论文部分内容阅读
背景:踝关节损伤和疾病十分常见,常规终末期踝关节炎常常采取踝关节融合术。该治疗虽然可以减轻疼痛,但是存在关节僵硬、肢体短缩或较长的融合带来邻近关节的退变等问题。人工全踝关节置换术(Total Ankle Arthroplasty,TAA)是上世纪70年代开始应用于临床上治疗终末期踝关节炎的新型术式。研究表明,踝关节置换术经过发展其疗效已不差于融合术且术后踝关节解剖更接近生理状态,随着假体设计及生产技术的改进,人工全踝关节置换术能够提高病患生活质量的疗效令人鼓舞。近年来,随着国外踝关节置换术的迅猛发展,各种新型踝关节假体不断出现,随访结果也不尽相同,但国内踝关节假体的设计却鲜有尝试。同时,计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)与有限元分析技术的进步,对新型踝关节假体的设计提供了新的方法。目的:通过对踝关节置换术后患者的随访及同踝关节融合术早期疗效的对比,分析讨论现有踝关节假体存在的不足及优势,结合国外人工踝关节假体的优缺点设计出适合国人的新型国产人工踝关节并进行有限元分析,为下一步的实验室及临床试验提供基础。方法:1.通过回顾性研究我院2008.3-2014.10期间,因终末期踝关节炎行手术治疗的患者102例,其中55例(56踝)获得随访。根据其手术方式的不同分为三组,分别是人工踝关节置换组(A组)14例(14踝)、外固定踝关节融合组(B组)18例(19踝)、内固定踝关节融合组(C组)23例(23踝),并对各组患者的基本信息及术前术后的AOFAS评分及SF-36评分进行统计分析,对比研究踝关节融合术与踝关节置换术在术后的早期疗效差异。2.借鉴国外现广泛应用的踝关节假体的优势特点,应用三维画图软件Solidworks2013,结合同组研究者对国人踝关节解剖结构及参数的研究结果完成人工踝关节假体的初步外形设计,应用医学逆向工程技术(Medical Reverse Engineering)测绘star型人工踝关节假体的参数,进行重建,并在此基础上针对之前的随访结果及相关文献报道进行有针对性的改进。3.将1名志愿者踝关节ct薄层数据,导入医学建模软件mimics16.0中,进行三维重建,建立踝关节三维模型,并对其进行表面光滑处理,网格划分及优化。然后分别对star人工踝关节与新型踝关节假体模拟手术过程中所需要的截骨进行评估,利用mimics软件中的simulation模块中的move及rotate,将star型假体及新型踝关节假体植入踝关节模型,并进行初步的对比。结果:1.踝关节置换术的临床观察1.1一般情况及疗效评价共随访患者55例(56踝),平均年龄为51.2±4.53(38~78)岁,平均随访35.3±5.67(3~67)月,踝关节置换组(n=14)术前aofas评分为34.78±4.54,术后aofas评分为72.92±5.42,术前sf-36评分为31.07±6.05,术后sf-36评分为79.42±4.23;外支架固定踝关节融合组(n=19)术前aofas评分为32.36±4.57,术后aofas评分为69.36±6.49,术前sf-36评分为33.10±3.55,术后sf-36评分为67.78±4.51;而内固定踝关节融合组(n=23)的术前aofas评分为30.42±4.31,术后aofas评分为67.41±6.49,术前sf-36评分为28.22±8.31,术后sf-36评分为72.86±6.37,术前3组间功能差异无统计学意义(p>0.05);术后功能评分踝关节置换组较融合组差异有统计学意义(p<0.05)。1.2并发症发生三组术后均有并发症发生,踝关节置换组(a组)出现术后切口感染1例,术后随访假体对位对线不良1例;外支架踝关节融合组(b组)出现切口感染1例,深部感染1例,骨不连2例;内固定踝关节融合组(c组)发生感染2例,其中1例后行内固定取出术,骨不连发生1例;3组并发症发生率分别为14.3%、21.1%、13.0%,组间差异没有统计学意义(p>0.05)。2.人工踝关节的初步设计2.1测绘得到star型人工踝关节假体的三维参数,并通过solidworks软件进行重建绘图,其中将胫骨、距骨组件分大、中、小号,高分子聚乙烯衬垫也按照厚度分为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm五个型号;在star三维图像的基础上,完成了新型假体的初步设计,主要增加了胫骨侧与距骨侧的螺钉设计,胫骨侧螺钉设计为30.47mm,距骨侧螺钉设计为20.23mm;包括胫骨侧中央挡板的设计与螺钉的长度与角度的设计,挡板高度初步设计为20mm,贴附于胫骨前面;另外改进了距骨侧固定翼的高度为6.69mm。最后将初步设计假体进行试制,得到假体样品(如图3.9)。2.2将志愿者踝关节CT薄层数据导入Mimics后得到踝关节三维模型,在此基础上,进行阈值分割(阈值为226-1786)、将骨与软组织分离,分别生成胫骨、腓骨、距骨蒙版,3D计算后得到胫腓骨、距骨的三维图像(如图3.10),通过Action列表中的Cut with polyplane完成了模拟踝关节置换术所需截骨,对踝关节模型进行初步的网格划分并优化。2.3在踝关节三维模型的基础上,通过导入STL格式的胫骨组件、距骨组件及衬垫,分别建立了STAR及新型假体植入踝关节之后的三维图像,调整假体植入位置进行手术模拟并将两种假体进行了初步对比。结论:踝关节置换术经过几十年的发展,已经成为一种治疗终末期踝关节炎的成熟选择,在踝关节功能重建方面较踝关节融合术有一定的优势;而新型踝关节假体的设计引导着踝关节置换术的发展,随着计算机辅助设计技术的进步,将可能成为足踝外科领域意义重大的研究热点。