【摘要】：目的:(1)通過三維重建技術定量描述股骨頸骨折術前空間移位及術后復位質量,揭示基于二維X線平片的評估手段的局限性,調查股骨頸骨折空心螺釘內固定術后股骨頭壞死發(fā)生率,探究術前空間移位及術后殘留空間移位與股骨頭壞死的相關性。(2)制作股骨頸下后方不同程度的骨缺損模型,利用有限元方法探究骨缺損后股骨近端生物力學改變,比較不同數量及構型的空心螺釘固定內收型股骨頸骨折伴下后方不同程度骨缺損的生物力學效果。方法:(1)收集2010年1月至2013年12月在天津醫(yī)院治療的1000余股骨頸骨折患者,最終納入符合標準的163例,回顧性分析其臨床資料;其中男61例,女102例;年齡45~78歲,平均(55.7±7.9)歲;左側88例,右側85例;Garden分型:GardenⅠ型20例、GardenⅡ型30例、GardenⅢ型57例、Garden IV型56例;電話隨訪2.5~5.4年,平均隨訪(3.1±1.3)年,通過OHS評分和BI指數評估患者髖關節(jié)功能及生活質量。收集所有患者術前及術后股骨近端多層螺旋CT掃描的原始數據,通過Mimics10.01軟件重建健側及患側股骨近端三維模型,配準后測量術前股骨頭中心移位、股骨頭小凹最低點移位、股骨頭空間偏轉角度及術后股骨頭中心殘留移位、股骨頭小凹最低點殘留移位、股骨頭殘留空間偏轉角度;依據患者預后將患者分為股骨頭壞死組和非壞死組,利用單因素χ2檢驗和多因素Logistic回歸分析探究股骨頭壞死危險因素。(2)對一名成年健康男性志愿者股骨近端進行CT掃描,獲得DICOM原始數據,利用MIMICS 10.01軟件、Rhino3D NURBS軟件制作內收型股骨頸骨折伴后下方不同程度骨缺損的模型、不同數量和構型空心螺釘模型,裝配完成后利用Simpleware 6.0軟件進行網格劃分、材料屬性賦值;通過ABAQUS 6.12軟件建立股骨頭中心和表面的耦合關系,對所有模型施加緩慢行走時的載荷和約束,觀察下后方不同程度骨缺損對股骨近端生物力學影響,比較不同數量及構型空心螺釘固定后股骨頭、股骨頸壓力側及張力側、空心螺釘尾部平均應力峰值。結果:(1)截至2015年6月,33例患者發(fā)生股骨頭壞死,壞死率為20.2%,壞死發(fā)現時間為平均為術后(1.9±0.6)年,壞死組患者OHS評分及BI指數均低于非壞死組。壞死組患者術前股骨頭中心移位、股骨頭小凹最低點移位、股骨頭空間偏轉角度、股骨頭中心殘留移位、股骨頭小凹最低點殘留移位、股骨頭殘留空間偏轉角度均高于非壞死組患者,差異統計學意義(P0.05),單因素 χ2檢驗提示Garden分型是股骨頭壞死的相關因素,Logistic回歸分析提示術前Garden分型、術前股骨頭空間移位及術后股骨頭殘留空間移位均為股骨頭壞死相關因素。(2)未缺損模型的股骨頸內側承受壓應力,外側承受張應力,股骨頭應力分布較為均勻,隨著股骨頸下后方缺損程度的增加,壓力側和張力側空心螺釘、空心螺釘尾部及股骨頭的平均應力峰值逐漸上升,對于不穩(wěn)定內收型股骨頸骨折,尤其是伴有下后方較大骨缺損的股骨頸骨折,四枚空心螺釘組的壓力側和張力側平均應力峰值顯著低于正三角構型和倒三角構型(P0.05),對于中缺損模型及大缺損模型,四枚空心螺釘組的股骨頭平均應力峰值顯著低于其余兩組(P0.05),正三角組和倒三角組的股骨頭平均應力峰值均無統計學差異(P0.05),對于下后方骨缺損模型,倒三角組的空心螺釘尾部平均應力峰值顯著高于其余兩組(P0.05),四枚空心螺釘組的空心螺釘尾部平均應力峰值顯著低于其余兩組(P0.05)。結論:(1)三維重建可全面多角度觀察術前骨折的嚴重程度及術后復位情況,定量描述股骨頸骨折術前空間移位、術后殘留空間移位,術前股骨頭空間移位程度、Garden分型、術后股骨頭殘留空間移位是決定股骨頭壞死的主要因素。(2)下后方不同程度骨缺損可影響股骨近端力學性能,導致空心螺釘應力分布不均勻、出現應力集中,對于不穩(wěn)定內收型股骨頸骨折,尤其是伴有下后方較大骨缺損的股骨頸骨折,四枚空心螺釘的生物力學效果優(yōu)于正三角構型和倒三角構型。
【圖文】：

