3D打印辅助全髋关节置换个体化治疗成人发育性髋关节发育不良.pdf
《3D打印辅助全髋关节置换个体化治疗成人发育性髋关节发育不良.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3D打印辅助全髋关节置换个体化治疗成人发育性髋关节发育不良.pdf(6页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、研究原著3 D 打印辅助全髋关节置换个体化治疗成人发育性髋关节发育不良h t t p s :d o i o r g 1 0 3 9 6 9 ,j i s s n 张念军1 2 ,刘效仿2 ,周观明2 ,苏瑶3 ,洪石22 0 9 5 - 4 3 4 4 3 7 7 0送审日期:2 0 2 0 - 0 5 - 1 2中图分类号:R 4 5 9 9 ;R 3 1 8 ;R 6 8 7文章编号:2 0 9 5 4 3 4 4 ( 2 0 2 1 ) 1 2 0 1 8 2 0 - 0 6文献标识码:A文章快速阅读:文章特点一在此基础上,将逐步纳入发育性髋关节发育不良髋通过3 D 打印技术制作髋臼假体
2、安装导向器、骨盆关节软组织情况作为重要参数,同时不断改进导向模型,引导臼杯置入角度,实现髋臼假体的精准器设计,实现对髋臼磨挫深度的控制,为实现髋臼安放:假体更加精确地安放提供思路及研究基础。c T 扫描数据3 D - c T 重建3 D 模型+ 导向器模拟安放位置术后X 射线片文题释义:发育性髋关节发育不良:是指髋关节结构的发育异常,解剖学上出现髋臼与股骨头的匹配欠佳,导致关节处于半脱位或者完全脱位的病理状态。晚期发育性髋关节发育不良患者会出现严重髋关节骨性关节炎,全髋关节置换治疗是发育性髋关节发育不良的首先措施。但因发育性髋关节发育不良患者髋关节解剖结构发育畸形,使全髋关节置换仍面临众多困难
3、。3 D 打印技术:是精准的快速成型技术,以数字模型为模板,使用黏合材料,通过逐层堆叠累积的方式制造出三维实体,包括解剖模型、导航导板、假体、内植物等,广泛应用于骨科临床治疗。中心边缘角:I i I C E 角,股骨头中心垂线和中心与髋臼外上缘连线夹角,成人2 5 。以上正常,2 0 。以下提示发育性髋臼发育不良。摘要背景:全髋关节置换是治疗中晚期发育性髋关节发育不良最有效的方法,发育性髋关节发育不良患者髋关节解剖结构发育畸形,髋臼重建是手术的难点。目前临床上使用3 D 打印技术重建骨盆模型,指导术前规划,但对于磨锉的方向及深度未得到很好的解决,因此将骨盆c T扫描数据进一步挖掘,利用3 D
4、打印技术制作导向器,引导磨锉方向。目的:探讨3 D 打印辅助全髋关节置换个体化治疗成人发育性髋关节发育不良的临床疗效。方法:纳入3 0 例发育性髋关节发育不良患者,随机分成2 组,每组1 5 例。观察组通过3 D 打印技术制作3 D 骨盆模型以及手术导引向器,制定个体化的手术方案;对照组按照常规手术流程完成手术。比较两组的手术时间、术中出血量、末次随访的髋关节H a r r i s 评分;对比髋臼假体置入外展角、垂直和水平距离与设计值的差异,评估髋臼假体置入的准确程度。结果与结论:术后两组髋臼假体外展角、末次随访H a r r i s 评分、水平距离差异无显著性意义( P o 0 5 ) ;观
5、察组的手术时间、术中出血量少于对照组,差异有显著性意义( P o 0 5 ) ;两组垂直距离相比差异有显著性意义( P O O S ) ( 2 ) T h eo p e r a t i o nt i m ea n di n t r a o p e r a t i v eb l o o dl o s so ft h eo b s e r v a t i o ng r o u pw e r es i g n i f i c a n t l yl e s st h a nt h o s eo ft h ec o n t r o lg r o u p ( P 0 0 S ) ( 3 ) T h ev
6、e r t i c a ld i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w og r o u p sw a ss t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n t ( P 0 0 5 ) ,a n dt h ed e s i g nd e v i a t i o no ft h eo b s e r v a t i o ng r o u pw a ss m a l l e r ( 4 ) I tf si n d i c a t e dt h a tw i t ht h eh e l po f3 Dp r i n t i n
