第一部分二維與三維圖像匹配技術在膝關節(jié)運動學中的應用目的:近些年隨著醫(yī)學影像學與計算機測量軟件的發(fā)展,二維與三維圖像匹配技術逐漸應用到運動學模式測量中。它的基本原理是應用已知大小和形狀的三維圖像去匹配一個二維圖像,再反推出投影成二維圖像的另一個形狀相同的三維圖像的具體空間位置。在測量膝關節(jié)置換術后患者的運動學模式過程中,主要是通過單平面X線透視機獲得患者假體在體內的二維運動圖像。再通過假體已知的三維圖像去匹配這些二維圖像,最后反推得到假體在患者體內的三維運動情況。關于二維與三維圖像匹配技術的測量精確度還存在爭議。本實驗測量研究應用高精度3D激光掃描儀后的二維與三維圖像匹配技術在膝關節(jié)置換術后運動學測量中的精確度。方法:應用膝關節(jié)置換術中的伸直、屈膝平衡技術安裝膝關節(jié)假體。去除人工膝關節(jié)模型中的前交叉韌帶,保留后交叉韌帶和側副韌帶。在截骨導向器輔助下,將脛骨平面截成5°后傾角。在操作過程中,不行髕骨置換。將安裝膝關節(jié)假體的人工膝關節(jié)模型在單平面X線透視機下從0°到90°緩慢連續(xù)完成屈膝過程。將股骨假體的前緣與脛骨假體側面影像的夾角規(guī)定為屈曲角度。從0°到90°每隔10°取1張X線片進行測量。通過假體的側位X線片,提取假體的側位輪廓。通過高精度3D激光掃描儀和WiildFire5.0軟件獲得假體的三維圖像。手動旋轉移動三位圖像使其與0°對應的側位輪廓重合。從而獲得股骨假體相對于脛骨假體的0°三維空間位置。然后通過微調可以獲得其他9個位置。測量三維空間位置中股骨相對于脛骨的最低點。將脛骨假體的金屬托平面定義為參考平面。在參考平面中,金屬托平面的中心點定義為原點。連接金屬托平面內外側緣的連線定義為x軸,通過原點與其垂直的軸定義為y軸,通過原點與參考平面垂直的軸定義為z軸。金屬托的前側定義為y軸的正方向,金屬拖的外側定義為x軸的正方向。移動參考平面與股骨假體相接觸,接觸區(qū)域的直徑小于0.2mm視為接觸區(qū)。接觸區(qū)的中心點視為最低點。最低點三維空間坐標作為測量位置。通過高精度3D激光掃描儀測量三維空間位置中股骨相對于脛骨的最低點三維空間坐標,將其作為它的真實位置。比較測量位置相對于真實位置的誤差,從而得到二維與三維圖像匹配技術在膝關節(jié)置換術后運動學測量中的精確度。結果:分別對二維與三維圖像匹配技術和3D激光掃描儀測量股骨假體相對于脛骨假體在冠狀面、水平面、矢狀面不同度角的移動及旋轉誤差采用配對t檢驗,各角度在不同維度上的移動及旋轉誤差無統(tǒng)計學差異。冠狀面在30°角移動誤差最大為0.60±1.39(mm),水平面最大為90°角移動誤差最大為0.81±1.53(mm),矢狀面最大為70°角移動誤差最大為2.01±4.37(mm),計算0-90°角全部移動誤差的平均值分別為0.38±1.04(mm),0.50±1.33(mm),1.50±4.28(mm),兩種測量方法比較,差異無統(tǒng)計學意義。冠狀面在80°角旋轉誤差最大為3.54±4.88(°),水平面最大為70°角旋轉誤差最大為0.79±3.24(°),矢狀面最大為50°角旋轉誤差最大為0.59±1.28(°),計算0-90°角全部旋轉誤差的平均值分別為2.04±3.42(°),0.59±3.13(°),0.48±1.87(°),兩種測量方法比較,差異無統(tǒng)計學意義。小結:應用高精度3D激光掃描儀的二維與三維圖像匹配技術可以精確測量膝關節(jié)置換術后患者的膝關節(jié)運動學模式,為提高假體的設計和臨床醫(yī)生的手術水平提供了重要幫助,從而幫助提高患者的術后生活質量。第二部分在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中脛骨后傾角的改變對膝關節(jié)運動軌跡的影響目的:膝關節(jié)置換術后,膝關節(jié)的運動軌跡較術前發(fā)生了變化。正常膝關節(jié)在屈膝過程中,股骨內側髁相對于脛骨不動或少量后移。而膝關節(jié)置換術后的一些患者在屈膝的過程中,股骨內側髁相對于脛骨出現(xiàn)了矛盾性前移。