一种组合式个性化人工膝关节假体数字化设计方法

目的提出一种组合式个性化人工膝关节假体结构,解决膝关节股骨肿瘤保肢手术由于截骨位置差异性较大,很难采用标准型人工膝关节假体满足个性化需求的问题。方法首先将患部关节区域CT数据进行三维重建,并利用MRI增强扫描技术建立肿瘤的三维模型,再通过肿瘤模型与患部关节模型进行位置匹配,在三维模型上确定手术截骨位置,根据截骨尺寸设计个性化的股骨柄与标准股骨髁假体进行有效组合,形成一种组合式个性化人工膝关节假体。结果根据本文设计方法的结果加工成型,骨科临床医生分析膝关节假体结构与人体膝关节生理结构相符,达到个性化假体设计要求,能够重建患者膝关节功能。结论这种膝关节假体结构有利于降低个性化膝关节假体设计加工成本,缩短设计加工周期,有望提高患者生命质量。

基于X线片定制股骨柄假体的设计原理及方法

目的介绍自编的基于X线片设计定制型股骨柄假体程序系统的设计原理及功能模块。方法利用图像处理方法提取X线片上一些患者股骨解剖特征点(如小粗隆最高点、股骨头中心及转子间窝等)、2个规划的手术截骨位置点(大粗隆侧截骨边界位置点及截骨线最低点位置点)以及一些设计用关键位置点(如假体远端位置、假体颈干连接段最高点位置等),以此预测患者股骨近端髓腔,并通过输入设计参数值(如颈干角、前倾角、预留的松质骨厚度、假体匹配段截面圆弧半径及假体过渡段高度等)设计出定制型股骨柄假体。并对设计出的定制股骨柄假体进行匹配区域多个截面的二维截面验证和三维的总体验证。结果根据验证情况,调整设计参数重新生成股骨柄假体模型点云数据,使设计出的股骨柄假体与患者股骨腔相匹配,达到定制型假体设计要求。结论介绍的程序系统可用于为患者设计定制型股骨柄假体,设计周期较短,成本较低,有利于促进定制型股骨柄假体在临床上的应用,进一步提高患者的生活质量。

计算机模拟分析基于X线片定制股骨柄假体的可行性

目的探讨基于X线片设计定制型髋关节股骨柄假体的可行性,以解决临床上因CT图像模糊无法设计定制型髋关节股骨柄假体问题,并降低假体设计成本。方法首先根据10根股骨的X线片,设计股骨柄假体。然后将设计出的这些股骨柄假体实体模型模拟植入从相应股骨CT图像中提取出的股骨腔线框模型中,并分析了这些股骨柄假体与股骨腔的干涉与匹配情况。最后根据一例需行髋关节置换手术的患者股骨X线片,为该患者定制了股骨柄假体,在临床上将这一假体植入患者股骨腔内。结果模拟与临床验证结果证实这些股骨柄假体不仅能够植入相应的股骨腔,而且与相应的股骨腔匹配较好。结论利用X线片为患者设计定制型髋关节股骨柄假体是可行的,且设计的股骨柄假体能够较好地与股骨腔匹配,同时验证了作者自编的软件可用于定制型髋关节股骨柄假体的设计。

标准截面形状定制型股骨柄假体设计

目的介绍一种标准截面形状定制型股骨柄假体结构以及自行开发的设计方法。方法首先利用DICOM格式的患者股骨CT图像,重建患者股骨近端模型;根据重建出的患者股骨近端模型构建股骨柄假体匹配段矩形的截面边界,并在矩形截面边界内用简单的线条初步构建出假体的截面轮廓曲线;利用股骨近端模型对初步设计出的股骨柄假体进行验证,并通过调整设计参数使最终设计出的个性化股骨柄假体与患者股骨髓腔相匹配。结果定制型人工髋关节股骨柄假体采用标准截面形状,便于快速设计出个性化假体,而且设计操作简单。参数化程序设计大大降低了个性化股骨柄假体的设计工作量。结论标准截面形状定制型股骨柄假体的设计将有助于提高定制型人工髋关节置换手术的成功率,促进定制型股骨柄假体在临床上的应用,进一步提高患者的生活质量。

髋关节置换手术计算机辅助髓腔锉切削导向系统

目的介绍一种髋关节置换手术计算机辅助髓腔锉切削导向方法,协助医生术中确定适当的髓腔锉切削导路,有效降低髋关节置换手术中骨折等并发症的发生。方法首先将探棒插入患者股骨腔,将探棒的中心线作为一条切削患者股骨腔松质骨的参考导路。接着将髓腔锉放置入患者股骨腔,将连接在髓腔锉上的打拔器导杆中心线作为髓腔锉当前切削导路。最后,根据在计算机显示屏上显示的髓腔锉切削参考导路以及当前切削导路的差异情况,调整髓腔锉切削的方向和位置。采用本研究的一个样机,验证了计算机显示的参考导路与当前导路的差异情况是否与实际情况相符。结果计算机显示出的参考导路与当前导路的差异情况与实际情况相符。结论理论分析与实验结果表明,本方法能够协助手术医生确定出适当的髓腔锉切削参考导路,使髋关节置换手术更加方便可靠。采用计算机辅助髓腔锉切削导向方法能降低术中股骨骨折的风险,提高股骨柄假体植入的成功率。