7、 gt e c h n o l o g y ,p r e o p e r a t i v eo b s e r v a t i o no fp e r s o n a l i z e d3 Dm o d e lw a su s e dt oe n h a n c et h eu n d e r s t a n d i n go ft h ea n a t o m i c a lv ar i a t i o no fd e v e l o p m e n t a ld y s p l a s i ao ft h eh i p D u r i n gt h eo p e r a t i o n ,
8、t h eg u i d i n gf u n c t i o no fa c e t a b u l a rp r o s t h e s i sw a su s e dt oi m p r o v et h ea c c u r a c yo fa c e t a b u l a rp r o s t h e s i sp l a c e m e n t , s h o r t e nt h eo p e r a t i o nt i m ea n dr e d u c et h ea m o u n to fi n t r a o p e r a t i v eb l o o dI O
9、S S K e yw o r d s :j o i n t ;h i pj o i n t ;d e v e l o p m e n t a l ;d y s p l a s i a ;3 Dp r i n t i n g ;j o i n ta r t h r o p l a s t y ;g u i d e r ;3 Dm o d e lF u n d i n g :t h eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yP r o g r a mo f G u a n g d o n gP r o v i n c e , N o 2 0 1 7 8 0 9 0
10、 9 0 4 0 0 2 ( t oL X F ) ;t h eP r o i e c to f S c i e n t i f i cI n n o v a t i o n r o mS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB u r e a uo f F o s h a n , N o 2 0 1 7 A G l 0 0 0 4 1 ( t oL X F )H o wt oc i t et h I Sa r t i c l e :Z H A N GN j L I UX F , Z H O UG M , S U H o N Gs T h r e e d i
11、m e n s i o n a l - p r i n t i n ga s s i s t e dt o t o lh i pa r t h r o p l a s t yf o ri n d i v i d u a l i z e dt r e a t m e n to fa d u l td e v e l o p m e n t a ld y s p l a s i ao f t h eh i p Z h o n g g u oZ u z h fG o n g c h e n gY e n j i u 2 0 2 1 ;2 5 ( 1 2 ) :1 8 2 0 - 1 8 2 5 0
12、引言I n t r o d u c t i o n发育性髋关节发育不良( d e v e l o p m e n t a ld y s p l a s i ao ft h eh i p ,D D H ) 是指髋关节结构的发育异常,解剖学上出现髋臼与股骨头的匹配欠佳,导致关节处于半脱位或者完全脱位的病理状态u 】,D D H 发病率呈现明显的地域性,国内统计为1 3 o - 2 3 6 o 【2 。4 】,国外报道中为1 5 o - 5 1 o 【5 。6 1 。D D H 是成人髋关节骨性关节炎的主要原因之一 7 - 8 ,生物力学上髋关节负重区的界面接触变为点面甚至点点接触,加速髋关节退变,
