摘要：背景:传统全膝关节置换手术在术前的准备有限,作者提出基于计算机仿真和3D打印技术的数字化精准全膝置换方法,旨在通过充分的术前设计来提升置换效果。目的:利用计算机仿真和个性化手术导板建立数字化精准全膝关节置换方法,比较新方法和传统方法的临床效果。方法:回顾性分析97例全膝关节置换患者的临床资料,根据手术方法将患者分为2组,对照组(n=48)采取传统方式进行全膝关节置换手术,使用传统胶片模板;观察组(n=49)采用数字化精准全膝置换方法进行手术,使用计算机辅助技术选定假体尺寸型号。比较两组患者的手术时间、术中出血量、术前及术后美国特种外科医院膝关节评分以及股骨力线和膝关节面线夹角和胫骨角、髋膝踝角与标准角度的差值。结果与结论:(1)两组患者术前性别、年龄、体质量指数、美国特种外科医院膝关节评分,以及胫骨角、股骨力线和膝关节面线夹角、髋膝踝角与标准角度的差值相比差异均无显著性意义(P> 0.05);(2)与对照组比较,观察组手术时间缩短、出血量减少;两组术后3个月膝关节美国特种外科医院膝关节评分对比术前均显著升高(P> 0.05),且术后3个月观察组评分高于对照组(P> 0.05);(3)两组之间胫骨角、股骨力线和膝关节面线夹角、髋膝踝角与标准角度的差值相比差异均有显著性意义,观察组优于对照组(P <0.05);(4)观察组股骨假体预测准确率为94%,对照组为58%;胫骨假体预测准确率为96%,对照组为62%;(5)提示数字化精准全膝关节置换相较传统全膝关节置换的手术时间更短、出血量更少、术后膝关节功能评分和力线恢复更好,具有良好的短期临床效果。

摘要：目的探究3D打印手术导板在成人发育性髋关节发育不良(Developmental dysplasia of the hip,DDH)行全髋置换术(Total hip arthroplasty,THA)中的临床应用效果。方法回顾性分析2020年10月至2023年3月在广州市第一人民医院接受THA的26例DDH患者临床资料。根据是否使用3D打印导板分为导板组13例,男9例,女4例;年龄23~84岁,平均(53.92±19.15)岁。常规组13例,男4例,女9例;年龄31~72岁,平均(51.38±13.76)岁。比较两组手术时间、出血量、手术前后中心边缘角(central rim angle,CEA)、术后髋臼假体外展角与设计40°差值、前倾角与设计20°差值、垂直旋转中心距离(vertical centre of rotation,V-COR)、水平旋转中心距离(horizontal centre of rotation,H-COR)评估手术效果;同时随访记录术后第1、3、6个月的Harris评分,以评估术后预后效果。结果所有患者均获6~24个月随访,常规组平均(11.54±2.73)个月,导板组平均(13.23±3.49)个月。排除性别、年龄、髋关节畸形侧别、Crowe分级、随访时间和术前Harris评分等无关统计学因素影响后,两组手术前后CEA和术后第1个月Harris评分差异无统计学意义(P>0.05),手术时间、术中出血量、髋臼假体前倾角和外展角与设计值差值、V-COR、H-COR以及术后第3、6个月Harris评分差异有统计学意义(P<0.05)。结论3D打印导板可显著缩短手术时间、减少失血量、有效提升成人DDH行THA术中髋臼假体放置的准确性,改善预后,是一种切实有效的辅助手段。

摘要：针对骨病、骨肿瘤,最理想的治疗方法是根据患者病骨的几何解剖状态,专门设计制定个体化治疗方案,个体化治疗中涉及到个体化植入物的应用。现存的金属植入物缺乏个体匹配性。基于反求工程和快速成形技术直接制造的个体化金属植入物,解决了目前个体化植入物翻模制造、周期较长的问题。采用新型材料作为原材料直接成型出个体化金属植入物将是快速成形技术在骨科应用的发展方向。

