数字化及快速成形术在全髋表面置换假体定位的应用研究

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1、南方医科大学博士学位论文数字化及快速成形术在全髋表面置换假体定位的应用研究姓名：杜浩申请学位级别：博士专业：骨外科学指导教师：裴国献20090508博士学位论文数字化及快速成形术在全髓表面置换假体定位的应用研究博士研究生：杜浩指导教师：裴国献教授摘要研究背景全髋关节置换术(totalhiparthroplasty,THA)目前已成为骨科最常见的手术之一，其目的是解除患者髋部疼痛、重建运动功能，对老年患者有非常良好的效果。随着生物医用材料研制和医学的迅速发展，以及人们对生活水平、医疗保健、康复水平的要求日益提高，人工关节的需求越来越广泛。但是，对于有髋关节病变的中青年人群来说，常规全

2、髋置换术存在较高的早期翻修率，尤其在那些男性、从事活动量较大的工作、在术后参加体育运动的人群中。而髋关节表面置换在这个问题上具有独特优势：创伤小、术后活动度好、能保留较多股骨侧骨量等。髋关节表面置换早20世纪50年代就开始应用于临床，但是由于手术技术不成熟、易造成股骨颈骨折、聚乙烯臼杯易磨损、假体存活率较低等原因，在相当长的时期并不被看好。而常规全髋关节置换术的中长期结果也不令人满意。近年来，随着材料学的进步和技术细节的改进，髋关节表面置换在临床应用逐渐增多。全髋关节置换手术中假体位置一直是术后关节稳定性的关键因素。传统全髋关节置换中颈干角基本上由假体本身的设计来决定，而髋表面置换

3、则取决于股骨侧假体的内外翻放置。务必要避免柄干角内翻或假体位置过度前倾，否则会引起应力的传导、分布异常，甚至出现股骨颈骨折等并发症。髋臼假体的准确植入与否不仅是保持术后关节稳定的关键因素，而且还对骨盆的骨质溶解、中文摘要聚乙烯内衬材料的磨损和假体松动产生影响。位置不当除可引发早期脱位，还是疼痛和松动的原因之一。假体置入时使用定位器虽然能够提供一定的定位参考，但目前使用的定位器尚不能达到比较准确的定位要求，仍需术者目测纵轴及矢状轴，存在较大的经验依赖性，往往会带来假性安全感。自计算机辅助设计(computeraideddesign,CAD)和计算机辅助工程(computeraided

4、engineering，CAE)技术引入医学领域，目前数字医学已成为现代医学的重要组成部分，从而促使医学技术向个性化、精确化、微创化方向快速发展。由于数字化技术的导入，数字医学成像系统及计算机系统可将患者的影像模型化，建立个性化三维图像模型。并应用数字可视技术实现术前准确定位、术中精确导航，从而使手术更加规范，增加了手术的可靠性与安全性，使临床医师处理复杂手术的难题迎刃而解。医学图像重建软件Mimics、Amira等具有功能强大的高级数据可视化系统，利用螺旋CT提供的人体薄层断面清晰图像，通过对一系列的二维图像进行边界识别等分割处理，可重新还原被检物体的三维图像。Imageware

5、为全球四大逆向工程软件之一，具有强大的测量数据处理、误差检测功能、自由曲线曲面编辑功能，能以直觉而快速的方式进行曲线、曲面的建构与调整。可以处理大量的点云数据，根据这些点云构建的曲面具有良好的品质和曲面连续性。快速成型技术(RapidPrototypingTechnology)简称RP技术，集成了现代数控技术、计算机辅助设计／制造(C觥AM)技术、激光技术及材料科学领域的最新成果，不受产品外形复杂程度和曲面所限制，在医学领域应用中最为广泛。打破了传统的解剖结构观察、并创新了手术设计模式。本课题是利用患者术前螺旋CT数据资料，通过三维重建、逆向工程设计、并结合快速成形技术构建出个体化

6、定位导向模板，以指导表面髋关节置换时髋臼及股骨侧假体的安放，为解决临床医学中长期困扰人们的“量身定制"问题提供了有效的方法和制作手段。II博士学位论文目的1．依据患者的骨盆螺旋CT影像学资料，探讨利用Amira与Imageware软件并结合髋臼的表面解剖特征，设计定位髋臼假体最佳方位的数字化个性模板。2．依据一侧髋关节有病变患者的骨盆螺旋CT影像学资料，探讨利用Amira与Imageware软件并结合健侧髋臼及股骨头特征来确定患侧髋关节正常旋转中心，通过设计患侧髋关节假体的数字化个性定位模板，以保证置换的表面型假体尽可能恢复正常解剖位置。3．根据设计出的数字化模型利用快速成型技术制

7、出实物模型，术中将模型与髋臼、股骨头表面相匹配对假体置入方向进行定位，术后利用X线摄片进行测量观察，并与常规法术中假体定位结果比较评价其定位的精确性。为今后指导表面髋关节置换手术设计和手术操作提供依据。方法1．正常髋臼旋转中心及假体方位的确定：收集一例行16排螺旋CT的成人骨盆连续断层扫描资料，CT扫描参数：120kV、200mAs，层厚5mm，矩阵512X512，扫描范围由髂嵴上缘至坐骨结节。将扫描数据输入个人计算机的Amira4．1重建软件，以lmm层距进行三维重