本實驗研究在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中脛骨后傾角的改變對膝關節(jié)運動軌跡的影響,并觀察脛骨后傾角的改變對矛盾性前移的影響。方法:本實驗對9例行雙膝保留后叉韌帶型假體關節(jié)置換術后2年的女性患者進行了回顧性研究。這9例膝內側骨性關節(jié)炎的患者應用了同一公司生產的大小、型號相同的假體。用患者術前的脛骨后傾角減去術后的脛骨后傾角。根據術中脛骨后傾角的變化進行了分組:組1≧3°(n=10),組23°(n=8)。術前所有患者都為伴有內翻畸形、前交叉韌帶完整的膝內側骨性關節(jié)炎患者(Kellgren-Lawrence分級III度)。創(chuàng)傷性關節(jié)炎、類風濕性關節(jié)炎和外翻膝的患者都被排除在外。組1患者手術時的平均年齡為61.1歲(57~68歲),隨訪時間為術后24.3個月(24~25月)。最大屈曲角度為84°(60~90°)。組2患者手術時的平均年齡為61.3歲(57~68歲),隨訪時間為術后24.2個月(24~25月)。最大屈曲角度為83°(60~90°)。2組之間沒有統(tǒng)計學差異(P0.05)。術后所有患者的膝關節(jié)KSS評分大于90分,膝關節(jié)穩(wěn)定并且沒有明顯的術后并發(fā)癥。術后組1患者的最大屈曲角度為125°(115~130°),組2患者的最大屈曲角度為123°(115~130°)。2組患者在單平面X線透視機下從0°到90°緩慢連續(xù)完成屈膝過程。從0°到90°每隔10°取1張X線片進行測量。我們通過患者術后的側位X線片,提取假體的側位輪廓。通過3D激光掃描儀和WiildFire5.0軟件獲得假體的三維圖像。手動旋轉移動三位圖像使其與0°對應的側位輪廓重合。從而獲得股骨假體相對于脛骨假體的0°三維空間位置。然后通過微調可以獲得其他9個位置。通過二維與三維圖像匹配技術測量股骨內外側髁相對于脛骨的運動軌跡。結果:組1患者在完全伸直狀態(tài)下(0°),股骨脛骨內側接觸點的平均位置為-0.1±1.5mm(-3.1~1.9 mm)。在屈膝的過程中,股骨脛骨內側接觸點持續(xù)后移。在屈膝90°時,股骨脛骨內側接觸點的平均位置為-4.1±3.4mm(-11.4~-0.7 mm)。平均移動距離為4.0mm。在完全伸直狀態(tài)下(0°),股骨脛骨外側接觸點的平均位置為-1.1±1.1mm(-3.1~0.5 mm)。在屈膝的過程中,股骨脛骨外側接觸點持續(xù)后移。在屈膝90°時,股骨脛骨外側接觸點的平均位置為-11.1±1.5mm(-12.9~-8.1mm)。平均移動距離為10.0mm。在0°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨外側接觸點的移動距離明顯大于股骨脛骨內側接觸點的移動距離(P0.05)。組2患者在完全伸直狀態(tài)下(0°),股骨脛骨內側接觸點的平均位置為0.2±2.0mm(-2.8~2.7mm)。在50°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點出現(xiàn)了矛盾性前移。在屈膝40°時,股骨脛骨內側接觸點達到了最靠后的位置-2.7±2.0mm(-5.6~0.1 mm)。平均移動距離為2.9mm。在50°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點持續(xù)前移。在屈膝90°時,股骨脛骨內側接觸點的平均位置為-0.5±1.8mm(-3.1~2.2mm)。平均移動距離為2.2mm。在完全伸直狀態(tài)下(0°),股骨脛骨外側接觸點的平均位置為-2.8±1.7mm(-6.0~-0.1 mm)。在屈膝的過程中,股骨脛骨外側接觸點持續(xù)后移。在屈膝90°時,股骨脛骨外側接觸點的平均位置為-8.7±2.3mm(-11.5~-4.9mm)。平均移動距離為5.9mm。在0°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨外側接觸點的移動距離明顯大于股骨脛骨內側接觸點的移動距離(P0.05)。