摘要：为满足手术模板对快速成型、精确定位和个性化的要求,基于逆向工程结合正向建模设计和选区激光熔化快速成型技术提出了一种全数字化设计、制造金属质个性化手术模板的方法。分析了手术模板的医学需求,从成型方式以及扫描策略两方面提出缩减成型时间、减轻成型件重量以及减少热变形的方案。分别研究了致密态成型和非致密态成型两种工艺,其中非致密态成型采用高扫描速度实现,成型过程采用邻层互错、正交及分区扫描策略。利用上述方法,成功设计了一套手术模板,并分别利用致密态以及非致密态两种方式对模板成型。结果表明,模板尺寸精度达±0.5 mm;另外,与致密态成型方式相比,非致密态方式的成型时间减少了43.3%,模板重量减轻了18%。该方法成型的手术模板已成功应用于临床。

摘要：目的了解计算机技术在组织工程学研究方面的应用情况。方法广泛查阅近年有关计算机技术、图像处理、计算机辅助设计及先进制造技术等应用于组织工程研究的相关文献,并进行综述。结果计算机辅助组织工程学是计算机辅助技术和组织工程学相结合产生的新的研究领域,是未来组织工程学研究发展的新方向,包括医学CT/MRI扫描、计算机辅助三维重建、解剖组织建模、计算机辅助设计、快速成型技术、计算机辅助组织工程支架制作、计算机辅助组织植入等。结论计算机辅助组织工程学在组织工程支架制作、人工组织植入等方面用途广泛,是组织工程学研究的新的有效途径。

摘要：目的采用3-D打印技术制造个性化复位型外固定器,探讨严重胫腓骨粉碎性骨折的治疗新方法。方法 2015年4月选择1例胫腓骨严重粉碎性骨折患者纳入研究。患者为男性,年龄18岁,身高171 cm,体质量67 kg。采用计算机辅助技术与3-D打印技术相结合,定制个性化外固定支架对其进行治疗,术后观察临床疗效。结果支架安装时间约10 min,术中无需透视,复位一次成功。术后双下肢恢复等长;复查X线片示远折端向后成角纠正了37°、外翻成角纠正了4°,胫骨骨折端对位对线良好,下肢力线完全矫正,与软件模拟复位后模型一致。术后未出现新的骨折移位,3.5个月后骨折临床愈合,8个月后达坚强骨性愈合;膝关节活动功能良好。结论应用3-D打印个性化外固定器治疗胫腓骨严重粉碎性骨折,具有操作方便、个性化程度高、复位效果好、固定牢靠、复位无需X线透视等优点。

摘要：目的探讨3-D打印导航模板辅助肘关节肿瘤切除并为患者定制个性化肘关节假体成功实施肘关节置换术的临床方法。方法 2016年8月收治1例63岁左肱骨远端肿瘤男性患者。因发现左肱骨远端巨大包块3个月余,伴肘关节疼痛、活动受限入院。术前采用计算机辅助设计联合3-D打印技术,模拟肿瘤切除范围,定制肿瘤切除模板以及用于修复肿瘤切除后骨缺损的同种异体骨修剪模板,同时设计个性化肘关节假体。术中按照设计精确切除肿瘤并行肘关节重建术。结果该例患者手术顺利完成,术中肿瘤切除时间46 min,安装个性化肘关节假体与同种异体骨时间95 min;术中无需透视。术后1周行X线片及CT检查,示肘关节假体位置良好,尺骨假体前倾角为30°,肘关节提携角为15°,与术前模拟肘关节置换术效果一致。术后1个月手指屈伸活动正常,肘关节屈伸活动范围为0~130°,前臂旋前80°、旋后80°。术后7个月肘关节活动满足日常生活需要。肿瘤无复发、转移。结论对于肘关节保肢术,采用计算机辅助技术可实现术前模拟手术效果,通过制备导航模板提高了手术精准度,定制个性化肘关节假体成功为患者实施了肘关节置换术从而重建肘关节功能,且具有术中无需X线透视、缩短手术时间等优点。

