數(shù)字技術(shù)在個(gè)性化膝關(guān)節(jié)置換中下肢力線的研究.pdf

1、背景：全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty TKA）雖然對(duì)解除終末期骨性關(guān)節(jié)病患者的疼痛及功能恢復(fù)是一種非常成功的有效方法，90%的假體生存率達(dá)到10年以上，但患者術(shù)后的“不滿意度”卻仍高達(dá)15%-30%。下肢軸向力線的恢復(fù)和股骨遠(yuǎn)端假體旋轉(zhuǎn)定位的恢復(fù)與準(zhǔn)確性，被公認(rèn)為是減少假體失敗和改善術(shù)后療效的重要因素。而在傳統(tǒng)手術(shù)方法中通過(guò)參照術(shù)前下肢全長(zhǎng)X片來(lái)設(shè)計(jì)軸向力線以及在手術(shù)中依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和感官感受來(lái)判斷和辨認(rèn)骨

2、性標(biāo)志，均會(huì)導(dǎo)致主觀性誤差增大，而最后運(yùn)用固定角度設(shè)計(jì)的截骨器械進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換，由于人種以及個(gè)體的不同更是會(huì)導(dǎo)致術(shù)后療效的偏差。近年來(lái)隨著數(shù)字骨科技術(shù)的不斷發(fā)展以及Mimics、Geomagic等軟件在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用開發(fā)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手術(shù)定位的不足，通過(guò)術(shù)前的數(shù)字化測(cè)量、模擬手術(shù)以及截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)，使獲得精準(zhǔn)的下肢軸向力線和股骨遠(yuǎn)端假體旋轉(zhuǎn)力線成為可能，但如何充分的發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用，尤其是在如何應(yīng)用三維的方法定

3、位股骨遠(yuǎn)端各骨性標(biāo)志點(diǎn)、如何精確定位下肢軸向力線以及定位最可信賴的旋轉(zhuǎn)軸線—股骨外科上髁軸（Surgical Transepicondylar axis，STEA），實(shí)現(xiàn)個(gè)體化精確截骨方面，仍存在較大爭(zhēng)議。
　　目的：
　　1.利用股骨全長(zhǎng)計(jì)算機(jī)斷層掃描并進(jìn)行三維重建，應(yīng)用色譜法精確定位股骨遠(yuǎn)端各骨性標(biāo)示點(diǎn)，并以此建立世界坐標(biāo)系。通過(guò)世界坐標(biāo)系，建立一個(gè)精確和統(tǒng)一化的三維測(cè)量平臺(tái)。
　　2.應(yīng)用色譜法（color ma

4、p）精確定位股骨外科上髁軸，通過(guò)3D打印STEA導(dǎo)板、全站儀以及三維CT驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和可靠性，并進(jìn)一步應(yīng)用色譜法精確定義股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線，分析各旋轉(zhuǎn)軸的角度關(guān)系，為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)準(zhǔn)確定位旋轉(zhuǎn)力線提供方法學(xué)基礎(chǔ)。
　　3.應(yīng)用質(zhì)心法（Centroid）精確定位股骨軸向力線，探尋股骨入髓點(diǎn)與髁間窩頂點(diǎn)的關(guān)系，以及股骨外翻角與“術(shù)中股骨外翻角”關(guān)系，為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)準(zhǔn)確定位軸向力線提供方法學(xué)基礎(chǔ)。
　　4.設(shè)計(jì)個(gè)性化股骨切骨導(dǎo)向器

5、，以提高股骨遠(yuǎn)端切骨和旋轉(zhuǎn)切骨的準(zhǔn)確性。
　　方法：收集26例股骨標(biāo)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(dǎo)入Geomagic Studio中：
　　1.應(yīng)用色譜法來(lái)定位股骨遠(yuǎn)端各骨性標(biāo)示點(diǎn)；
　　2.精確定位股骨外科上髁軸線(STEA)，通過(guò)3D打印STEA導(dǎo)板、全站儀以及三維CT驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。并收集既往80例股骨遠(yuǎn)端CT數(shù)據(jù)，對(duì)比色譜法和傳統(tǒng)測(cè)量定位股骨內(nèi)上髁最凹點(diǎn)和STEA的識(shí)別率。

6、　　3.精確定位股骨后髁線(PCL)和Whiteside線（WL），并測(cè)量股骨后髁角（PCA）, Whiteside線（WL）與外科髁上軸(STEA)的夾角(WSTEA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　4.應(yīng)用質(zhì)心法精確定位股骨軸向力線，探尋股骨入髓點(diǎn)與髁間窩頂點(diǎn)的關(guān)系，以及股骨外翻角與“術(shù)中股骨外翻角”關(guān)系，分別測(cè)量這些參數(shù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　結(jié)果：
　　1.Mimics能準(zhǔn)確重建股骨三維股骨模型，色譜技術(shù)精確定位股骨遠(yuǎn)端

7、各骨性標(biāo)示點(diǎn)，
　　2.色譜法能準(zhǔn)確定位股骨內(nèi)上髁最凹點(diǎn)和股骨外上髁最高點(diǎn)，即股骨外科上髁軸（STEA）。26例股骨標(biāo)本重建后通過(guò)3D打印 STEA導(dǎo)板、全站儀以及三維CT驗(yàn)證，所定位股骨標(biāo)本上的股骨內(nèi)上髁最凹點(diǎn)和股骨外上髁最高點(diǎn)均一致。色譜法（三維）在內(nèi)上髁最凹點(diǎn)的識(shí)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(zhǔn)確性和可重復(fù)性更高。
　　3.色譜法能準(zhǔn)確定位股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)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(gè)角度均有較大的變異性。不同側(cè)別的PCA均數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05)。
　　4.質(zhì)心法能準(zhǔn)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(shù)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(jì)學(xué)意義（P

9、＜0.05)。
　　進(jìn)針點(diǎn)相對(duì)髁間窩頂點(diǎn)偏前平均6.71mm±2.38mm，范圍0.86mm到13.59mm，偏內(nèi)平均3.11mm±1.72mm，范圍0.14mm到9.19mm；入針點(diǎn)相對(duì)髁間窩頂點(diǎn)偏前、偏內(nèi)的變異性均較大，其中偏前的標(biāo)準(zhǔn)差接近均值的40%，偏內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差甚至超過(guò)均值的50%。
　　結(jié)論：
　　1.色譜法能準(zhǔn)確的定位股骨遠(yuǎn)端各骨性標(biāo)志點(diǎn)，STEA，PCL、WL。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中通過(guò)PCL、WL進(jìn)行旋轉(zhuǎn)力線