人體髖關(guān)節(jié)系統(tǒng)定制型假體設(shè)計理論與方法.pdf

1、本文對人體髖關(guān)節(jié)系統(tǒng)定制型假體設(shè)計理論與方法進行了研究。人體髖關(guān)節(jié)系統(tǒng)由股骨和骨盆組成，本文分析了人體髖關(guān)節(jié)系統(tǒng)股骨和骨盆上的應(yīng)力分布情況，利用這些應(yīng)力分析的結(jié)果來指導(dǎo)定制型髖關(guān)節(jié)以及半骨盆假體的設(shè)計。 髖置換的目的是為了解除患者髖部疼痛、矯正股骨畸型以及重建髖關(guān)節(jié)的功能。全髖置換手術(shù)每年都在增多。在大量的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，許多假體都是從標準型假體中選出，手術(shù)中要準備多個髖關(guān)節(jié)股骨柄假體，選出較為合適的股骨柄假體植入患者體內(nèi)。然

2、而，在一些臨床病例中，由于關(guān)節(jié)和股骨較為畸異，無法為患者選出適當?shù)臉藴市图袤w，需要為這些特殊病人定制假體。在設(shè)計定制型人工髖關(guān)節(jié)時，通常都考慮了人體股骨骨胳和肌肉系統(tǒng)的解剖學(xué)特征，髖關(guān)節(jié)股骨柄假體與患者股骨腔匹配較好，有利于改善力從假體向骨的傳遞。在臨床上骨科醫(yī)生越來越喜歡采用定制型髖關(guān)節(jié)假體。目前定制型髖關(guān)節(jié)假體設(shè)計主要根據(jù)患者的CT片，這種設(shè)計定制髖關(guān)節(jié)假體的方法存在著一定的缺陷。如在人工髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中，無法獲得可用于設(shè)計患者髖關(guān)節(jié)

3、假體的CT片；另外，假體設(shè)計過程較為復(fù)雜，設(shè)計工作量較大。本文主要研究基于X線片定制型人工髖關(guān)節(jié)假體的設(shè)計方法。髖臼是人體髖關(guān)節(jié)的一部分，由人體骨盆上的髂骨、坐骨和恥骨組成。臨床上，許多骨盆手術(shù)常常涉及到髖臼的重建，以恢復(fù)患者髖關(guān)節(jié)的功能。因此本課題也對人體骨盆假體的設(shè)計進行了一定的探索。本文的主要工作可以歸納為以下幾點： 定制人工髖關(guān)節(jié)股骨柄假體設(shè)計時都需要在CAD軟件上對股骨近端進行三維重建，但是二維的X線平片不能提供股骨橫

4、截面的解剖結(jié)構(gòu)，通常情況下，是無法用X線片三維重建出股骨近端的。為了解決這一問題，本文提出構(gòu)建一個中國人股骨近端截面平均數(shù)據(jù)庫。本文對八十根股骨樣本進行了CT掃描；采用醫(yī)學(xué)圖像處理手段，獲得股骨樣本的輪廓曲線，在CAD中構(gòu)造了這些股骨樣本模型；根據(jù)股骨特征，每根股骨樣本上提取出二十六個股骨截面輪廓線；在CAD軟件中采集每一根股骨樣本二十六層截面的數(shù)據(jù)；最終采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法統(tǒng)計出一個中國人股骨近端截面平均數(shù)據(jù)庫。 根據(jù)統(tǒng)計出來的

5、中國人股骨近端截面平均數(shù)據(jù)庫，本文開發(fā)了基于X線片三維重建患者股骨近端(或股骨近端髓腔的)的軟件程序。根據(jù)患者股骨X線片可以確定出股骨二十六個截面位置以及截面的包絡(luò)矩形；根據(jù)截面的包絡(luò)矩形與平均截面的包絡(luò)矩形平移、拉伸(或壓縮)平均截面，生成新的截面形狀；根據(jù)截面位置重新排布新的截面，就可以三維重建出患者大致股骨近端或(近端髓腔)模型。本文根據(jù)幾個股骨樣本的X線片，三維重建了這幾個股骨樣本的近端，并將重建出的股骨樣本近端截面與從CT中提

6、取出的相應(yīng)截面進行了比較，發(fā)現(xiàn)兩種截面比較相近，分析發(fā)現(xiàn)這幾個樣本基于X線片三維重建出的股骨近端完全可用于定制型假體設(shè)計。 本文開發(fā)了從患者X線片上提取患者股骨解剖數(shù)據(jù)并設(shè)計定制型髖關(guān)節(jié)假體的軟件程序，包括x線片的掃描，股骨腔的獲得，假體設(shè)計，匹配程度分析，以及繪制二維加工圖。X線片掃描處理后，根據(jù)股骨解剖數(shù)據(jù)以及一些設(shè)計參數(shù)值首先設(shè)計出一個髖關(guān)節(jié)股骨柄假體模型；將髖關(guān)節(jié)股骨柄假體模型模擬植入基于患者x線片構(gòu)建出的患者大致股骨近