基于三维打印及三维数据校正的骨折复原技术在股骨近端骨折治疗中的应用

目的 探讨三维(3D)打印的股骨近端骨折复原模型在术前规划与术中的应用,研究3D数据校正方案临床应用的可行性。方法 纳入2015年10月—2017年9月江苏省溧阳市人民医院骨科47例股骨近端骨折患者,按照左右两侧股骨自身配对方案,采用三层面长短轴对照方法进行前瞻性研究。所有病例行双侧股骨全长的CT扫描,获取DICOM数据,通过Mimics 15.0软件将双侧股骨远端距离膝关节髁间隆突凹5、10、15 cm处分别做3个横截面,记录符号为DF5、DF10、DF15。测量对比左右侧长轴与左右侧短轴。对于Mimics软件中股骨解剖轴线与冠状面和矢状面同时存在夹角的数据,进行3D数据校正。对47例股骨远端的左右侧3个层面(DF5、DF10、DF15)的长短轴(6对)进行数据汇总,通过Mimics 15.0软件生成3D模型的STL文件,打印出实际尺寸的股骨近端骨折模型和健侧股骨近端镜像模型,该镜像模型作为术前演练及手术解剖复位的参考,术中使用预演选取的置入物并术后摄片对比。结果 成对样本的相关系数均＞0.97;左右两侧股骨远端距离髁间隆突5 cm处的右侧短轴(28.20±3.41) mm,左侧短轴(28.54±3.51) mm,差异有统计学意义(t=3.404, P＜0.01),其余5对左右侧差异无统计学意义(P值均＞0.05)。47例患者均进行了手术治疗,术后复查X线,显示置入物选择与螺钉长度与术前设计符合,长度偏差在容许范围,内固定满意。结论 采用“三层面长短轴对照”进行左右股骨对称性判断,偏差小于5%者,术中直接采用镜像模型预演的置入物,固定效果满意,达到了术前规划,术中应用的预期目的。“三维数据校正方案”扩充了“三层面长短轴对照”的数据选取范围,有效避免了因肢体倾斜导致的数据失效问题。     

A review of the physiological and histological effects of laser osteotomy

Osteotomy is the surgical cutting of bone. Some obstacles to laser osteotomy have been melting, carbonisation and subsequent delayed healing. New cooled scanning techniques have resulted in effective bone cuts without the strong thermal side effects, which were observed by inappropriate irradiation techniques with continuous wave and long pulsed lasers. With these new techniques, osteotomy gaps histologically healed with new bone formation without any noticeable or minimum thermal damage. No significant cellular differences in bone healing between laser and mechanical osteotomies were noticed. Some studies even suggest that the healing rate may be enhanced following laser osteotomy compared to conventional mechanical osteotomy. Additional research is necessary to evaluate different laser types with appropriate laser setting variables to increase ablation rates, with control of depth, change in bone type and damage to adjacent soft tissue. Laser osteotomy has the potential to become incorporated into the armamentarium of bone surgery.     

Tibial tubercle osteotomy: A biomechanical comparison of two techniques

Purpose

The purpose of this study was to determine whether a modified step-cut tibial tubercle osteotomy (Maquet–Fulkerson hybrid) might produce comparable or better results than a standard oblique anteromedialization tibial tubercle osteotomy (Fulkerson type) and thus warrant the surgical need for additional cuts.

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.     

股骨颈骨折患者并发股骨头坏死的预后相关影响因素

创伤引发的股骨颈骨折是临床上常见的骨科疾病之一,而其后续发生的以股骨头缺血坏死为代表的并发症是导致患者出现下肢运动功能障碍的主要原因之一。目前对于创伤后股骨颈骨折具体的损伤及修复机制仍不甚明了,因此研究股骨颈骨折后患者身体的各项指标及临床上针对的治疗措施对预后产生的影响,可为预测股骨颈骨折患者未来的预后打好基础,并为采取相应的干预手段提供思路。目前主要认为创伤后股骨颈血供不足和相关炎性重建反应是创伤性股骨头坏死的主要作用机制,而作用于相关机制的因素则被认为是其可能的危险因素。本文整理了近年来对于股骨颈骨折后续发生坏死相关影响因素的报道。学界主要认为受伤原因、Garden分型等骨折分型方式、内固定方式及复位质量等因素被认为是导致预后不良的可能危险因素。     

