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首页医源资料库在线期刊齐鲁医学杂志2008年第23卷第4期

数字化人工髋关节置换的术前设计

来源:《齐鲁医学杂志》
摘要:【摘要】应用数字化影像技术对人工髋关节置换进行术前设计。方法应用数字化影像和数字模板在计算机上进行术前测量并选择假体型号,并与手术中实际应用的假体型号进行比较。结果术前设计假体型号与术中实际应用假体型号相比较,髋臼假体的准确率达71。结论应用数字化技术对人工髋关节置换行术前设计具有较高的......

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【摘要】  应用数字化影像技术对人工髋关节置换进行术前设计。方法 应用数字化影像和数字模板在计算机上进行术前测量并选择假体型号,并与手术中实际应用的假体型号进行比较。结果 术前设计假体型号与术中实际应用假体型号相比较,髋臼假体的准确率达71.59%,股骨假体准确率达78.04%。结论 应用数字化技术对人工髋关节置换行术前设计具有较高的准确率和可信度。

【关键词】  关节成形术 置换 髋 图像处理

 PREOPERATIVE DESIGN FOR DIGITIZED ARTIFICIAL HIP REPLACEMENT

  ZHANG PENG, HUANG YONG, WAN LIANPING, et al

  (Department of Orthopaedics, Qingdao Traumatic and Orthopaedic Hospital, Qingdao 266021, China)

  [ABSTRACT]ObjectiveTo make a preoperative design for hip replacement by using digitized image data. MethodsPreoperative measurement and selection of pattern number of the hip prosthesis were done using digitized image and digital template, which was compared with the prosthesis used in the surgery.ResultsCompared with the preoperative measurement, the accuracy of acetab and femoral bone was 71.59% and 78.04%, espectively.ConclusionPreoperative design using digitized image for hip replacement is of higher accuracy and reliable.
   
  [KEY WORDS]Arthroplasty, replacement, hip; Image processing, computerassisted; Prostheses and implants
   
  应用人工髋关节假体代替病损关节的技术,已成为20世纪伟大的医学成就之一。随着人工髋关节手术技术的进步、人工髋关节设计和材料的更新,人工髋关节置换的临床疗效越来越好,并发症明显降低。人工关节的术前设计是保障人工髋关节置换获得优良效果的前提条件,通过人工关节的术前设计可以预计截骨的位置和大小、选择人工关节假体的型号、获得人工髋关节假体安放的正确位置和初始稳定性。人工关节的术前设计的主要方面是应用一定放大比例的透明假体模板比对相似放大比例的病人X线片,选择相对合适的匹配假体。这种方法误差较大,可信度较差,给临床医生提供的参考信息有限。本研究应用数字化方法进行人工关节的术前设计,现将结果报告如下。

  1  资料和方法

  1.1  一般资料

    2005年1月~2007年2月,我院拟行全髋关节置换的病人122例(132髋),男68例,女54例;平均年龄62岁(35~82岁);双髋关节手术病人10例。其中股骨头无菌坏死46例、骨性关节炎10例、类风湿性关节炎12例、股骨颈骨折46例、其他8例。应用假体产自美国Depuy公司、德国Link公司和北京蒙太因公司。生物固定88例,骨水泥固定21例,混合固定13例。   
  1.2  数字化影像的准备

    应用数字化影像设备拍摄标准的双髋正位和患髋侧位X线片(沿股骨纵轴贴敷10 cm长的标记物于股骨大粗隆水平作为测量标尺[1])。双髋正位X线片要求双下肢内旋15°~20°,对股骨颈骨折等患侧不能内旋下肢,就以正常对侧下肢为参考进行术前设计。拍摄的数字影像资料可以经医院的局域网PACS系统上传到关节医生和放射科医生的计算机工作站备用[2]。

  1.3  数字模板的制作

    准备各关节假体公司提供的标有放大比例尺刻度的假体模板,应用扫描仪扫描并保存到电脑内,保存为图像格式,应用PHOTOSHOP软件处理为透明图层,保留该图像比例尺刻度,通过刻度的对准吻合,将同位置不同型号的模板保存为同一图层,如将所有LINK公司RIBBER股骨柄髋关节假体正位模板保存为同一图层,并保留一个与原模板吻合的10 cm比例尺刻度。

  1.4  术前设计方法

    将数字化X线片图像及数字化模板图像数据导入PHOTOSHOP软件,把X线片图层作为底层图层,首先将模板图层按比例缩放至比例尺刻度与X线片图层比例尺刻度相同,此时,即可确保模板放大比例与X线图像放大比例相同,也即表示模板放大比例与真实骨骼放大比例相同,这就确保模板测量结果的准确性。拖动模板图层、旋转模板图层,比较选择合适的假体型号,直至模板假体图层与X线影像的骨骼形状达到最佳吻合,此过程中要注意不能对模板图层产生任何缩放动作。选取结束后将图层合并,并将合并后图像与病人其他影像资料共同保存,以便将来统计应用。

  1.5  临床应用

    对进行全髋关节置换病人应用上述方法进行术前设计,测量结果随病人的测量合成图像一并记录,保存于计算机中,然后与手术中实际应用的假体型号比
较,来确定数字化术前设计方法的准确性。

