定制化雙動人工半膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、膝關(guān)節(jié)是維持站立、負(fù)重、行走等人體基本生活要求的重要器官，也是惡性骨腫瘤最好發(fā)的部位。在目前逐漸完善的化、放療等治療手段的支持下，患者的生存時間明顯延長，人工假體置換術(shù)已成為膝關(guān)節(jié)周圍惡性骨腫瘤保肢重建的主要方法。兒童膝關(guān)節(jié)惡性骨腫瘤患者的保肢治療是骨腫瘤治療中的難題。對于兒童膝關(guān)節(jié)及周圍長節(jié)段骨缺損患者，由于骨骺未完全閉合，采用一期假體植入肢體延長術(shù)，短期內(nèi)可起到平衡肢體的作用。但如果長期存活，患肢短縮>3cm并出現(xiàn)明顯跛行者還需通過

2、再次手術(shù)延長肢體。
　　位于干骺端和骺端的惡性骨腫瘤，由于關(guān)節(jié)軟骨是腫瘤局部侵襲的屏障，因此在排除了關(guān)節(jié)內(nèi)腫瘤污染的情況下，可保留與病骨相對應(yīng)的另一端骨的骨骺；采取半關(guān)節(jié)置換解決兒童膝關(guān)節(jié)惡性骨腫瘤患者雙下肢術(shù)后的不等長問題。課題組在之前的研究中利用現(xiàn)代計算機(jī)和工程學(xué)知識提出定制化人工半膝關(guān)節(jié)假體復(fù)合異體骨保肢方案，治療兒童膝關(guān)節(jié)惡性骨腫瘤，是一種既經(jīng)濟(jì)耐用又創(chuàng)傷痛苦小的假體治療方法。但是，在之前長期動物實驗研究結(jié)果亦顯示，單純的

3、半膝關(guān)節(jié)股骨髁置換后，金屬假體對關(guān)節(jié)軟骨和脛骨仍會呈現(xiàn)不同程度的磨損：與雙髁部接觸較少的部分磨損輕，與雙髁部接觸較多的部分磨損重——出現(xiàn)骨質(zhì)缺損，磨損空洞。
　　本研究針對半膝關(guān)節(jié)股骨髁假體對脛骨平臺的磨損問題，提出一種基于計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和快速成型技術(shù)（RP）的新型定制化雙動半膝關(guān)節(jié)假體。借鑒雙極人工股骨頭的設(shè)計原理，在定制化半膝關(guān)節(jié)股骨髁假體內(nèi)部設(shè)計雙動結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)部的雙動結(jié)構(gòu)減少假體對對側(cè)關(guān)節(jié)軟骨的摩擦頻率以達(dá)到降低

4、假體對脛骨平臺的磨損。
　　課題組建立了以“CT/RP/QC”為核心的定制化雙動人工半膝關(guān)節(jié)假體系統(tǒng)設(shè)計制造方案；之前研究的以“Mimics&ImageManager/Surfacer/UG”為核心技術(shù)的設(shè)計方案中，前期數(shù)據(jù)處理過程中易造成曲面數(shù)據(jù)的丟失；因此，課題組借鑒前人在下頜骨三維重建中的經(jīng)驗，建立并探討以“Mimics/Geomagic/Pro-E”為核心的定制化雙動半膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計方案----快速處理前期數(shù)據(jù)，完成高質(zhì)

5、量的關(guān)節(jié)曲面重構(gòu)和實體設(shè)計。
　　以離體膝關(guān)節(jié)為實驗對象進(jìn)行體外實驗，分別對植入假體前、植入雙動半膝假體及全膝關(guān)節(jié)假體的三組離體膝關(guān)節(jié)進(jìn)行動態(tài)X線透視觀察，研究三組實驗對象中膝關(guān)節(jié)屈曲時股骨內(nèi)、外側(cè)髁相對于脛骨的運(yùn)動范圍和股骨下端相對脛骨旋轉(zhuǎn)角度，研究雙動半膝假體在降低假體與脛骨的摩擦頻率的同時其運(yùn)動模式比全膝關(guān)節(jié)假體置換組和正常膝關(guān)節(jié)組之間的區(qū)別和聯(lián)系。
　　針對離體實驗中存在的假體穩(wěn)定性問題，研究小組借鑒前人在人體其它關(guān)