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个性化全骨盆三维有限元建模及骶髂关节骨折脱位模拟
目的 建立高度仿真的个性化的完整骨盆三维有限元模型,并在此基础上进行骶髂关节骨折脱位的模拟.方法 从CT精确重建独立的左、右髋骨和骶骨实体模型,要据髋骨和骶骨的外形特征,利用专门的流线型生物力学有限元网格划分器生成规则的体网格模型,并进一步建立骶髂关节的终板、软骨、关节接触面,和骨盆上的主要切带组织及耻骨间盘.在建立的完整模型上去掉一侧的骶髂关节切带群进行骨折脱何模拟,并与正常的情况进行对比.结果 建立了高精度的个性化全骨盆的三维有限元模型,包括左右髋骨和骶骨的皮质骨、松质骨,骶骼关节的终板、软骨和带摩擦的关节接触面,韧带包括骶髂骨间韧带、骶髂前切带、骶骼后韧带、骶棘韧带、骶结节韧带、耻骨上韧带和耻骨弓状韧带,以及耻骨间盘.正常模型的加载模拟和骶髂关节骨折脱位模拟的预测结果均与文献试验生物力学结果相符合. 结论利用专门的牛物力学有限元建模工具能建立史复杂更精确的三维有限元模型,成为全骨盆生物力学分析研究的平台和基础.
关键词： 完整骨盆 生物力学有限元网格划分器 骶髂关节骨折 计算机辅助设计 -
计算机辅助组织工程在组织支架仿生建模和设计中的应用
计算机辅助组织工程(CATE)可以帮助进行复杂组织支架的建模,设计和制造,使很多用于改善替代材料力学及生物学性能的新方法得以实施.CATE通过获取组织的生物学、生物力学及生物化学信息,进行界面的设计、模拟和组织的制作.本文将讲述CATE在骨组织工程支架仿生设计中的应用:介绍运用CATE进行仿生建模,解剖结构重建,组织支架设计,定量CT分析,有限元分析和支架的自由挤压沉积制作.
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计算机辅助组织工程:概况、范围和挑战(第一部分)
计算机辅助技术结合生物学、工程学和信息科学在组织工程中应用已发展成一个崭新领域--计算机辅助组织工程(CATE).这一新出现领域包括针对生物组织和器官替代物设计、仿真和制造的计算机辅助设计(CAD)、影像处理、建模的任意实体加工(SFF)和制造.本文就此领域的一些突出进展进行综述、介绍,尤其着重在计算机辅助组织建模、计算机辅助组织信息学和计算机辅助组织支架设计和加工三个方面.并特别从高分辨率非侵入性成像、基于影像的三维重建和基于CAD的组织模型重建技术的几个方面入手,对CATE建模发展的方法学进行了讨论.也将对组织工程中SFF技术的新进展、生物蓝图模型对细胞及器官三维喷印的应用进行介绍.
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3D打印模板导航经皮椎弓根螺钉置钉在经椎间孔腰椎椎间融合术治疗腰椎椎管狭窄症中的初步应用
目的 探讨3D打印模板导航经皮椎弓根螺钉置钉在经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)治疗腰椎椎管狭窄症中应用的可行性、准确性和安全性. 方法 回顾性分析2016年1月—2017年3月本院采用TILF治疗的单节段腰椎椎管狭窄症患者的临床资料,选取10例应用3D打印模板导航置钉的患者作为试验组,选取一般情况相似的10例作为对照组.试验组下肢无临床表现侧在3D打印模板导航下置入螺钉(模板侧),下肢有临床表现侧切开后经Wiltse入路顺导针置入螺钉(穿刺侧);对照组采用传统徒手法置入椎弓根螺钉.记录患者手术时间、出血量、透视时间及次数、螺钉置入的准确性及脊髓、神经损伤并发症发生情况. 结果 试验组手术时间、出血量少于对照组,差异有统计学意义(P < 0.05).试验组模板侧透视时间及次数少于穿刺侧及对照组,差异有统计学意义(P < 0.05);而穿刺侧与对照组相比差异无统计学意义(P > 0.05).试验组无2级螺钉,对照组2级螺钉有4枚.0级螺钉比例,试验组两侧均优于对照组,差异有统计学意义(P < 0.05);试验组两侧差异无统计学意义(P > 0.05).所有患者均无脊髓、神经损伤等并发症发生. 结论 3D打印模板导航经皮椎弓根螺钉置钉应用于TLIF治疗腰椎椎管狭窄症是可行的.虽然应用过程中需要注意避免皮肤移动、体位变化对置钉准确性的影响,但仍是一种新的、可选择的微创置钉技术.