  2  结 果

    术前设计假体型号与术中实际应用假体型号相比较,髋臼假体的准确率达71.59%,股骨假体准确率达78.04%。

  3  讨 论

    过去几十年来,人工髋关节假体在固定方面取得了巨大的进步,无菌松动成为少见的并发症,全髋置换病人的临床疗效越来越好。改善重建关节的生物力学结构能够改善功能减少磨损。许多现代髋关节系统可以提供标准和高偏心距的假体,已有髋关节假体可提供超过800种以上的组合来满足不同骨骼形态的匹配,以获得最佳的临床效果。
   
  术前设计是利用模板测量并结合临床测量结果预计术中假体安放的情况。首先将髋臼假体模板图层置于骨盆前后位X线片图层髋臼内,保持45°外展,预测髋臼假体的置入位置及髋关节新的旋转中心。然后将股骨假体模板图层置于股骨上端决定所需股骨假体的型号,估计股骨假体置入后对肢体长度的影响。参照对侧肢体测算维持双下肢等长所需纠正的参数,估计股骨颈的截骨位置,即从小转子上缘向近侧应保留的股骨距的长度。如采用骨水泥型假体,设计时还应注意股骨假体要与股骨近端髓腔保留2 mm的距离,以利骨水泥充填。
   
  人工全髋关节置换中,假体的设计和匹配是实现理想的力学传导的基础和获得长期稳定的关键。无论是骨水泥型还是非骨水泥型假体,假体与骨骼是否匹配直接影响手术的效果。骨长入型假体的条件是微动范围不超过14°,假体与骨界面间隙不超过2 mm[3]。如果假体匹配不当,髋关节在1~4倍体质量的负荷下,可使微动达到20°。这样假体容易出现早期松动,术后大腿容易出现疼痛等并发症。骨水泥型假体与股骨髓腔匹配也非常重要,现代骨水泥技术强调假体中位化,骨水泥均匀分布,避免骨水泥应力集中引起疲劳断裂,要求术前设计和选择假体时应最大可能实现假体与骨骼的匹配。
   
  应用模板测量进行术前设计是达到人工假体良好匹配和稳定固定的重要方法。目前我国应用的假体种类繁多,不同厂家的假体模板放大率差异较大,而X线片的放大率还没有很好的控制方法,因此通过常规的模板测量得到的假体型号的信息是不可靠的,仅起参考作用。据统计,常规测量的准确率在50%左右,发生股骨距骨折的风险是24%[4]。近年来,随着放射设备的不断更新,越来越多的医院抛弃了原有的普通胶片X线机,取而代之的是CR、DR等先进的数字化设备,其优势显而易见。但同时,由于数字设备的程序设计所限,对骨骼的放大率无法人为控制,而目前市场上现售的假体模板放大率不统一,使得术前模板测量困难较大。应用假体偏小易使假体松动下沉,而术中安装假体偏大可能造成髋臼或股骨的骨折,这都会影响人工髋关节置换手术的治疗效果。
  
  本研究手术前后测量结果显示,应用数字化模板测量进行术前设计,准确率达70%以上,具有较高的准确性。与普通的X线片和模板测量法比较,具有无胶片化、方便快捷的特点,解决了X线片打印后尺寸失真、模板测量结果不准确的缺点。同时,应用已普及的计算机进行设计,仅用图像格式,无须打印,降低成本,图像资料保存方便,利于将来实现全国范围的关节置换登记随访。国内数字化影像设备已普及到县区级医疗单位,计算机网络化使无胶片化变为现实,利用计算机现有软件实现人工髋关节置换的术前设计,使设计更可靠,测量更准确,具有非常好的费用效益比。

    当然,在选择一个合适假体时,术者的经验确实能提供帮助。当术前测量准确,而与术中情况出现偏差时,应警惕还没有达到合适的扩髓。有经验的术者可以根据锉刀选择合适的假体,而没有经验的术者可能坚持术前测量,过估髓腔的大小,增加骨折的风险。通过准确计算基础上的调整放大率可以预防或减少这种并发症。
   
  本研究的计算机数字化测量方法,仍然需要测量者肉眼感官的比对,仍然存在较大的误差。另外,X线图像的投照标准的不统一和骨骼形状的个体差异也是误差产生的原因。若结合数字影像的灰度值变化,计算机通过计算自动生成类似模板的骨骼线图将会大大提高测量的准确性。

 

【参考文献】
    [1]CONN K S, CLARKE M T, HALLETT J P. A simple guide to determine the magnification of radiograghs and improve the accuracy of preoperative templating[J]. J Bone Joint Sury Br, 2002,84B:269272.

  [2]REINER B I, SIEGEL E L. Technologists’ productivity when using PACS: comparison of filmbased versus filmless radiography [J]. AJR Am J Roentgenol, 2002,179: 3337.

  [3]BLACKLEY H R, HOWELL G E, RORABECK C H. TIPlanning and management of the difficult primary hip replacement: preoperative planning and technical considerations [J]. Instr Course Lect, 2000(49):311.

  [4]BERTRAM T H E, RON L D, PETER M A, et al. Comparison of analog and digital preoperative planning in total hip and knee arthroplasties, a prospective study of 173 hips and 65 total knees[J]. Acta Orthopaedica, 2005,76(1):7884.


作者单位:青岛市骨伤科医院骨三科,山东 青岛 266021

作者: 张鹏
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