13、最终发生骨性关节炎,造成严重的关节功能障碍 9 - 1 0 o全髋关节置换作为治疗终末期D D H 的主要手段其疗效已为临床所证实 1 1 - 1 4 然而,由于D D H 患者髋关节解剖变异,髋臼假体安放面临重大挑战阻5 1 ,相比普通患者在置换时有更高的失败率和并发症发生率u 6 1 。3 D 打印技术是精准的快速成型技术,以数字模型为模板,使用黏合材料,通过逐层堆叠累积的方式制造出三维实体,包括解剖模型、导航导板、假体、内植物等,广泛应用于骨科临床治疗 1 7 - 2 4 。术者对D D H 患者髋关节形态的准确分析并确定合适的假体型号及放置位置是手术成功的重要因素R 5 1 ,借助3
14、D 打印技术制备骨盆模型及导板,术前通过对3 D 打印模型的测量评估、手术操作,初步估算假体的大小及置入位置,术中运用导板引导,对髋臼假体进行精准置入,这对D D H 这类复杂髋关节疾病的手术治疗有重要的价值。佛山市中医院利用3 D 打印技术辅助D D H 患者全髋关节置换手术,通过术前对髋关节形态的个体化分析及术中的精确引导,实现了髋臼假体置入的理想角度,现报道如下。1 对象和方法S u b j e c t sa n dm e t h o d s1 1 设计随机对照试验。1 2 时间及地点于2 0 1 7 0 9 0 1 2 0 1 9 一0 6 3 0 在佛山市中医院骨关节科完成。1 3
15、对象共纳入各型D D H 患者3 0 例,所有纳入对象已经得到佛山市中医院伦理委员会批准( 批准号:2 0 1 8 0 0 2 ) ,且取得患者书面知情同意。纳入标准:各类C r o w e 分型的成人D D H ( 表1 ) ;患髋疼痛严重,影响工作和生活;经基础治疗、药物治疗治疗无效者 2 6 - 2 7 。排除标准:年龄 1 8 岁的D D H 患者;有重大的心理问题、语言障碍或精神病史者;同侧下肢关节功能障碍;髋关节感染或可疑感染;合并严重内科疾病无法耐受手术;有重大心血管疾病、肝肾功能不全、胃溃疡史、凝血功能障碍者;有周围神经( 如腓总神经等) 损伤不能进行功能锻炼;类风湿关节炎等其
16、他炎症疾病。分组方法:采用E x c e l 生成随机数字,专人控制分组方案,按照随机数字表将对应代码装信封,密封保存,按1 :1分为2 组。观察组采用3 D 打印技术辅助全髋关节置换手术,对照组按照常规操作进行全髋关节置换手术旺引。1 4 材料人工髋关节假体介绍见表2 。表1JC r o w e 分型T a b l e11C r o w ec l a s s i f i c a t i o n分级描述I 级I I 级I 级级股骨头半脱位,脱位率 1 0 0 表21 植入物的材料学特征T a b l e2 】I m p l a n tm a t e r i a lc h a r a c t e
17、 r i s t i c s名称人工髋关节假体厂家组成材质适应证作用并发症德国,L i n k 公司髋臼杯、股骨柄、髋臼内衬、髋臼螺钉、球头钛合金、高交联超分子聚乙烯、羟基磷灰石等髋关节疾病,需进行关节置换重建髋关节,及恢复关节功能假体松动、金属过敏、骨破坏等C h i n e s eJ o u r n a lo fT i s s u eE n g i n e e r i n gR e s e a r c hV o l2 5IN o 1 2IA p r i l2 0 2 1I18 2 1万方数据R e s e ar c hA r t i c l e图1c T 二维图片F i g u r e1C
18、 Tt w o - d i m e n s i o n a li m a g e s图2l 骨盆三维模型F i g u r e2T h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e lo ft h ep e l v i s图33 D 打印模型F i g u r e33 Dp r i n t i n gm o d e l1 5 方法1 5 1 术前准备入院后完善术前常规实验室检查、心电图、肺部X 射线片;常规行术前下肢站立位全长正、侧位X 射线平片及骨盆c T 检查及下肢血管彩色检查,评估患者对手术的耐受能力。1 5 2 数据采集使用G EL i g h t S p
19、e e dV C T6 4C T 扫描仪扫描骨盆数据,扫描层厚是0 6 2 5m m ,储存为原始D I C O M 格式数据,交由工程师技术处理。c T 二维图片见图1 。1 5 33 D 模型建模和3 D 打印模型制作利用c T 扫描的数据进行3 D 模型重建,使用比利时M i m i c sR e s e a r c h2 1 O 软件,将患者的C TD I C O M 数据输入M i m i c s 软件,选择阈值、填充等功能进行分割,将所有C T 二维图像分割,然后进行骨盆3 D 模型重建( 图2 ) 。把重建好的3 D 模型输出为3 D 打印格式S T L ,将S T L 文件导入