髋关节置换手术定制型髓腔锉的设计与加工

目的介绍定制型髓腔锉的设计与加工方法。方法根据相应的定制型股骨柄假体的三维模型设计髓腔锉,在计算机辅助设计(CAD)软件中,通过截除、拉伸及偏移面等操作构建出髓腔锉三维模型。采用计算机辅助制造(CAM)技术加工出定制型髓腔锉。采用该研究的CAD及CAM方法,分别为实验及临床试用设计加工了定制型髓腔锉。结果实验及临床试用的定制型髓腔锉被用于切削相应的尸体股骨腔及患者股骨腔,植入定制型假体以后,通过分析发现假体与股骨腔匹配较好。结论采用该研究方法设计加工定制型髓腔锉,将能够提高植入定制型股骨柄假体的成功率,将减少定制型股骨柄假体在患者股骨腔中松动的风险,能够促进股骨松质骨长入假体表面来固定假体。

骨科内植物组织标本库及其数据信息管理系统

随着人口老龄化和严重创伤疾病的增加,骨科内植物已成为重建人体骨关节结构和功能的重要外科治疗手段,有着巨大的临床需求和快速增长的市场份额。然而,由于我国在内植物研发水平上与发达国家之间的巨大差距,导致我国现今大部分市场份额被进口内植植物所占据。同时,植入物在临床应用中仍面临着在材料、设计和制造等方面进一步优化与提高的诸多挑战。如何针对国人的解剖生理特点及生活习性需求,在内植物设计与研发理念上有所创新与突破,提高"中国设计与制造"内植物的研发水平,是当前亟待解决的问题。为应对上述问题,于2009年启动建立了骨科失效内植物与组织标本库,它是国内首个集失效内植入物材料、植入物周围生物样本与组织标本、相关实验分析数据以及患者医疗信息为一体的骨科临床内植物库,将为研究和分析植入物失效原因、促进内植物的创新研发、为推动骨科转化医学研究提供重要临床支持和借鉴参考。

基于电子版X光片的个性化人工假体的计算机辅助设计(CAD)

结合实例介绍一种基于电子版X光片,借助于电子邮件、Windows系统、AutoCAD软件实现个性化人工假体设计的方法。

3D打印钛合金个性化骨盆假体生物力学的初步有限元分析

目的通过有限元分析的方法评价3D打印钛合金骨盆假体的生物力学性能。方法选取1例男性右侧髂骨巨大软骨肉瘤患者，拟行半骨盆切除人工半骨盆置换术。术前行CT和MRI检查，利用三维图像融合技术判断髂骨周围肿瘤侵袭范围，确定外科边缘及截骨平面，根据截骨后骨盆缺损范围利用计算机辅助设计（CAD）建立患者骨盆有限元模型，经过有限元分析后利用3D打印技术定制个性化钛合金骨盆假体。在Abaqus软件中对已建立的3D打印骨盆假体模型进行有限元分析，测量骨盆假体的von Mises应力、相对位移和整个有限元模型的应力集中点。结果3D打印钛合金骨盆假体的最大von Mises应力为25．29MPa，远小于钛合金的屈服强度（950MPa）。应力集中区域为假体与骶骨连接钉孔附近。患者术后3个月逐渐弃拐行走，术后半年假体情况稳定，患者活动正常。结论根据有限元模型计算结果，3D打印钛合金骨盆假体可满足生物力学要求，计算结果与患者术后随访结果一致，该方法可为3D打印骨科内置物临床应用提供生物力学依据。

数字化设计结合3D打印个性化经皮导板在肩关节周围穿刺中的初步应用

目的利用数字化设计结合3D打印技术研制个体化导板，初步探讨其应用于肩关节周围穿刺的可行性。方法选取需要行肩关节穿刺的9例患者（男4例，女5例；年龄39～62岁，平均56．8岁）的9侧关节（左侧3例，右侧6例；关节腔8例，肱骨近端1例）的薄层CT扫描数据在Mimics15．0软件中进行三维建模，把重建出来的模型导入Geomagic Studio和Geomagic Spark进行反求及正向设计，经3D打印技术制作出经皮导板，在体外模拟穿刺，明确进针方位后，对9例患者精准定位，穿刺活检，并采用C型臂X线机透视证实穿刺是否成功。结果经过穿刺前在患者骨骼模型及穿刺术的验证，应用数字化个性3D打印定制经皮导板对9患者导向下穿刺全部成功，进针方位均与术前设计的虚拟方案一致，无穿刺失败，未出现血管、神经损伤症状。结论数字化设计结合3D打印技术制作的个性定制经皮导板可以实现肩关节周围的精准穿刺。

个体化假体让患者告别“永久残疾”

骨肿瘤是一种常见病，是发生于骨骼或其附属组织（血管、神经、骨髓等）的肿瘤。目前，治疗骨肿瘤的主要手段是手术切除骨肿瘤段。临床上，常见的骨肿瘤有膝关节肿瘤、髋关节肿瘤、骨盆肿瘤等。治疗这些肿瘤的传统截肢手术将造成患者的肢体残缺，给患者带来永久性的残疾和严重的心理障碍。