全膝关节置换手术导引中股骨头中心定位精度的实验研究

应用准确、快速的方法确定股骨头中心是全膝关节置换手术导引中的一项关键技术.我们提出了一种确定股骨头中心的算法,该算法的核心是将问题抽象成已知球面上若干点求解球心的几何模型.通过实验验证,该方法正确可行,其精度满足导引手术的要求.     

三维重建及有限元分析预测股骨头坏死塌陷

通过三维重建技术对坏死股骨头的MRI影像进行重构，获得坏死股骨头的三维几何模型，并由几何模型测量得到股骨头及坏死病灶的体积；同时进行临床实验获得真实坏死股骨头的体积数据。通过对38例患者股骨头的计算机模型和数据与临床实验数据的统计分析，讨论了股骨头坏死病灶大小和部位与股骨头塌陷的关系。然后根据股骨头的坏死区域与所受载荷大小不同，共进行了15组的股骨头受力有限元分析，对坏死股骨头的塌陷情况作了验证。结果表明，本研究提供了一种有效的方法，指导临床选择最佳的治疗方案。     

髂前上棘、耻骨联合及股骨头中心的影像定位与体表关系

目的通过X线骨盆平片测量,计算股骨头中心与这两点的关系。分析其特点,找到一个简便、相对准确的体表确定股骨头运动中心的方法。方法门诊选取健康男女性各20人﹙无腰髋症状及病史﹚,得到年龄、身高、体重。摄标准骨盆正位片,拍照前体表找到髂前上棘、定位,于其上放置参照物。使用测量软件测量骨盆宽度、高度、髂耻线及股骨头中心数据。将各项参数收集后进行统计学分析。结果股骨头中心距髂耻连线距离平均为2.72cm左右。股骨头中心在髂耻连线的投影点均位于髂耻连线中点的外侧,距离髂耻中点1.08cm左右。结论股骨头运动中心是髋膝关节置换及骨折手术的重要标志,通过髂前上棘、耻骨联合等体表标志确定股骨头中心简便易行、值得推广,可作为临床手术定位的辅助。     

应用三维重建测量股骨颈前倾角的计算机方法研究

目的寻求一种测量结果更符合真实前倾角值的测量方法。方法应用计算机重建股骨CT断层图像获得三维模型,将股骨头拟合成球体以确定股骨头中心;然后截取股骨颈区域并重新分割为断层图像,测量每层的体积进行比较以确定股骨颈峡部,从而确定股骨颈中心;经三维模型表面直接选取内、外髁。结果股骨头中心、股骨颈中心的连线即为颈轴线,内、外髁的连线即为髁状轴,根据Billing对前倾角的定义,两线所形成的夹角即为前倾角。结论该研究符合定义法测量,故测量结果更为可信。     

个体股骨头坏死三维有限元模型的建立与应用

同时基于个体股骨头坏死患者的X-ray、CT和MRI图像,采用图像配准和融合技术对包含坏死股骨头的髋关节进行三维重建,获取具有高度几何相似性的三维有限元网格模型。选择1例中年女性股骨头坏死患者,分别获取X-ray、CT和MRI三套图像,采用Mimics 13.1和Pro/E 5.1软件分别基于这三套数据建立相关三维实体模型,经图像投影转换后,确定图像之间的匹配点,进行二维图像配准,配准后对成功融合的图像进行三维有限元网格模型显示。建立了具有良好几何相似性的髋关节三维有限元网格模型,包括正常皮质骨、松质骨、关节软骨和股骨头坏死区、断裂骨小梁等六部份,较真实地反映了包含坏死股骨头的髋关节的形态特征及毗邻关系,为进一步的生物力学分析和手术模拟提供了较理想的研究平台。     

无柄解剖型人工股骨头的临床应用54例报告

目的探讨无柄人工股骨头置换术的治疗效果。，方法取患侧外侧切口显露髋关节，使股骨头脱位。用中心定位器定位打入中心钉，用塑骨器塑骨，安装罩体。用中心钉和大小粗隆松质骨螺钉固定安装可调节头复位。结果本组54例平均随访30个月按Harris关节功能评价标准评估：优39．良12．可3．差无、优良95％．结论无柄人工股骨头置换术，由于保留了全部股骨颈和部分股骨头，力学传导与分布更接近于人体自然生物力学状态，近期疗效满意。     

