兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位Steel三相截骨模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、本文對(duì)兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位Steel三相截骨模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了研究。本研究分為兩個(gè)部分：
　　 第一部分：三維重建與逆向工程技術(shù)設(shè)計(jì)兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位Steel三相截骨術(shù)截骨模板。
　　 背景：先天性髖關(guān)節(jié)脫位又稱為發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位，是一種對(duì)兒童健康影響大的病變，估計(jì)我國(guó)的發(fā)生率大概為1％。髖是下肢重要的活動(dòng)關(guān)節(jié)，如能做到早診斷、早治療，臨床效果是滿意的。但是如果得不到及時(shí)有效的治療，髖關(guān)節(jié)將早期退行性骨關(guān)節(jié)炎，最

2、終威脅髖關(guān)節(jié)的遠(yuǎn)期功能，嚴(yán)重影響人類的健康和生活質(zhì)量。因此在早期通過合理的手術(shù)不僅可使髖關(guān)節(jié)復(fù)位穩(wěn)定，還可以避免許多手術(shù)并發(fā)癥。然而在過去其治療原則或手術(shù)方案的制定通常以患兒年齡和X線為依據(jù)。由于X線檢查的局限性，難以使臨床醫(yī)師對(duì)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良有全面準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在影像學(xué)中的應(yīng)用，三維重建技術(shù)及三維可視化分析技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其在小兒先天性髖關(guān)節(jié)脫位的手術(shù)治療中顯示了它的優(yōu)越性。本文主要探討三維重建與逆向工程技術(shù)

3、重建患兒髖關(guān)節(jié)可能性及模擬截骨的臨床應(yīng)用價(jià)值。
　　 目的：先天性髖關(guān)節(jié)脫位在早期通過合理的手術(shù)不僅可使髖關(guān)節(jié)復(fù)位穩(wěn)定，還可以避免許多手術(shù)并發(fā)癥。然而在過去其治療原則或手術(shù)方案的制定通常以患兒年齡和X線為依據(jù)。由于X線檢查的局限性，難以使臨床醫(yī)師對(duì)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良有一個(gè)全面準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在影像學(xué)中的應(yīng)用，三維重建技術(shù)及三維可視化分析技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其在小兒先天性髖關(guān)節(jié)脫位的手術(shù)治療中顯示了它的優(yōu)越性。本文

4、主要探討三維重建與逆向工程技術(shù)重建患兒髖關(guān)節(jié)可能性及模擬截骨的臨床應(yīng)用價(jià)值。本研究旨在利用三維重建與逆向工程技術(shù)為兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位Steel三相截骨矯正術(shù)提供一種相對(duì)精確的截骨方案。
　　 方法：采用連續(xù)螺旋CT對(duì)一例兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位患者行骨盆連續(xù)斷層掃描，掃描條件:電壓120kv，層厚0.625mm，矩陣512×512。髖關(guān)節(jié)的三維重建:將掃描Dicom格式圖像導(dǎo)入Materialise Mimics14.1軟件，采用

5、表面遮蓋顯示法(shaded surface display，SSD)進(jìn)行三維表面重建，然后將重建的髖關(guān)節(jié)以.stl格式保存，導(dǎo)入Imageware12.0軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析及設(shè)計(jì)。先天性髖關(guān)節(jié)脫位的模擬截骨與復(fù)位:通過Imageware12.0軟件，利用軟件中的鏡像功能，在患側(cè)生成健側(cè)的髖關(guān)節(jié)的三維模型，根據(jù)steel三相截骨方案在髖關(guān)節(jié)模型上進(jìn)行截骨，以健側(cè)髖關(guān)節(jié)的模型為指導(dǎo)將截?cái)嗟墓菈K進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，重建正常的髖關(guān)節(jié)解剖，使患臼覆蓋達(dá)到

6、預(yù)設(shè)的髖臼位置。截骨模板的生成:通過截骨旋轉(zhuǎn)重建后的髖關(guān)節(jié)與鏡像生成的髖關(guān)節(jié)模型進(jìn)行對(duì)比，以截骨兩端區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行反求，設(shè)計(jì)模板（包括開口角度和旋轉(zhuǎn)角度）。
　　 結(jié)果：通過三維重建得到了較好的顯示結(jié)果，重建的髖關(guān)節(jié)三維模型，可以直觀顯示患髖解剖形態(tài)；通過三維可視化髖臼模型，模擬Steel三相截骨術(shù)可精確設(shè)計(jì)小兒髖關(guān)節(jié)；通過三維重建與逆向工程技術(shù)構(gòu)建的截骨模板，為Steel三相截骨矯正術(shù)提供一種相對(duì)精確的截骨方案。
　　