便于對密度不同的部位進行分割，調整窗寬和窗位，設置合理的方位參數，詳見圖1.1。閾值分割是數字骨科的最常用的圖像分割方法和圖像預處理過程，具有性能穩(wěn)定、計算量小、分析和處理步驟簡單、易于實現的特點，適用于感興趣區(qū)域和背景具有不同灰度值的圖像。目前常用的閾值分割法包括大津法、迭代法、雙峰法、灰度拉伸等，本研究采用大律法，通過 Thresholding 功能可選定閾值，其中閾值設置越高，股骨近端與周圍軟組織區(qū)別越明顯，股骨近端輪廓清晰度越差；反之股骨近端與周圍軟組織不易區(qū)分，股骨近端輪廓清晰度越高，故需要依據CT 資料的灰度值反復調整并選擇最佳分割閾值，在能區(qū)分軟組織與骨的情況下，盡量保留股骨近端的輪廓。閾值分割完成后，大多數患者髖臼與股骨頭間仍存在較多像素單元，若直接進行區(qū)域增長，計算機無法單純提取股骨近端區(qū)域，故此時需通過 Draw 和 Erase 功能對髖關節(jié)周圍像素單元進行手動編輯，即擦除髖關節(jié)間隙多余像素單元、修補股骨頭表面缺失的像素單元，然后賦予左右側感興趣區(qū)域不同顏色，區(qū)域增長后形成雙側股骨近端的蒙罩，詳見圖 1.2。圖 1.1 股骨頸骨折 CT 三維重建不同窗口

圖 1.2 區(qū)域增長聯合手動編輯后的雙側股骨近端蒙罩1.4 股骨近端三維模型的建立、配準及空間參數測量通過 Calculation 3D 模塊讀取雙側股骨近端的蒙罩，構建并命名高質量股端實體三維模型，通過 Smoothing 功能適度光滑模型，盡可能減少模型精度失。點擊 CMF/Simulation，以健側股骨近端三維模型為基準，通過軟件中irror 功能生成患側股骨近端三維模型的鏡像模型，，然后利用 Reposition 功能鏡像模型的位置和角度，盡可能讓遠端骨折部與健側得到最大程度重合，和患側的配準標志點包括大轉子最高點、小轉子最低點，詳見圖 1.3。配準后在 CT 冠狀位、矢狀位、水平位重新形成鏡像模型的蒙罩，點MF/Simulation，通過軟件的 Cut 功能切割健側和患側的股骨頭與股骨頸，然股骨頭定義為多義線的集合，采用軟件中 Fit Sphere 功能將此集合進一步擬一個球體，定義該球體的球心為股骨頭中心點，并在二維平面上標記股骨心點；觀察健側和患側股骨近端 CT 圖像，定義股骨頭表面與股骨頭中心點最短的位置為股骨頭小凹最低點，并標記股骨頭小凹最低點。利用軟件easure and analysis 功能設定并計算空間移位參數：（1）股骨頭中心移位距離
【學位授予單位】：天津醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R687.3

【參考文獻】

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本文編號：2548705