小結:在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中適當減少脛骨后傾角可以防止矛盾性前移的出現(xiàn)。第三部分膝關節(jié)置換術中脛骨后傾角的改變對術后膝關節(jié)功能康復的影響目的:膝關節(jié)置換術后,膝關節(jié)的功能康復受許多因素的影響。本實驗研究在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中脛骨后傾角的改變對術后膝關節(jié)功能康復的影響。方法:本實驗對10例行雙膝保留后叉韌帶型假體關節(jié)置換術后1年的女性患者進行了回顧性研究。這10例膝內側骨性關節(jié)炎的患者應用了同一公司生產的大小、型號相同的假體。用患者術前的脛骨后傾角減去術后的脛骨后傾角。根據術中脛骨后傾角的變化進行了分組:組1≧3°(n=11),組23°(n=9)。術前所有患者都為伴有內翻畸形、前交叉韌帶完整的膝內側骨性關節(jié)炎患者(Kellgren-Lawrence分級III度)。創(chuàng)傷性關節(jié)炎、類風濕性關節(jié)炎和外翻膝的患者都被排除在外。組1患者手術時的平均年齡為61.4歲(57~68歲),隨訪時間為術后12.3個月(12~13月)。最大屈曲角度為86°(60~90°)。VAS膝關節(jié)疼痛評分9.20,KSS膝關節(jié)功能評分23.42,WOMAC膝關節(jié)功能評分63.42。組2患者手術時的平均年齡為61.5歲(57~68歲),隨訪時間為術后12.4個月(12~13月)。最大屈曲角度為84°(60~90°)。VAS膝關節(jié)疼痛評分9.27,KSS膝關節(jié)功能評分23.38,WOMAC膝關節(jié)功能評分62.14。2組之間沒有統(tǒng)計學差異(P0.05)。按照Utzschneider等人的方法,參考脛骨近端解剖軸來測量脛骨后傾角的大小。術后1年測量患者的膝關節(jié)運動軌跡。2組患者在單平面X線透視機下輔助于扶手從0°到90°緩慢連續(xù)完成負重屈膝過程。從0°到90°每隔10°取1張X線片進行測量。我們通過患者術后的側位X線片,提取假體的側位輪廓。通過3D激光掃描儀和WiildFire5.0軟件獲得假體的三維圖像。手動旋轉移動三位圖像使其與0°對應的側位輪廓重合。從而獲得股骨假體相對于脛骨假體的0°三維空間位置。然后通過微調可以獲得其他9個位置。最終獲得了股骨內外側髁相對于脛骨的運動軌跡。用VAS評分測定術后患者的疼痛程度。用WOMAC評分表及KSS評分測定患者術后功能的康復情況。結果:組1患者在0°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點持續(xù)后移。組2患者在0°到20°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點持續(xù)后移。在20°到50°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點幾乎保持不動。在50°到90°的屈膝過程中,股骨脛骨內側接觸點持續(xù)前移。在屈膝90°時,組1患者股骨脛骨內側接觸點的平均位置相對于組1患者明顯靠后(P=0.007)。這2組患者的股骨脛骨外側接觸點都出現(xiàn)了不同程度的持續(xù)后移。在完全伸直狀態(tài)下(0°),組1患者股骨脛骨外側接觸點的平均位置相對于組2患者明顯靠前(P=0.038)。但是在屈膝90°時,組1患者股骨脛骨外側接觸點的平均位置相對于組2患者明顯靠后(P=0.016)。因此在0°到90°的屈膝過程中,組1患者股骨脛骨外側接觸點的移動距離明顯大于組2患者股骨脛骨外側接觸點的移動距離(P0.001)。組1患者的VAS及WOMAC評分低于組2患者,KSS評分高于組2患者。組2的患者在屈膝20°到90°時,股骨內側髁行相對于脛骨出現(xiàn)了矛盾性前移。