨髓腔无后弓。提示进行初次人工全髋关节置换,直柄假体更能够适应国人近段股骨髓腔的形态。干骺端髓腔内壁的较大倾角使其成为股骨近端应力承载的最重要部位,因此干骺端髓腔内壁倾角应作为假体选择和术前计划的重要参数。     

逆向工程在重构髋关节骨CAD模型中的应用

目的:根据逆向工程原理,运用逆向工程软件把CT/MRI扫描的髋关节组织数据重建模型,使其能用于CAD/CAM机械制造中。材料与方法:应用Mimics软件,对髋关节组织扫描图像进行处理,创建三维立体模型,并在此模型基础上提取NURBS曲线、曲面模型,进行CAD设计再创造,使其最终运用于CAD/CAM中。结果和结论:假体/植入体的设计需要病理区的数字模型作为参考,如果没有病理区的模型,假体设计将很难开展下去。本研究运用Mimics中MedCAD模块,用MRI二维断层扫瞄数字在创建髋关节骨三维模型的基础上,进行髋关节股骨上段曲线、曲面提取。通过CAD的再创造,模型都可以IGES格式输出,可供任何CAD系统软件读取,用于构建生物材料的金属件、进行定制体的设计、制造等。     

髓腔解剖交锁与F2L生物型股骨假体全髋置换:中长期随访比较

背景:髓腔解剖交锁股骨假体为圆柱柄,文献报道其临床疗效满意,但也有研究显示有些患者出现大腿痛,骨改建引起的股骨近端骨丢失,以及磨损碎屑相关的骨溶解等。F2L股骨假体为锥形柄,文献报道临床疗效满意,大腿痛的发生率较低。目的:对比观察髓腔解剖交锁与F2L生物型股骨假体全髋关节置换的中长期疗效。方法:1997年11月至2005年1月采用生物型股骨假体行全髋关节置换60例66髋,52例58髋获得随访。其中采用髓腔解剖交锁生物型股骨假体24例26髋,随访10年3个月至15年5个月;采用F2L生物型股骨假体28例32髋,随访8年3个月-11年1个月。通过临床Harris评分和X射线片进行疗效观察。假体的生存率采用Kaplan-Meier分析,以股骨假体的无菌性松动和任何原因所致的翻修为终点。结果与结论:末次随访时髓腔解剖交锁组和F2L组的Harris评分差异无显著性意义(P0.05)。置换后F2L组大腿痛的发生率明显低于髓腔解剖交锁组(P0.05)。髓腔解剖交锁组应力遮挡1度21髋(81%),2度5髋(19%);F2L组应力遮挡0度20髋(62%),1度12髋(38%),两组差异有显著性意义(P0.05)。髓腔解剖交锁组的应力遮挡与F2L组差异有显著性意义(P0.05)。F2L组骨溶解的发生率明显低于髓腔解剖交锁组(P0.05)。Kaplan-Meier分析髓腔解剖交锁股骨假体和F2L假体生存率均为1.0(95%可信区间:0.98-1.00)。提示髓腔解剖交锁股骨假体和F2L生物型股骨假体全髋关节置换长期疗效满意,F2L组大腿痛及骨溶解的发生率显著低于髓腔解剖交锁组。     

中国人股骨上段几何特征研究

目的研究股骨近端几何形态的统计规律,以改善现有的人工关节设计.方法成人尸体股骨480根,正侧位X光片摄片获得原始成像,用计算机数字图像技术结合测量21个参数,对股骨上段髓腔曲线进行拟合和统计.对股骨髓腔截面形态进行自动提取,并采用圆锥曲线拟合、二次曲线简化、形心曲线拟合等数学方法,将股骨髓腔截面形态简化为长短轴、形心轴线等几个参数.结果获得480例股骨上段参数的统计数据,150例股骨上段髓腔截面的长短轴以及截面形心的曲线拟合方程并对截面的长短轴和形心曲线方程进行了分类.讨论本研究对股骨髓腔21个参数做了大量统计分析,应用模式识别的方法将曲线形状参数以分类定为6种,并选出截面形心的曲线拟合方程,这些都为假体柄部的设计提供了科学的依据,为三维建模提供了基础,使得CAD优化设计成为可能.     

基于X光片的定制型人工髋关节股骨侧假体设计

介绍一种利用 X光片设计定制型人工髋关节股骨侧假体的方法。采用圆弧和直线形成髋关节股骨侧假体外形轮廓。通常髋关节股骨侧假体匹配段尺寸公差要求并不严格 ,加工这种髋关节股骨侧假体可不采用数控加工中心。利用自编的程序成功地设计了三根股骨的假体。根据一个股骨标准数据库重建了这几根股骨的大致髓腔模型 ,这些模型被用来检验设计出的假体。设计出的假体被加工了出来 ,并分别植入股骨。结果表明该设计髋关节股骨侧假体方法切实可行     

Χ光片测量法确定骨髓腔孔径

在临床工作中常遇到需要根据骨髓腔宽度选择适当植入物的问题,如:长管骨骨折选择髓内针,关节假体的柄径需与骨髓腔相适应等。现在虽然有了计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术,但准确测定骨髓腔孔径仍存在问题。这是由于输入计算机的骨数据也是通过X光片获得的,所以弄清X线片的放大倍率对准确测量骨髓腔孔径有重要意义。