膝關(guān)節(jié)置換術(shù)脛骨近端截骨面數(shù)字化形態(tài)學(xué)研究.pdf

1、近年來，國(guó)內(nèi)開展全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（the total knee arthroplasty，TKA）逐漸增多，人工關(guān)節(jié)使用壽命成為醫(yī)生和患者關(guān)注的焦點(diǎn)。手術(shù)中精準(zhǔn)的截骨量以及假體和截骨斷面的匹配程度是影響人工膝關(guān)節(jié)手術(shù)成功與否的關(guān)鍵。東方人身材普遍較西方人矮小，不同性別間可能存在骨骼形態(tài)學(xué)差異。國(guó)內(nèi)臨床上使用的人工膝關(guān)節(jié)假體多由國(guó)外進(jìn)口，其尺寸是以外國(guó)人的骨骼幾何形狀作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，未必符合中國(guó)人的骨骼形態(tài)特點(diǎn)。為了更好的設(shè)計(jì)和選擇適合國(guó)人解

2、剖形態(tài)特點(diǎn)的關(guān)節(jié)假體，有必要對(duì)國(guó)人膝關(guān)節(jié)幾何學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。 目前研究方法包括傳統(tǒng)解剖測(cè)量和影像技術(shù)測(cè)量。傳統(tǒng)解剖測(cè)量主要通過手術(shù)中測(cè)量或尸體解剖測(cè)量，受標(biāo)本數(shù)量限制，研究成本較高。過去學(xué)者更多應(yīng)用X線對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)量和假體設(shè)計(jì)，但平片無法反映其立體結(jié)構(gòu)。真正與脛骨假體基底部接觸的是脛骨近端截骨后的截面。提高脛骨近端與假體的匹配程度對(duì)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)具有很重要的臨床意義。但目前有關(guān)國(guó)人脛骨近端截面的形態(tài)學(xué)研究以及在關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)中的

3、應(yīng)用，卻缺乏相關(guān)研究和報(bào)道。 數(shù)字化三維重建技術(shù)利用連續(xù)的二維斷層圖像進(jìn)行三維重建，可以精確顯示物體復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，可從任意角度和方向進(jìn)行觀察。因此，數(shù)字化重建技術(shù)可望為膝關(guān)節(jié)幾何測(cè)量提供新的思路和技術(shù)方法。本課題應(yīng)用比利時(shí)的三維成像軟件Mimics10.0，利用膝關(guān)節(jié)CT原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化三維重建，運(yùn)用該軟件自帶工具對(duì)所建模型進(jìn)行切割，模擬膝關(guān)節(jié)置換脛骨近端截骨，對(duì)截骨面進(jìn)行幾何測(cè)量以及統(tǒng)計(jì)分析，為國(guó)產(chǎn)膝關(guān)節(jié)假體形態(tài)設(shè)計(jì)提供實(shí)

4、驗(yàn)依據(jù)。 目的: 1.為膝關(guān)節(jié)置換脛骨近端截骨面形態(tài)學(xué)研究尋找一種新的實(shí)驗(yàn)方法； 2.考察男女脛骨近端截面的形態(tài)學(xué)差異，為男/女性脛骨組件假體形態(tài)設(shè)計(jì)和型號(hào)選擇提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)； 3.比較脛骨不同截骨高度截面形態(tài)學(xué)差異，明確膝關(guān)節(jié)置換脛骨近端截骨距離與假體型號(hào)選擇的關(guān)系； 4.分析國(guó)人和韓國(guó)、日本以及西方人的脛骨近端形態(tài)學(xué)差異，為國(guó)產(chǎn)人工膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 研究方法: 1.圖

5、像資料的采集; 1.1,隨機(jī)取2007年9月～2008年9月在南方醫(yī)院檢查的受試者男女共36人，男女各半，均為左膝，年齡18～55歲，身高158～185cm，體重47～70kg，所有受試者既往無膝關(guān)節(jié)疾病和手術(shù)史，體檢均未發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)異常。 1.2,掃描設(shè)備為GE Medical systems/light speed16排多層螺旋CT。 1.3,以膝關(guān)節(jié)間隙為中心線，劃定上下各20cm范圍為掃描范圍。對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行

6、0°位的CT掃描，設(shè)備為GE Medical systems/light speed16排多層螺旋CT。掃描條件：120 kV，300 mAs，掃描參數(shù)：準(zhǔn)直器寬度0.75 mm，厚度0.75 mm，層厚0.625mm，螺距為0.75，每層掃描時(shí)間200 ms，總掃描時(shí)間約為10～12 s以DICOM文件格式保存到個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（PC）。 2.膝關(guān)節(jié)數(shù)字模型的構(gòu)建; 在個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，將連續(xù)的膝關(guān)節(jié)CT斷層影像數(shù)據(jù)DI