小結:在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中適當減少脛骨后傾角可以提高患者膝關節(jié)功能康復。矛盾性前移可以影響患者膝關節(jié)功能的恢復。第四部分不同脛骨后傾角的改變對術后膝關節(jié)功能康復及術后并發(fā)癥的影響的病例長期隨訪研究目的:本實驗回顧性研究了在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中脛骨后傾角的改變對術后膝關節(jié)功能康復及術后并發(fā)癥的長期影響。方法:本實驗對2012年9月到2013年9月期間的150例患者的180例行膝保留后叉韌帶型假體關節(jié)置換術后3年的恢復情況進行了回顧性研究。用患者術前的脛骨后傾角減去術后的脛骨后傾角。根據術中脛骨后傾角的變化進行了分組:組1,5°;組2,3°到5°;組3,0°到3°;組4,-3°到0°;組5,-3°。術前所有患者都為伴有內翻畸形、前交叉韌帶完整的膝內側骨性關節(jié)炎患者(Kellgren-Lawrence分級III度)。創(chuàng)傷性關節(jié)炎、類風濕性關節(jié)炎和外翻膝的患者都被排除在外。術后3年測量患者膝關節(jié)的VAS疼痛評分、KSS膝關節(jié)功能評分及WOMAC膝關節(jié)功能評分及術后并發(fā)癥情況。結果:術后3年5組患者的疼痛評分較術前降低,在1.0-3.0之間,組間比較差異有統(tǒng)計學意義(χ2=94.300,P0.001);KSS評分較術前升高,組5中位數(shù)最低為77.0,組2最高為98.0,組間差異有統(tǒng)計學意義(χ2=163.580,P0.001);WOMAC評分低于術前,評分中位數(shù)分別為23.0,10.0,13.0,19.0,25.0,組5最高,組2最低,組間比較差異有統(tǒng)計學意義(χ2=164.118,P0.001)。術后所有患者均未出現(xiàn)假體松動、假體周圍骨折及襯墊磨損等相關并發(fā)癥發(fā)生。小結:脛骨后傾角的改變與膝關節(jié)置換患者術后的長期康復密切相關,減少太多或增加太多都會影響患者術后膝關節(jié)功能的長期康復,沒有影響到術后并發(fā)癥的發(fā)生。結論:在我們的實驗中,二維與三維圖像匹配技術可以精確測量膝關節(jié)置換術后運動學模式,為提高假體的設計和臨床醫(yī)生的手術水平提供重要幫助,從而提高患者的術后生活質量。在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中適當減少脛骨后傾角可以防止矛盾性前移的出現(xiàn)。在應用保留后叉韌帶型假體膝關節(jié)置換術中適當減少脛骨后傾角可以促進患者膝關節(jié)功能康復。矛盾性前移可以影響患者膝關節(jié)功能的恢復。脛骨后傾角的改變與膝關節(jié)置換患者術后的長期康復密切相關,減少太多或增加太多都會影響患者術后膝關節(jié)功能的長期康復。沒有影響到術后并發(fā)癥的發(fā)生。
【學位單位】：河北醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R687.4
【部分圖文】：

圖 1 手術前后的脛骨后傾角Fig.1 a:The preoperative posterior tibial slopeb:The postoperative posterior tibial slope

圖 2 兩組患者的股骨脛骨接觸點emorotibial articular contact kinematics of group 1 (a) and grou

1 患者股骨脛骨內側接觸點的平均位置相對于組 2 患者的離(P<0.05)he average medial femorotibial articular contact point(a)ofup 2 during the whole bend progress (P<0 .05)
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本文編號：2856775