數(shù)字技術在個性化膝關節(jié)置換中下肢力線的研究.pdf

1、背景：全膝關節(jié)置換術（total knee arthroplasty TKA）雖然對解除終末期骨性關節(jié)病患者的疼痛及功能恢復是一種非常成功的有效方法，90%的假體生存率達到10年以上，但患者術后的“不滿意度”卻仍高達15%-30%。下肢軸向力線的恢復和股骨遠端假體旋轉定位的恢復與準確性，被公認為是減少假體失敗和改善術后療效的重要因素。而在傳統(tǒng)手術方法中通過參照術前下肢全長X片來設計軸向力線以及在手術中依靠個人經(jīng)驗和感官感受來判斷和辨認骨

2、性標志，均會導致主觀性誤差增大，而最后運用固定角度設計的截骨器械進行膝關節(jié)置換，由于人種以及個體的不同更是會導致術后療效的偏差。近年來隨著數(shù)字骨科技術的不斷發(fā)展以及Mimics、Geomagic等軟件在全膝關節(jié)置換術中的應用開發(fā)，彌補了傳統(tǒng)手術定位的不足，通過術前的數(shù)字化測量、模擬手術以及截骨導板的設計，使獲得精準的下肢軸向力線和股骨遠端假體旋轉力線成為可能，但如何充分的發(fā)揮數(shù)字技術在全膝關節(jié)置換術中的應用，尤其是在如何應用三維的方法定

3、位股骨遠端各骨性標志點、如何精確定位下肢軸向力線以及定位最可信賴的旋轉軸線—股骨外科上髁軸（Surgical Transepicondylar axis，STEA），實現(xiàn)個體化精確截骨方面，仍存在較大爭議。
　　目的：
　　1.利用股骨全長計算機斷層掃描并進行三維重建，應用色譜法精確定位股骨遠端各骨性標示點，并以此建立世界坐標系。通過世界坐標系，建立一個精確和統(tǒng)一化的三維測量平臺。
　　2.應用色譜法（color ma

4、p）精確定位股骨外科上髁軸，通過3D打印STEA導板、全站儀以及三維CT驗證其準確性和可靠性，并進一步應用色譜法精確定義股骨遠端旋轉力線，分析各旋轉軸的角度關系，為全膝關節(jié)置換術準確定位旋轉力線提供方法學基礎。
　　3.應用質心法（Centroid）精確定位股骨軸向力線，探尋股骨入髓點與髁間窩頂點的關系，以及股骨外翻角與“術中股骨外翻角”關系，為全膝關節(jié)置換術準確定位軸向力線提供方法學基礎。
　　4.設計個性化股骨切骨導向器

5、，以提高股骨遠端切骨和旋轉切骨的準確性。
　　方法：收集26例股骨標本和80例股骨CT掃描數(shù)據(jù)并在Mimics軟件中三維重建，并導入Geomagic Studio中：
　　1.應用色譜法來定位股骨遠端各骨性標示點；
　　2.精確定位股骨外科上髁軸線(STEA)，通過3D打印STEA導板、全站儀以及三維CT驗證其準確性。并收集既往80例股骨遠端CT數(shù)據(jù)，對比色譜法和傳統(tǒng)測量定位股骨內上髁最凹點和STEA的識別率。

6、　　3.精確定位股骨后髁線(PCL)和Whiteside線（WL），并測量股骨后髁角（PCA）, Whiteside線（WL）與外科髁上軸(STEA)的夾角(WSTEA)進行統(tǒng)計學分析。
　　4.應用質心法精確定位股骨軸向力線，探尋股骨入髓點與髁間窩頂點的關系，以及股骨外翻角與“術中股骨外翻角”關系，分別測量這些參數(shù)并進行統(tǒng)計學分析。
　　結果：
　　1.Mimics能準確重建股骨三維股骨模型，色譜技術精確定位股骨遠端

7、各骨性標示點，
　　2.色譜法能準確定位股骨內上髁最凹點和股骨外上髁最高點，即股骨外科上髁軸（STEA）。26例股骨標本重建后通過3D打印 STEA導板、全站儀以及三維CT驗證，所定位股骨標本上的股骨內上髁最凹點和股骨外上髁最高點均一致。色譜法（三維）在內上髁最凹點的識別率從傳統(tǒng)斷層截面（二維）定位的68.87%提升到96.23%，而且準確性和可重復性更高。
　　3.色譜法能準確定位股骨遠端旋轉軸線。
　　PCA平均為

8、3.98°±1.49°，范圍從0.15°到6.95°；WSTEA平均為86.89°±4.09°，范圍從76.42°到99.27°，此兩個角度均有較大的變異性。不同側別的PCA均數(shù)差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05)。
　　4.質心法能準確定位股骨解剖軸線。
　　股骨外翻角平均為4.53°±0.74°，范圍2.84°到6.35°；術中股骨外翻角平均為4.65°±0.75°，范圍從3.10°到6.37°；兩者均數(shù)差異有統(tǒng)計學意義（P

9、＜0.05)。
　　進針點相對髁間窩頂點偏前平均6.71mm±2.38mm，范圍0.86mm到13.59mm，偏內平均3.11mm±1.72mm，范圍0.14mm到9.19mm；入針點相對髁間窩頂點偏前、偏內的變異性均較大，其中偏前的標準差接近均值的40%，偏內的標準差甚至超過均值的50%。
　　結論：
　　1.色譜法能準確的定位股骨遠端各骨性標志點，STEA，PCL、WL。全膝關節(jié)置換術中通過PCL、WL進行旋轉力線