7、COM標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)的導(dǎo)入交互式醫(yī)學(xué)圖像控制系統(tǒng)（Mimics10.0，比利時(shí)），用特定的重建參數(shù)重建出膝關(guān)節(jié)的三維數(shù)字模型。 3.脛骨近端數(shù)字化截骨; 從任意角度、方向觀察數(shù)字化膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過Mimics10.0自帶工具建立三維坐標(biāo)系，確立脛骨平臺(tái)的最佳適配面，數(shù)字模型予透明化處理，最佳適配平面沿著其中的Z軸平行移動(dòng)，移動(dòng)距離分別是5、7、9mm，去透明化處理，形成三個(gè)截骨面，運(yùn)用Mimics中“simulation”模塊

8、中的"cut"工具進(jìn)行切割，獲取脛骨近端三個(gè)互相平行的截骨面。 4.脛骨截骨面的測(cè)量; 4.1,確定測(cè)量指標(biāo)：將與股骨內(nèi)外上髁軸（femoral epicondylar axis，F(xiàn)EA）平行并通過脛骨截面左右最長(zhǎng)距離定義為脛骨橫徑（ML），將與AP平行、經(jīng)過內(nèi)側(cè)平臺(tái)后面最突出點(diǎn)、與脛骨周緣相交兩點(diǎn)的連線距離定義為內(nèi)側(cè)前后徑（MAP）；同理，將與AP平行、經(jīng)過外側(cè)平臺(tái)后面最突出點(diǎn)、與脛骨周緣相交兩點(diǎn)的連線距離定義為外側(cè)前

9、后徑（LAP）。 4.2,采用Mimics軟件自帶測(cè)量工具，測(cè)量各截面橫徑和內(nèi)外側(cè)前后徑。 5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析; 所得數(shù)據(jù)用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)記錄結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（X±S）表示。比較性別和截骨厚度間的差異，性別間采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)；不同截骨高度差異采用單向方差分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05.P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 結(jié)果: 膝關(guān)節(jié)數(shù)字模型具有完好形態(tài)和清晰邊界，通過

10、Mimics10.0區(qū)域增長(zhǎng)（region growing）工具可單獨(dú)顯示脛骨近端，截骨后標(biāo)定解剖標(biāo)志進(jìn)行測(cè)量。全部測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如下： 1.經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)，各測(cè)量指標(biāo)（截面橫徑、內(nèi)側(cè)前后徑、外側(cè)前后徑）參數(shù)P值均>0.05，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布；經(jīng)方差齊性檢驗(yàn)，總體方差齊同。 2.截面1橫徑最小值64.30mm、最大值79.31mm平均70.91±5.28mm；截面2最小值64.60mm、最大值79.75mm平均71.

11、40±5.30mm；截面3最小值64.90mm、最大值80.51mm平均71.89±5.33mm；其中，截面1和截面3的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。 3.截面1內(nèi)側(cè)前后徑最小值42.73mm、最大值54.37mm平均48.30±3.20mm；截面2最小值44.25mm、最大值56.08mm平均49.66±3.25mm；截面3最小值44.80mm、最大值57.93mm平均51.02±3.38mm；其中，截面1和截面3的差異有

12、統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。 4.截面1外側(cè)前后徑最小值39.67mm、最大值52.31mm平均45.00±3.05mm；截面2最小值40.70mm、最大值53.27mm平均46.09±3.04m_m；截面3最小值41.30mm、最大值54.22mm平均47.17±3.10mm；其中，截面1和截面3的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。 5.比較男女脛骨近端截面形態(tài)的差異；在3個(gè)截面中，其中截面1和截面3內(nèi)外側(cè)前后徑、前后

13、徑/橫徑比值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。 結(jié)論: 1.基于CT影像數(shù)據(jù)進(jìn)行膝關(guān)節(jié)三維重建方案可行，效果肯定，可清晰、直觀、多角度的觀察膝關(guān)節(jié)的形態(tài)特點(diǎn)，可作為骨關(guān)節(jié)局部解剖的教學(xué)方法。 2.數(shù)字化膝關(guān)節(jié)模型可以虛擬切割和測(cè)量，為截骨面形態(tài)研究提供新的思路和技術(shù)方法，為脛骨假體形態(tài)設(shè)計(jì)提供解剖數(shù)據(jù)便于假體設(shè)計(jì)，提高假體和截面適配度及關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，減少假體松動(dòng)等并發(fā)癥的發(fā)生，延長(zhǎng)假體使用壽命。 3.通過