摘要：目的探讨三维数字化骨科技术和Ilizarov环形外固定架辅助胫骨成角短缩畸形精准矫形的效果。方法 2012年6月—2016年8月收治胫骨成角伴短缩畸形患者26例,其中男12例,女14例;年龄1~19岁,平均16.5岁。先天性胫骨假关节患者6例,胫骨、股骨纤维结构不良1例,小儿麻痹后遗症导致肢体短缩畸形3例,骨折畸形愈合16例。术前患侧肢体短缩1.5~9.5 cm,平均6.2 cm。采取数字化骨科技术分析患肢三维空间存在的畸形,模拟截骨矫形和延长的手术过程,计算机辅助设计(computer aided design,CAD)、3D打印个性化辅助截骨矫形导航模板,借助外固定架辅助胫骨延长。术后定期复查X线片,随访观察新生骨塑形情况、肢体延长长度、下肢力线、成角畸形有无复发。结果术后患者均获随访,随访时间14~48个月,平均18.8个月。1例发生针孔浅表感染,经清洁换药和口服抗生素治疗后愈合。无骨不连、足部马蹄状畸形、血管神经损伤等并发症发生。术后1周复查X线片示胫骨畸形完全矫正,下肢负重力线恢复正常。所有患者按照术前计划完成骨延长长度,牵移骨痂矿化时间为12~20周,平均11.6周;外固定架拆除时间为18~26周,平均14.9周;愈合指数为21~78 d/cm,平均63.4 d/cm。延长过程中1例患儿膝关节屈曲活动较健侧减少15°,经理疗锻炼后好转,并完成肢体延长达到预期矫正效果。结论采用三维数字化技术辅助胫骨畸形实施精准矫形,借助外固定架辅助矫形术后肢体延长,可获得较好疗效,保证了手术的安全性、微创性和精准性。

摘要：目的评价3D打印导航模板辅助个性化非限制性肿瘤型全膝关节假体重建术治疗膝关节周围恶性骨肿瘤的疗效。方法 2007年3月-2014年9月,共43例膝关节周围恶性骨肿瘤患者符合选择标准纳入研究。22例采用传统肿瘤切除联合定制肿瘤型铰链式假体重建（对照组）,21例采用3D打印导航模板辅助个性化非限制性肿瘤型假体重建（试验组）。两组患者年龄、性别、肿瘤部位、病理诊断、肿瘤分期、肿瘤直径、病程以及术前疼痛视觉模拟评分（VAS）等一般资料比较,差异均无统计学意义（P〉0.05）,具有可比性。记录并比较两组术中切除瘤段长度及出血量,观察术后并发症及肿瘤复发情况;采用骨与软组织肿瘤协会（MSTS）保肢功能评分系统评价膝关节功能。结果两组患者均顺利完成手术,术后病理切片示切除边界均为阴性。两组患者均随访,随访时间12～77个月,平均36.7个月。试验组术中切除瘤段长度及出血量与对照组比较,差异均无统计学意义（t=1.01,P=0.32;t=—0.76,P=0.45）。试验组：术后X线片复查示手术切除范围和重建效果与术前计算机模拟切除重建一致;2例（9.52%）发生并发症,其中免疫排斥反应1例、感染1例;术后1年2例（9.52%）骨肉瘤复发肺转移。对照组：术后6例（27.27%）发生并发症,其中假体周围骨折2例、感染2例、切口不愈合1例、腓总神经损伤1例;术后1年4例（18.18%）骨肉瘤复发肺转移。两组术后并发症发生率及术后1年复发率比较,差异均无统计学意义（χ2=2.24,P=0.14;χ2=0.67,P=0.41）。末次随访时MSTS功能评分,试验组股骨远端、胫骨近端肿瘤评分均优于对照组股骨远端、胫骨近端肿瘤患者,比较差异有统计学意义（t=4.89,P=0.00;t=3.94,P=0.00）。试验组膝关节主动屈伸活动度为（115.45±12.25）°,对照组为（101.49±11.96）°,比较差异有统计学意义（t=3.78,P=0.00）。结论与采用传统肿瘤切除联合定制肿瘤型铰链式假体重建相比,采用3D打印导航模板辅助个性化非限制性肿瘤型假体重建治疗膝关节周围恶性骨肿瘤临床疗效良好,能更好地改善患者关节功能,提高患者生活质量。

摘要：在计算机辅助脊椎的矫形手术过程中,椎弓根螺钉的个性化设计是手术成功的重要部分。这种设计包括两部分,一部分是对螺钉进行定位规划,另一部分是确定螺钉的参数。针对传统方法定位不准且操作不直观的问题,提出一种基于面绘制和轮廓线提取的个性化椎弓根螺钉计算机辅助设计方法。首先提取脊椎节的轮廓线,在轮廓线上实现对椎弓根螺钉的定位规划;然后根据定位规划的结果,测量椎弓根螺钉参数;最后显示虚拟手术的结果,完成个性化椎弓根螺钉辅助设计的整个过程。实验结果表明,该方法可以得到满足手术要求的个性化椎弓根螺钉。