基于國(guó)人三維重建新型TKA脛骨截骨定位器設(shè)計(jì)及模擬應(yīng)用.pdf

1、目的:為改善現(xiàn)有全膝關(guān)節(jié)置換(TKA)中脛骨截骨髓外定位器對(duì)線精度，通過對(duì)正常國(guó)人下肢進(jìn)行CT掃描，運(yùn)用三維重建技術(shù)建立脛骨模型，進(jìn)行形態(tài)學(xué)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)計(jì)一種新型的以脛骨前緣皮質(zhì)為參考軸線的截骨定位器，以簡(jiǎn)便、精確地指導(dǎo)TKA中的脛骨截骨對(duì)線過程。
　　方法:(1)通過CT掃描收集75例正常國(guó)人下肢CT數(shù)據(jù)，應(yīng)用三維重建軟件建立數(shù)字化脛腓骨模型。在模型上定義脛骨機(jī)械軸(MA)，并以脛骨前緣皮質(zhì)不同水平層面節(jié)點(diǎn)連線定義三條脛骨

2、前緣皮質(zhì)軸(ATC):ATCⅠ為膝關(guān)節(jié)間隙下9cm層面與24cm層面節(jié)點(diǎn)連線，ATCⅡ上下節(jié)點(diǎn)層面為10cm和25cm，ATCⅢ為11cm和26cm。分別測(cè)量ATC與MA在冠狀面及矢狀面的夾角，及以兩種軸線為參考的脛骨內(nèi)外側(cè)平臺(tái)后傾角。對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)描述并分析ATC相對(duì)MA的偏移角度在三條ATC間的差異，及各測(cè)量角度在不同性別和年齡組間（18-29歲，30-39歲，40-49歲，50-60歲）的差異;
　　(2)根據(jù)設(shè)計(jì)理念

3、及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)一種新型TKA脛骨截骨定位器。另選取10例正常人脛腓骨CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維截骨過程模擬，測(cè)量截骨面內(nèi)/外翻角度及后傾角變化程度，以驗(yàn)證新型截骨定位器的對(duì)線準(zhǔn)確性。
　　結(jié)果:(1) ATC在冠狀面與MA的夾角及該夾角在3°以內(nèi)的百分比分另為:ATCⅠ1.63±0.75°，97.4％; ATCⅡ1.50±0.88°，97.4％;ATCⅢ1.47±0.83°，96.1％。ATC在矢狀面與MA的夾角分別為:ATCⅠ4

4、.12±0.73°;ATCⅡ4.15±0.74°;ATCⅢ4.22±0.72°。ATC與MA的冠狀面及矢狀面夾角在三條ATC軸線間沒有顯著性差異;以上角度在不同性別及年齡組間無顯著性差異;
　　(2)以MA及ATC為參考的脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)后傾角分別為:MA7.63±2.90°,ATCⅠ11.74±2.81°,ATCⅡ11.78±2.89°,ATCⅢ11.84±2.95°。以各軸線為參考的外側(cè)平臺(tái)后傾角分別為:MA6.69±2.51°,

5、ATCⅠ10.81±2.53°,ATCⅡ10.85±2.60°,ATCⅢ10.91±2.69°。以上角度在不同性別及年齡組間無顯著性差異;
　　(3)成功設(shè)計(jì)新型TKA脛骨截骨定位器（根據(jù)截骨后傾角度是否可調(diào)節(jié)分為固定后傾角截骨定位器和個(gè)性化可調(diào)節(jié)后傾角截骨定位器）。其中固定后傾角大小依據(jù)內(nèi)側(cè)平臺(tái)后傾角（以ATCⅡ?yàn)閰⒖迹┚?11.8°)進(jìn)行設(shè)定，應(yīng)用該定位器對(duì)10例脛骨模型進(jìn)行模擬截骨，截骨面內(nèi)/外翻角度（正值表示內(nèi)翻）為0.

6、06±0.92°，均控制在3°以內(nèi)，冠狀面平均偏移角度為0.71°;截骨面后傾角相對(duì)原后傾角差值為-0.35±2.17°，有1例后傾角變異超過3°，平均變異角度為1.71°。
　　結(jié)論:
　　(1)運(yùn)用CT圖像三維重建軟件進(jìn)行脛骨形態(tài)學(xué)測(cè)量較二維X線片或CT斷層圖像測(cè)量能更真實(shí)反映解剖結(jié)構(gòu)在立體空間內(nèi)的角度位置關(guān)系;
　　(2)脛骨前緣皮質(zhì)軸與機(jī)械軸在冠狀面及矢狀面的角度關(guān)系相對(duì)固定，通過角度關(guān)系變換，可利用脛骨前緣皮

7、質(zhì)軸進(jìn)行截骨定位。在脛骨前緣皮質(zhì)選點(diǎn)定位時(shí)，上節(jié)點(diǎn)可定位在關(guān)節(jié)間隙下9cm-11cm范圍內(nèi)，下節(jié)點(diǎn)可定位在24-26cm范圍內(nèi);
　　(3)脛骨前緣皮質(zhì)軸與機(jī)械軸在冠狀面基本平行，僅有輕度內(nèi)翻，定位時(shí)新型定位桿遠(yuǎn)端適當(dāng)內(nèi)移約4mm可獲得滿意的冠狀面對(duì)線效果;固定后傾角采用11.8°設(shè)計(jì)可使截骨面基本恢復(fù)生理性后傾角，個(gè)性化可調(diào)節(jié)后傾角設(shè)計(jì)能滿足特異性的后傾截骨需求;
　　(4)新型脛骨截骨定位器較傳統(tǒng)TKA脛骨截骨髓外定位器