不同角度载荷下股骨头骨小梁的生物力学特性

目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登（Garden）对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数（BV/TV）、骨表面积/骨体积（BS/BV）、骨小梁平均厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁间距（Tb.Sp）等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。     

股骨干骨折内固定治疗并发症分析

目的提高股骨骨折手术成功的几率,减少并发症的发生.方法临床上股骨干骨折术后出现并发症的29例病人进行分析,包括关节僵硬,感染,骨延迟愈合、骨不连,断钉、断板、弯曲松动退出、畸形愈合短缩等,采取不同方法进行积极二次治疗.结果 29例病人经二次治疗,临床均获治愈,经过6月~3年的观察,无再次并发症发生.结论骨折断端的血运保护、可靠固定如交锁钉、一期植骨是防止股骨干骨折并发症的重要措施.     

中西医结合治疗新鲜股骨颈骨折120例

[目的]观察中西医结合治疗新鲜股骨颈骨折的疗效。[方法]对120例患者采用"C"型臂X光机下手法复位、经皮加压空心螺钉内固定、术后配合中药内服外用治疗。治疗3个月为1个疗程,随访6个月～3年进行疗效判定。[结果]优66例,良45例,差9例。[结论]经皮加压空心螺钉内固定术加中药治疗新鲜股骨颈骨折创伤小,疗效满意,可最大限度预防骨不连与股骨头坏死等并发症的发生,是首选治疗方法。     

个体化设计一期关节置换治疗膝骨关节炎合并同侧股骨关节外畸形

背景：全膝关节置换治疗膝关节骨性关节炎合并关节外畸形目前仍面临挑战,为获得良好的力线及恢复恰当的软组织平衡,需制定个体化的置换方案。目的：观察个体化设计一期关节置换治疗膝骨关节炎合并同侧股骨关节外畸形安全及可行性。方法：纳入膝骨关节炎合并同侧股骨关节外畸形患者8例,根据置换前计划,5例患者进行关节内代偿截骨治疗,3例患者行关节外矫正截骨,记录肢体多平面畸形和软组织条件。主要评估指标包括 HSS评分,WOMAC评分和力线偏差。结果与结论：平均随访29个月,患者HSS评分从置换前32.5分提高至置换后87.5分,WOMAC从置换前的37.1分提高到置换后88.8分（P〈0.05）。力线偏差（无论是内翻或外翻）由置换前的17.1°变到置换后1.4°（P 〈0.05）。所有患者关节外矫正截骨的病理3个月内截骨端愈合,无置换后感染,假体松动或静脉血栓栓塞事件发生,仅1例患者残留5°膝过伸。结果证实,依据个体化的置换前计划,一期全膝关节置换治疗膝关节骨性关节炎合并同侧股骨关节外畸形安全有效。     

Impact of hip anatomical variations on the cartilage stress: A finite element analysis towards the biomechanical exploration of the factors that may explain primary hip arthritis in morphologically normal subjects

Background

Hip arthritis is a pathology linked to hip-cartilage degeneration. Although the etiology of this disease is not well defined, it is known that age is a determinant risk factor. However, hip arthritis in young patients could be largely promoted by biomechanical factors. The objective of this paper is to analyze the impact of some normal anatomical variations on the cartilage stress distributions numerically predicted at the hip joint during walking.

Methods

A three-dimensional finite element model of the femur and the pelvis with the most relevant axial components of muscle forces was used to simulate normal walking activity. The hip anatomical condition was defined by: neck shaft angle, femoral anteversion angle, and acetabular anteversion angle with a range of 110–130°, 0–20°, and 0–20°, respectively. The direct boundary method was used to simulate the hip contact.

Findings

The hydrostatic stress found at the cartilage and labrum showed that a ± 10° variation with respect to the reference brings significant differences between the anatomic models. Acetabular anteversion angle of 0° and femoral anteversion angle of 0° were the most affected anatomical conditions with values of hydrostatic stress in the cartilage near 5 MPa under compression.

Interpretation

Cartilage stresses and contact areas were equivalent to the results found in literature and the most critical anatomical regions in terms of tissue loads were in a good accordance with clinical evidence. Altogether, results showed that decreasing femoral or acetabular anteversion angles isolatedly causes a dramatic increase in cartilage loads.