计算机辅助前交叉韧带重建术中导航模板的研发及应用

The Computerized assisted surgery (CAS) technology could improve the effect of ACL reconstruction surgery.Based on the date of subjects's CT and MRI,we can estabilhed the 3D model of knee by software-MIMICS14.11、Geomagic Studio 2012. The CAS technology could measure and evaulte the anatomical information of knee joint and ACL based on viutual data, then, simulated the virtual plans of different kinds of surgery which could get the optimamal results. Combined with viusuanl drawing and 3D printing technonlgy,we can device and make the virsual and true navigated tempalte for ACL reconstruction,after appllied it in corpse' knee,we can measure its validiation、accuracy and repeatability, and apllied it on clinic.

计算机辅助技术（Computered assisted surgery, CAS）可以大大提高前交叉韧带（Anterior cruciate ligament, ACL）手术的成功率，根据研究对象膝关节的CT及MRI资料，利用MIMICS14.11、Geomagic Studio 2012软件进行双膝关节三维重建,利用自主研发的计算机辅助前交叉韧带（Anterior cruciate ligament, ACL）虚拟重建系统-ACL detector,设计出ACL重建方案，设计出虚拟的ACL重建方案，包括ACL重建术的隧道位置、出入口、角度等信息，结合计算机软件中的虚拟绘图和测量等技术，设计出ACL重建术中导航模板，再利用快速成型技术（3D打印）将导航模板构建出来，结合尸体模型，实施计算机辅助ACL重建方案，验证其可行性、可重复性及准确性，以便推广临床应用。

随着我国全民健身运动的蓬勃发展，前交叉韧带（Anterior cruciate ligament, ACL）损伤的发病率以及伴随的ACL重建手术量也随之增高，但该手术始终存在高到15-20%的失败率，最主要的原因在于错误的隧道定位，错误的隧道定位会使重建后的移植物与髁间窝发生撞击或者承受过大应力，从而再次损伤和断裂。ACL解剖重建可以还原ACL在胫骨股骨上的生理解剖附着点，从而保证移植物位置和张力处于正常范围，避免撞击和过度牵拉可能造成的二次损伤，本研究以ACL解剖重建原理为理论基础，结合计算机软件中的虚拟绘图和测量等技术，设计出ACL重建术中导航模板，再利用3D快速成型技术将导板构建出来，结合尸体模型，实施计算机辅助ACL重建方案，验证该技术的可行性和准确性。. 本研究选取20例膝关节尸体标本，对膝关节进行CT和核磁共振扫描，根据CT及MRI资料，利用MIMICS19.0、Geomagic Studio软件进行膝关节三维重建和加工 ,利用自主研发的ACL虚拟重建系统-ACL detector的相关原理,设计出ACL虚拟重建方案，包括ACL重建隧道位置、出入口、角度等信息，再根据膝关节的相关解剖标记点，设计出可贴附于骨面的导航模板，利用3D快速成型技术，制备出前交叉韧带股骨和胫骨重建导板，用于制备重建术中的骨隧道。制备好3D导板后，在膝关节尸体模型上进行手术操作，术后，对尸体膝关节模型进行CT扫描和三维重建，对重建隧道位置进行测量，ACL胫骨隧道出口的中央位置采用Tsukada法进行测定。再参考MRI上ACL在胫骨足印区的中心点，确定出ACL重建术中胫骨重建隧道的中心点。. 经过验证，3D导板在尸体上实施的实际胫骨隧道位置精确地还原了术前虚拟隧道位置，有限元法也验证了移植物重建后合理的生物力学特性，提示本研究3D打印定位导板能精确地辅助ACL个体化解剖重建。该导板制备快捷、经济，易于术中应用，且与运用导航技术等研究的结论类似。说明此项基于3D打印技术的个体化ACL重建的胫骨隧道置入方法的准确性良好，有助于缩短学习曲线，降低成本，有进一步运用于临床研究的价值及可行性，并有望惠及广大医师及患者。