20、3 D 打印机。图3 为骨盆3 D 打印模型的1 :1 实物模型。打印模型用的是A B S 材料和太尔时代的F D M3 D 打印机( u PP l u s2 ) 。由A d v a n c e dO r t h o - M e dT e c h n o l o g yI n c 提供3 D 建模及3 D 打印模型技术支持。1 5 4 术前规划( 1 ) 定义坐标平面:利用获取的骨盆数据,重建骨盆3 D 模型,根据解剖标志确立坐标平面;以坐标平面为基础同时结合R a n a w a t 三角定义,分别确定髋臼下限面与内限面( 表3 及图4 ) 。表3l 坐标平面T a b l e3IC o o
21、 r d i n a t ep l a n e坐标面定义冠状面矢状面下限面内限面使双侧髂前上棘对齐,且与耻骨联合在同一平面使骶尾骨位于耻骨联合中线通过双侧泪滴且平行于冠状面经过申通线与髂坐线交点外5m m 平行于矢状面18 2 2l 中国组织工程研究l 第2 5 卷l 第1 2 期l2 0 2 1 年4 月AIn8 酉l 弋心飞iE 掣j 叠V苴。I诤1、一悔、一一图注:图A 为骨盆冠状面、矢状面;B 为安装髋臼假体后的冠状面、矢状面;C 为髋臼假体的下限面、内限面图4I 髋臼坐标平面F i g u r e4C o o r d i n a t ep l a n e so ft h ea c e
22、 t a b u l u m一算图注:图A 为获取髋臼中心;B 为确定角度;C 为设计出的导向器图6I 髋臼假体导向器的设计F i g u r e6D e s i g no fg u i d e a p p a r a t u so fa c e t a b u l a rp r o s t h e s i s( 2 ) 模拟操作:3 D 骨盆模型上,模拟髋臼杯置入,根据骨量,在满足髋臼杯角度( 外展4 0 。、前倾1 5 。) 、覆盖率前提下,适当上移或内移臼杯,并根据髋臼前后柱作为主要参考估算臼杯直径口9 J ( 图5 ) 。( 3 ) 髋臼假体导向器:利用点云技术在髋臼侧,在真臼的位置虚
23、拟出的臼杯的合适安放位置,在虚拟模型中确定髋关节旋转中心,以髋关节旋转中心为中心,在冠状面上外展4 0 。,在矢状面上前倾1 5 。,即是导向器的方位。利用计算机辅助设计技术设计出导向器( 图6 ) 。1 5 5 手术方法两组手术由同一组人员完成。( 1 ) 观察组髋臼假体的安放:选用椎管麻醉或全麻,侧卧位,取后外侧入路,注意保护坐骨神经,暴露关节囊后“T ”型切开,屈髋内旋,股骨头脱位并截除,显露髋臼。用骨钩向前牵开股骨,切除前方关节囊,然后在腰大肌与髋臼前缘之间插入H o h m a n n 牵开器。用2 把“s ”型拉钩牵开切口后方软组织,此时适当调整股骨位置使髋臼获得最佳显露。切除切除
24、关节囊、关节盂唇及圆韧带残端,刮匙刮除髋臼面增生骨化组织,显露骨性结构。检查导向器,注意观察其解剖特点,这对下一步操作有重要作用,便于导向器在髋臼内正确安放( 图7 A ) ,将导向器置入髋臼内,并确认其与髋臼内壁紧密贴合( 图7 B ) ,助手辅助维持导向器位置,术者通过预留钉道用2 支3 5m m 克氏针固定导向器在髋臼内壁临时固定导向器( 图7 C ) ,助手维持其稳定以确保导针角度正确,然后通过侧板导向针钉道,万方数据图注:图A 示检查导向器:B 示将导向器置入髋臼;C 示内固定导向器;D 示打入导引针;E 为锉臼;F 为置入臼杯;G 为术前射线片;H 为术后x 射线片图7I 观察组髋
25、臼假体的安放F i g u r e 7P l a c e m e n to fa c e t a b u l a rp r o s t h e s i si nt h eo b s e r v a t i o ng r o u p钻入1 支4 0m m 到髂骨作为导向针( 图7 D ) ,钻入深度要适中,导向针过浅容易松动,会导致角度错误。此时导针实现了外展角4 0 。、前倾角1 5 。导向要求,然后拔除2 枚3 5m m临时固定的克氏针、移除导向器,按照导针方向进行锉臼( 图7 E ) ,磨锉过程中保持锉杆与导针平行,磨至软骨下骨点状出血,参照导针方向,置入臼杯( 图7 F ) 。( 2 )
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 打印 辅助 髋关节 置换 个体化 治疗 成人 发育 不良
限制150内