下肢力线三维测量与膝外翻并短缩畸形手术三维设计

研究目的： 1.研究计算机三维技术精确测量正常下肢的解剖参数为下肢精确矫形提供最佳的参考数据。 2.研究计算机三维技术建模、制作个性化截骨矫形模板及个性化植入异体骨,实现下肢矫形手术的个性化治疗。 材料与方法： 1.正常人体下肢骨关节解剖参数三维测量及其数据库建立 (1)CT扫描、三维重建：选择下肢形态正常成人：19例下肢,采用128排双螺旋CT/进行薄层扫描,获取骨盆至足踝的二维图像数据,使用计算机用医学图像处理软件Mimics12.1(Materialise公司,比利时) (2)下肢骨关节正常解剖参数三维数字化测量 1).点云图像分析、处理：将骨盆至足的骨骼三维解剖模型,输入Imageware13.2(西门子公司)软件进行点云图像处理、软件辅助分析。 2).确定标准体位：包括骨盆对齐、股骨对齐、胫腓骨对齐。 3).确定股骨解剖参数基准线：股骨解剖轴建立、建立股骨远端关节面切线、股骨内外髁后方切线、建立股骨力线轴、建立股骨头颈轴线。 4).确定测量基准平面：1建立基准平面的标准体位；(1)股骨横断面建立；股骨矢状面建立股骨额状面建立 (3)主要测量参数：包括股骨颈前倾角、股骨扭转角、股骨角、胫骨角、胫骨平台内侧倾角、胫骨平台外侧倾角、髋-膝-踝角、胫股角、并建立数据库。 (4)采用SPSS13.0软件统计学处理 1)根据测量结果,使用平均数统计； 2)根据文献检索出采用尸骨测量与计算机辅助测量进行两种独立样本的方差检验。 2.下肢畸形患者的病例采集及手术治疗： (1)下肢骨关节三维重建及测量： 1)通过CT扫描下肢骨关节获取二维图像数据,导入医学图像处理软件后建立双下肢骨关节的三维解剖模型导入逆向工程软件Imagewarel3.2(EDS company, USA),根据点云分析及设定标准体位后,建立下肢的测量基准线、横截面、矢状面及冠状面,测量相关角度。 2)计算机辅助确定截骨部位和截骨角度：对于单侧病变的患肢则以健侧的角度为矫正标准；对于双侧病变的患者,则取建立的下肢模型数据库中测量的平均值为矫形标准。 3)CAD设计辅助手术截骨模板：根据计算机辅助确定的截骨部位将设计完成的辅助手术截骨模板,做出实物原型,消毒备用。 4)计算机模拟下肢畸形的重建过程：使用计算机软件模拟膝外翻截骨、截骨模板的安装,验证手术设计方案的可行性。 (2)选择高年资及经验丰富的主任医师行具体手术操作。 (3)疗效评定标准和指标：随访期问根据膝关节HSS评分标准：从疼痛、功能、活动度、肌力、屈膝畸形、稳定性等方面进行综合评价。 (4)统计学处理：对计算机辅助测量和X线测量的解剖参数采用统计学软件SPSS13.0进行分析处理,得出结论。 结果： 1.使用计算机辅助测量下肢的主要数据结果(各角度平均值) 股骨角：80.3±2.3。；前倾角：9.1±5.1。；股骨颈扭转角：11.8±6.4。；颈干角：130.6±5.2。；股骨解剖轴与力线角：4.7±0.8。；胫骨扭转角：28±5.9。；胫骨角：85.6±3.6。；外侧平台后倾角：7.6±3.8。；内侧平台后倾角：10.4±3.7。；骸膝踝角：177.5±2.3。；胫股角：176.3±2.0。。 2.方差齐性检验结果显示：股骨前倾角与股骨扭转角的方差齐性。 3.计算机辅助设计截骨矫形手术的结果：股骨角由术前62.5±10.7。术后为81.4±2.6。；胫股角由术前的164.1±3.4。改善为术后的174.2±2.5。；膝关节评分由术前的52.4±16.2分改善为术后的83.8±8.6分；下肢长度(mm)：术前的678.4±90.2改善为710.5±74.2°。通过t检验后证实术前及术后有统计学意义。 结论 1.采用计算机辅助软件测量与裸骨测量结果一致,使三维空间的角度更直观、更具体,测量结果更精确；避免了因尸体标本获取困难,测量条件限制等不足因素；避免因地域、人种等个体差异采用常用角度而导致的手术失败,为个性化精确手术提供了更夯实的基础。 2.通过计算机辅助设计手术可以精确分析患者畸形程度、设计最佳手术方案、通过一次手术同时解决膝外翻并短缩等复杂畸形,不但显著的提高了手术成功率,而且极大的减轻了患者的痛苦,提高了患者的生活质量,降低了患者及社会的医疗成本。