计算机辅助全膝置换中股骨力线定位精度的实验研究

摘要利用光学定位追踪仪确定全膝置换中患者的股骨头中心从而确定其股骨力线，在力线的定位精度分析中，首次采用股骨的三维重建模型进行精度校验。实验结果表明通过追踪固定于股骨末端的刚性定位器即能确定精确的股骨力线，与传统的髓内定位相比，不仅可重复性好，而且大大地提高了术中股骨力线的位置精度，将其位置偏差减小到10以内。     

髋关节表面置换术中可视化虚拟技术建立股骨头假体植柄通道的模拟研究

目的：通过计算机辅助对股骨头假体植柄通道的模拟研究,为人工全髋关节表面置换术股骨头假体植入方案提供更为科学的评估方法和预测手段。方法：选择无明显髋关节疾病的15具成人尸体标本,对整个骨盆进行连续CT扫描,将CT原始数据导入Mimics 10．1软件,重建出股骨近端三维模型。通过计算股骨头中心和股骨近端中心线,建立股骨颈轴线并确定股骨头假体最佳植柄通道,进行虚拟植入和三维可视化分析。结果：各维度观察股骨头假体植柄通道通过股骨头中心,位于股骨颈的中央。股骨头定位针模拟植入后假体柄干角与术前颈干角相比呈轻度外翻位,侧方偏移和水平偏移度较小,达到预期植柄方位的要求。结论：计算机辅助可以准确建立股骨头假体植柄通道并进行可视化分析,为个体化髋关节表面置换术提供了科学的评估方法和预测手段。     

股骨头坏死病灶清除计算机辅助系统配准模块和导航模块的建立

背景：股骨头坏死的传统治疗方法首先要进行病灶清除,这个过程手术时间长,很难彻底清除病灶且容易损伤正常骨组织。 目的：建立股骨解剖结构的几何模型,并在此基础上开发股骨头缺血性坏死病灶清除计算机辅助系统的配准模块和导航模块。 方法：首先应用MC算法,建立股骨解剖结构的几何模型;然后应用点和表面相结合的配准方法进行患病股骨与股骨几何模型之间的配准;最后进行了股骨头坏死病灶清除计算机辅助软件系统的设计,并对整个系统的精度进行实验验证。 结果与结论：开发的股骨头坏死病灶清除计算机辅助软件系统的误差在3 mm以下,基本满足该类骨科手术的精度要求。     

股骨头缺血性坏死塌陷预测的生物力学研究

目的：探索不同部位囊性变对股骨头缺血性坏死的生物力学影响，为预测股骨头的塌陷和指导临床治疗方法的选择提供基础。方法：取新鲜股骨上段标本，行螺旋CT断层扫描，所得图像用Efilm软件系统处理，利用Ansys-5．7大型计算机软件建立股骨上段三维有限元异物同构模型，模拟股骨头内囊性变。施加3种不同载荷，分析股骨头内应力分布情况。结果：股骨头受压后，中央区域表现为压应力，而前方和后方区域则表现为张力，符合球体受压后的膨胀趋势。股骨头负重区下方及其内侧和外侧的囊性变应力集中最明显，易引起股骨头塌陷。当囊性变位于股骨头的前方、后方、中心和下方时，其上下缘的应力集中不是很明显，股骨头塌陷断裂风险不大。结论：股骨头内不同部位的囊性变对股骨头缺血性坏死的生物力学影响是不同的，三维有限元应力分析法可以预测坏死股骨头的塌陷，并指导临床选用适当的显微外科治疗方法。     

