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儿童先天性髋关节脱位Steel三相截骨模板的设计与应用

作　者: 佟矿
导　师: 余斌
学　校: 南方医科大学
专　业: 骨外科学
关键词: 三维重建逆向工程髋关节截骨模板
分类号: R726.8
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

第一部分三维重建与逆向工程技术设计儿童先天性髋关节脱位Steel三相截骨术截骨模板研究背景先天性髋关节脱位又称为发育性髋关节脱位,是一种对儿童健康影响大的病变,估计我国的发生率大概为1%。髋是下肢重要的活动关节,如能做到早诊断、早治疗,临床效果是满意的。但是如果得不到及时有效的治疗,髋关节将早期退行性骨关节炎,最终威胁髋关节的远期功能,严重影响人类的健康和生活质量。因此在早期通过合理的手术不仅可使髋关节复位稳定,还可以避免许多手术并发症。然而在过去其治疗原则或手术方案的制定通常以患儿年龄和X线为依据。由于X线检查的局限性,难以使临床医师对髋关节发育不良有全面准确的认识。近年来随着计算机技术在影像学中的应用,三维重建技术及三维可视化分析技术获得了长足的进步,尤其在小儿先天性髋关节脱位的手术治疗中显示了它的优越性。本文主要探讨三维重建与逆向工程技术重建患儿髋关节可能性及模拟截骨的临床应用价值。目的先天性髋关节脱位在早期通过合理的手术不仅可使髋关节复位稳定,还可以避免许多手术并发症。然而在过去其治疗原则或手术方案的制定通常以患儿年龄和X线为依据。由于X线检查的局限性,难以使临床医师对髋关节发育不良有一个全面准确的认识。近年来随着计算机技术在影像学中的应用,三维重建技术及三维可视化分析技术获得了长足的进步,尤其在小儿先天性髋关节脱位的手术治疗中显示了它的优越性。本文主要探讨三维重建与逆向工程技术重建患儿髋关节可能性及模拟截骨的临床应用价值。本研究旨在利用三维重建与逆向工程技术为儿童先天性髋关节脱位Steel三相截骨矫正术提供一种相对精确的截骨方案。方法采用连续螺旋CT对一例儿童先天性髋关节脱位患者行骨盆连续断层扫描,扫描条件：电压120kv,层厚0.625mm,矩阵512x512。髋关节的三维重建：将扫描Dicom格式图像导入Materialise Mimics14.1软件,采用表面遮盖显示法(shaded surface display,SSD)进行三维表面重建,然后将重建的髋关节以.stl格式保存,导入Imageware12.0软件进行进一步分析及设计。先天性髋关节脱位的模拟截骨与复位：通过Imageware12.0软件,利用软件中的镜像功能,在患侧生成健侧的髋关节的三维模型,根据steel三相截骨方案在髋关节模型上进行截骨,以健侧髋关节的模型为指导将截断的骨块进行旋转,重建正常的髋关节解剖,使患臼覆盖达到预设的髋臼位置。截骨模板的生成：通过截骨旋转重建后的髋关节与镜像生成的髋关节模型进行对比,以截骨两端区域为基准进行反求,设计模板(包括开口角度和旋转角度)。结果通过三维重建得到了较好的显示结果,重建的髋关节三维模型,可以直观显示患髋解剖形态。通过三维可视化髋臼模型,模拟Steel三相截骨术可精确设计小儿髋关节。通过三维重建与逆向工程技术构建的截骨模板,为Steel三相截骨矫正术提供一种相对精确的截骨方案。结论基于CT影像下先天性髋关节脱位的患儿髋关节三维重建效果直观：本课题通过目前较成熟的三维软件成像技术,利用先天性髋关节脱位的患儿薄层扫描后的CT影像,不仅可以清晰、直观地观察患儿髋关节的三维形态,而且可以将我们关心的部位分离或透视,并能以任一角度旋转,排除临近结构的遮挡。第二部分Steel三相截骨模板在儿童先天性髋关节脱位治疗中的应用目的本研究主要探讨三维重建与逆向工程技术重建患儿髋关节可能性及模拟截骨的临床应用价值。利用三维重建与逆向工程技术为儿童先天性髋关节脱位Steel三相截骨矫正术提供一种相对精确的截骨方案,并观察13例使用此类方法设计的模板的临床疗效。方法临床资料：本组13例,男8例,女5例,平均年龄7.2±1.1(6-9)岁。右侧8例,左侧5例。髋臼指数44.0°±1.9°(40°-46°)。13例患者术前诊断无股骨头坏死。根据患者的X线及临床表现,拟按照Steel截骨术进行截骨矫形。截骨模板在Steel截骨术中应用：按照Steel截骨的手术进行髋臼截骨后,将计算机辅助生成的截骨模板植入,克氏针固定。结果13例Steel截骨术的患儿通过三维重建与逆向工程技术构建的截骨模板重建的髋关节初期临床疗效满意。结论基于CT扫描后的三维重建影像可以应用于临床解剖研究：利用CT扫描数据三维重建的患儿髋关节可视化图像,不仅立体直观,而且由计算机软件对其解剖参数的测量也减小了人为因素的误差,能够在三维空间中准确的定位并获得各种三维数据,为临床解剖的研究提供一种新的研究途径。通过三维重建与逆向工程分析构建的Steel三相截骨模板可以提供良好的匹配性,同时减少了手术的时间,提高了手术的安全性。三维重建和逆向工程技术的出现以及不断的发展为现代骨科手术提供了新的辅助手段,根据CT数据重建的三维模型可以直接、深入观察手术部位结构特点,可以对手术区的结构进行三维可视化分析,维持充分的髋臼覆盖,而且可提高手术的安全性。因此,针对先天性髋关节脱位患者采用Steel截骨的问题,我们按照临床手术要求进行设计,根据截骨位置以及截骨后骨块的三维可视化分析还原正常的髋关节,生成植入骨块模型,随着逆向工程技术及激光快速成型技术在医学的应用,我们可以将截骨模板通过快速成型技术生成实体,这样就保证了植入骨块的准确匹配,保证了充分的髋臼覆盖以及重建后髋臼的稳定性。螺旋CT以及三维可视化分析可精确重建小儿髋关节,为临床医师的手术方案、手术入路、植入骨块模型提供可靠的依据,达到针对不同病人手术个体化的最终目标,不但使手术实施的可行性、安全性增加,而且能够降低手术的风险性,减少手术的并发症。

全文目录

摘要  3-7
ABSTRACT  7-16
第一部分三维重建与逆向工程技术设计儿童先天性髋关节脱位STEEL三相截骨术截骨模板  16-28
  1 实验材料  16-17
  2 实验方法  17-19
  3 结果  19-23
  4 讨论  23-26
  参考文献  26-28
第二部分 STEEL三相截骨模板在儿童先天性髋关节脱位治疗中的应用  28-38
  1 材料与方法  28-29
  2 实验方法  29-31
  3 结果  31-32
  4 讨论  32-34
  参考文献  34-38
全文小结  38-39
中英文缩略词表  39-40
综述  40-55
  综述一  40-46
  综述二  46-52
  参考文献  52-55
致谢  55-56
博士研究生期间学术成果  56
参加国内国际会议  56-58
统计学审稿证明  58

儿童先天性髋关节脱位Steel三相截骨模板的设计与应用

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