基于对侧肘关节的三维CT配准冠状突假体设计与生物力学稳定性分析

The coronoid process of the ulna is an important stabilizer structure for the elbow joint. Most coronoid process cannot be repaired properly after injury, which makes patients disabled in daily life activity. Due to this situation, we try to compare the data of the 3D CT scan of the bilateral elbow and analysis the anatomic differences between the two sides by special designed software. After registering, we can obtain the proper coronoid process prosthesis by contralateral side 3D CT data. Then by using the 3D printing technique, we try to analysis the biomechanical stability of the new designed coronoid process prosthesis by finite elements analysis. Also we plan to use it in cadavers to evaluate the clinical outcomes of the individualized coronoid process prosthesis, which can provide theory guide for this new designed prosthesis.

尺骨冠状突是构成肘关节的重要稳定结构，但大部分的冠状突损伤后很难进行修复，常造成患者肘关节功能下降，影响患者日常生活。我们希望通过双侧肘关节三维CT的数据分析，利用专门设计的计算机软件将二者进行匹配处理，测量双侧肘关节冠状突的解剖形态的差异。在此基础上在一侧冠状突损伤后通过对侧正常冠状突的数据，设计患侧的冠状突假体，以代替由于外伤遭到破坏而无法有效重建的患侧冠状突骨性结构。进一步利用3D打印技术制作这种精准的个体化的冠状突假体，并通过有限元分析方法对这一假体进行力学稳定性分析，以及实际操作验证其临床的有效性，为个体化人工冠状突假体的应用提供初步的理论指导。

研究背景：尺骨冠状突在严重损伤后难以有效重建，如何利用影像学数据对之进行解剖测算，并据此制备个体化假体恢复肘关节的稳定性，是目前临床治疗的难题。.研究目的：验证双侧冠状突解剖结构的对称性，利用对侧冠状突影像学数据制备冠状突假体，并验证其可行性及假体固定方式的力学稳定性。.研究方法：本研究采集正常人的双侧冠状突三维CT的DICOM 数据，对左右侧冠状突解剖形态进行配准，验证立体结构上的差异性；进一步以此进行冠状突假体的3D 打印，通过标本操作验证假体实施的可行性；进一步对屈肘30° 90° 130°下不同直径、不同固定方式螺栓固定尺骨冠突假体的稳定性进行有限元分析，确立最佳的假体固定方式。.研究结果：本研究完成了128例成人冠状突假体解剖数据的测量。通过建模、配准与测量未发现左右侧各解剖数据存在明显差异（P<0.01）。在此基础上进行3D打印金属假体，分别进行实操固定验证了假体安装的可信性；有限元分析显示直径4.5mm螺栓单一方向固定假体在不同屈肘位置均较4.0mm螺栓单一固定、2.5mm、2.0mm螺栓双侧固定三种方式的假体力学稳定性更大。.结论：人体双侧冠状突解剖结构相互对称，利用对侧DICOM 数据可进行患侧冠状突假体3D打印，直径4.5mm螺栓单一方向固定尺骨冠突假体较其他方式更稳定。.研究前景：利用这一结果通过对健侧冠状突的测量，设计由于创伤造成严重破坏的患侧冠状突假体，使之更加精准化、个体化，为这种假体的应用进行理论探索，并可进一步扩大到其他关节假体的应用。