人工股骨头的特殊设计及三维建模

背景：骨水泥型人工髋关节前倾角的调整难度较大,部分地区依靠术中三维导航定向来确保前倾角的准确性,但其高昂的成本使得这一技术的推广前景存在疑问。 目的：设计一种人工股骨头,即具有术中自由调节前倾角、假体柄锁定防止股骨假体脱位、松动的特殊功能,并通过计算机辅助制成三维动态图像,直观展示这种人工股骨头的特殊设计理念。 方法：①根据设计理念采用AutoCAD软件进行绘图,获取人工股骨头设计图纸。②采用3DMAX软件进行三维建模,观察模型的形态及拟真度。 结果与结论：在AutoCAD软件上根据设计要求和设计理念,绘制出人工股骨头设计图纸：①3个锁止孔通道的假体柄,其基底部为刻度盘,旋转刻度盘可改变假体颈的前倾角。②假体颈为齿状圆柱形。使用3D Max软件构建人工股骨头三维模型,其模型的设计、形态及拟真度符合设计要求。说明人工股骨头的三维模型整体结构清晰、设计合理,为人工股骨头的进一步设计提供理论参考依据。     

Reconstruction of femur length from markers of its proximal end

Length of femur and stature are of forensic and anthropological significance. Bony markers such as the head and neck of the femur can be of use in determining the femoral length when only a fragment of the proximal femur is available. A total of 171 South Indian unpaired femora, devoid of gross pathology and grouped by genders and sides, were used to measure the neck-shaft angle, neck length, intertrochanteric apical axis length, maximum vertical diameter of the femur head, and maximum femur length. The data were statistically analyzed for regression. Length of femur significantly correlated with the other dimensions. Simple (linear) regression equations of the length of femur against the neck-shaft angle, neck length, intertrochanteric apical axis length, and maximum vertical diameter of the head have been derived. The equations seem to be robust and can be used for different populations. © 1996 Wiley-Liss, Inc.     

骨水泥对兔股骨头微循环影响的实验研究

目的:探讨股骨头内甲基丙烯酸甲酯(骨水泥)注入对正常股骨头微循环影响.方法:选用纯种中国大白兔30只,左侧股骨头内注入骨水泥为实验组,右侧为穿刺对照组.分别于术后4周、8周、12周各取10只动物进行墨汁灌注及股骨头标本采集.显微镜下观察骨水泥注射后股骨头内骨水泥-骨组织学形态;每个标本切片取10个低倍视野,对微血管数计数.采用SPSS12.0软件做统计分析.结果:大体观察两组股骨头外形圆而光滑,关节软骨无剥脱及变性;实验组股骨颈断面可见骨水泥嵌入骨小梁之间.骨水泥注入后沿骨小梁间隙浸润,挤占骨小梁间隙内空间,骨水泥与正常骨小梁组织成为一种嵌合状态.实验组术后4周时位于骨小梁间隙内的微血管由于与骨水泥接触密切,数目明显减少,术后8周时开始逐渐恢复,术后12周时明显增多;对照组术后骨小梁间隙内微血管数目无明显变化.结论:骨水泥注入股骨头后由于化学及热烧伤作用,初期对股骨头内骨小梁表面造成了一定程度的损伤,导致微血管数减少,随着时间的延续,微血管数目恢复,股骨头的血液供应也得到了恢复.     

人工股骨头置换治疗高龄体弱患者的股骨粗隆间不稳定型骨折

目的比较两类老年股骨粗隆间骨折患者的手术治疗方法,总结高龄体弱患者行人工股骨头置换的效果。方法对71例65岁以上股骨粗隆间骨折患者进行分类。A组行DHS内固定患者,B组行人工股骨头置换。比较两组患者术前、术后Harris评分、术后随访的一般情况。结果Harris功能评分,A组手术前后分别为94、89.4分;B组手术前后分别为91、90.6分。A组有3人术后出现内固定松动、骨折移位,B组1例在围手术期出现多脏器功能衰竭而死亡,假体无出现松动、下沉现象。结论对高龄体弱的非稳定型股骨粗隆间骨折患者,行人工股骨头置换是可行的治疗选择。     