7、 結(jié)論：基于CT影像下先天性髖關(guān)節(jié)脫位的患兒髖關(guān)節(jié)三維重建效果直觀:本課題通過目前較成熟的三維軟件成像技術(shù)，利用先天性髖關(guān)節(jié)脫位的患兒薄層掃描后的CT影像，不僅可以清晰、直觀地觀察患兒髖關(guān)節(jié)的三維形態(tài)，而且可以將我們關(guān)心的部位分離或透視，并能以任一角度旋轉(zhuǎn)，排除臨近結(jié)構(gòu)的遮擋。
　　 第二部分：Steel三相截骨模板在兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位治療中的應(yīng)用。
　　 目的：本研究主要探討三維重建與逆向工程技術(shù)重建患兒髖關(guān)節(jié)可能性

8、及模擬截骨的臨床應(yīng)用價(jià)值。利用三維重建與逆向工程技術(shù)為兒童先天性髖關(guān)節(jié)脫位Steel三相截骨矯正術(shù)提供一種相對(duì)精確的截骨方案，并觀察13例使用此類方法設(shè)計(jì)的模板的臨床療效。
　　 方法：臨床資料:本組13例，男8例，女5例，平均年齡7.2±1.1(6-9)歲。右側(cè)8例，左側(cè)5例。髖臼指數(shù)44.0°±1.9°(40°-46°)。13例患者術(shù)前診斷無股骨頭壞死。根據(jù)患者的X線及臨床表現(xiàn)，擬按照Steel截骨術(shù)進(jìn)行截骨矯形。 截骨模板

9、在Steel截骨術(shù)中應(yīng)用:按照Steel截骨的手術(shù)進(jìn)行髖臼截骨后，將計(jì)算機(jī)輔助生成的截骨模板植入，克氏針固定。
　　 結(jié)果：13例Steel截骨術(shù)的患兒通過三維重建與逆向工程技術(shù)構(gòu)建的截骨模板重建的髖關(guān)節(jié)初期臨床療效滿意。
　　 結(jié)論：基于CT掃描后的三維重建影像可以應(yīng)用于臨床解剖研究:利用CT掃描數(shù)據(jù)三維重建的患兒髖關(guān)節(jié)可視化圖像，不僅立體直觀，而且由計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其解剖參數(shù)的測(cè)量也減小了人為因素的誤差，能夠在三維空間中

10、準(zhǔn)確的定位并獲得各種三維數(shù)據(jù)，為臨床解剖的研究提供一種新的研究途徑。通過三維重建與逆向工程分析構(gòu)建的Steel三相截骨模板可以提供良好的匹配性，同時(shí)減少了手術(shù)的時(shí)間，提高了手術(shù)的安全性。三維重建和逆向工程技術(shù)的出現(xiàn)以及不斷的發(fā)展為現(xiàn)代骨科手術(shù)提供了新的輔助手段，根據(jù)CT數(shù)據(jù)重建的三維模型可以直接、深入觀察手術(shù)部位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以對(duì)手術(shù)區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維可視化分析，維持充分的髖臼覆蓋，而且可提高手術(shù)的安全性。因此，針對(duì)先天性髖關(guān)節(jié)脫位患者采用

11、Steel截骨的問題，我們按照臨床手術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)截骨位置以及截骨后骨塊的三維可視化分析還原正常的髖關(guān)節(jié)，生成植入骨塊模型，隨著逆向工程技術(shù)及激光快速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，我們可以將截骨模板通過快速成型技術(shù)生成實(shí)體，這樣就保證了植入骨塊的準(zhǔn)確匹配，保證了充分的髖臼覆蓋以及重建后髖臼的穩(wěn)定性。螺旋CT以及三維可視化分析可精確重建小兒髖關(guān)節(jié)，為臨床醫(yī)師的手術(shù)方案、手術(shù)入路、植入骨塊模型提供可靠的依據(jù)，達(dá)到針對(duì)不同病人手術(shù)個(gè)體化的最終目