股骨头的动脉构筑

目的 为股骨颈骨折的治疗提供解剖学基础。方法 观测58侧成人股骨头供血动脉的起始、行程及其头内分支。结果 股骨头的供血动脉有:前、后、上、下支持带动脉及股骨头韧带动脉,它们在头内分支相连构成了基部动脉环和拱形动脉网。结论 供应股骨头的动脉主要是上支持带动脉,其次为下支持带动脉;股骨颈骨折线的位置和骨折移位对股骨头血供的破坏具有决定性影响。     

胎儿和婴儿股骨近端的血供及其临床意义

对54侧8个月胎儿至1岁儿童股骨近端的血供进行了研究。骨外以前、后、外侧、内侧颈升动脉和股骨头韧带动脉,骨内以前、后、上、下、内骺动脉和前、后、上、下于骺动脉分布于股骨头颈部。对动脉分布特点与股骨头缺血性坏死的关系进行了讨论。     

以三维有限元分析多孔钽块植入治疗股骨头缺血性坏死的生物力学改变

目的对比研究3种治疗成人股骨头缺血性坏死方法的生物力学行为;总结最合适的钽块大小、植入位置和植入试验股骨头模型后防止塌陷的效果。方法选择健康成人右侧股骨为研究对象,经层厚2.0mm的螺旋CT扫描得各断面图象,输入计算机识别和提取股骨轮廓并行三维重建。按生理状态下股骨力载荷的三维空间分布,施加髋关节接触力1620N,外展肌合力1061N,髂胫束力1720N。对股骨头三维有限元模型进行计算,求出股骨头受力模型在3种不同处理方法下,不同直径和形状钽金属植入股骨头模型后股骨头负重区表面的塌陷值。结果髓芯减压+植骨+钽块植入组防止股骨头塌陷效果较髓芯减压+植骨组、髓芯减压+植骨+钽棒植入组有明显改善,而髓芯减压+植骨组与髓芯减压+植骨+钽棒植入组随坏死角度增大后无明显差异。结论植入钽金属块后尽可能靠近负重区关节面对股骨头予以支撑,能有效阻止和限制坏死继续进展;植骨加钽棒植入在小范围坏死时尚有一定的支撑作用,当坏死范围增大后不能增加股骨头的机械支撑力;钽金属块植入组治疗股头缺血性坏死明显优于钽金属棒植入组;钽块的最佳植入位置在股骨头负重区正下方软骨板下0～3mm。     

股骨颈内固定系统固定股骨颈基底部旋转截骨的有限元分析

目的 采用有限元分析法比较股骨颈内固定系统（FNS）和空心螺钉作为治疗股骨头坏死的旋转截骨术中内固定装置的生物力学特性。方法 采用虚拟有限元建立中日友好医院分型L2型股骨头坏死模型,模拟前旋90°和后旋180°的旋转截骨术,分别模拟植入FNS（FNS组）及空心螺钉（空心螺钉组）,分析股骨近端截骨块、内固定装置、坏死区的应力分布及位移和股骨的位移。结果 前旋90°和后旋180°模型中,FNS组股骨近端截骨块、坏死区的应力和股骨近端截骨块、内固定装置、坏死区、股骨的位移均小于空心螺钉组。FNS组股骨近端截骨块和坏死区的应力峰值比空心螺钉组减少明显,近端截骨块应力峰值减小47.45%和13.64%,坏死区应力峰值减少44.96%和35.52%。结论 与空心螺钉相比,无论截骨后向前旋90°还是向后旋180°,FNS提供了更好的生物力学稳定性。     

人工股骨置换术后股骨再造预测

以骨截面面积吸收率和抗弯截面模量损失率反应力遮挡效应，采用骨再造理论和有限元(Finite element，FEM)相结合的方法，用计算机模拟人工股骨植换术后股骨的再造行为，从而定量的分析人工股骨头对股骨的应力遮挡效应。骨表面再造采用BRSS97程序。有限元模型采用正常股骨的受力状态为模型一，带颈领的人工股骨头骨水泥固定骨受力状态为模型二。结果表明，人工股骨头对骨产生的应力遮挡，股骨发生骨吸收，人工假体柄中段近端区域骨吸收严重。其骨截面积吸收最大，其截面吸收率最大为31．33％，抗弯截面模量损失率最大为54．58％。