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数字化"定点-定向"双导航模板辅助椎弓根螺钉置钉治疗寰枢椎不稳
目的 评价数字化"定点-定向"双导航模板辅助椎弓根螺钉置钉治疗寰枢椎不稳的临床效果. 方法 回顾性分析2013年9月—2016年12月收治的24例采用数字化"定点-定向"双导航模板辅助行颈椎后路椎弓根螺钉置钉的寰枢椎不稳患者的临床资料.术前CT扫描获取数据经Mimics 10.0软件三维重建后进行寰枢椎后路椎弓根螺钉置钉理想钉道的计算机辅助规划,并根据寰枢椎后方骨性结构表面数据设计个性化"定点-定向"双导航模板.在3D打印机上制作"定点-定向"双导航模板,高温消毒后应用于临床手术辅助置钉.术后根据颈椎X线和CT检查结果评价椎弓根螺钉的位置,并观察植骨融合情况及颈椎稳定性.采用颈部和/或枕骨下疼痛视觉模拟量表(VAS)评分评估患者的临床疗效. 结果 应用数字化双导航模板为24例患者置入椎弓根螺钉,22例行寰枢椎后路椎弓根螺钉固定,2例行寰枢椎后路椎弓根螺钉并椎板螺钉固定.共置入寰椎椎弓根螺钉48枚,枢椎椎弓根螺钉46枚,枢椎椎板螺钉2枚.术后CT检查示所有螺钉均未穿破钉道骨皮质.所有患者随访> 6个月,大部分患者颈部疼痛明显缓解,VAS评分由术前(7.78±1.12)分降至术后(2.48±0.55)分,差异有统计学意义(P < 0.05).术前肌力下降者术后均不同程度恢复.所有患者均未发生神经、血管损伤等置钉相关并发症. 结论 数字化"定点-定向"双导航模板不仅能够提高手术置钉的准确性和安全性,还能针对不同类型的寰枢椎不稳提供更合理的置钉方式.
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经皮内窥镜下腰椎椎间盘切除术治疗双节段腰椎椎间盘突出症
目的 探讨经皮内窥镜下腰椎椎间盘切除术(PELD)治疗双节段腰椎椎间盘突出症的安全性和有效性.方法 回顾性分析2012年5月—2014年1月本院收治的33例双节段腰椎椎间盘突出症患者资料,均为L4/L5/S1椎间盘突出,男27例,女6例;年龄17~52岁,平均34.5岁;椎间盘突出在同侧14例,不同侧19例.局麻后在C形臂X线机透视监护下分节段行靶向穿刺,应用PELD行椎间盘髓核摘除.采用疼痛视觉模拟量表(VAS)评分、Oswestry功能障碍指数(ODI)和MacNab标准评估手术疗效.结果 所有病例手术均顺利完成,手术时间50~110 min,平均75 min;出血量25~55 mL,平均25 mL;所有患者随访12~22个月,平均18.5个月.术后1周、3个月、6个月、12个月的VAS评分均较术前明显下降,差异具有统计学意义(P<0.05).术后12个月,ODI由术前平均48.8%降至平均9.7%,差异具有统计学意义(P<0.05),按MacNab标准评定疗效优良率为96.9%(31/33).结论 PELD治疗双节段腰椎椎间盘突出症具有创伤小、并发症少、对脊柱稳定性影响小、术后恢复快等优点,近期疗效可靠.
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经椎间孔入路经皮内窥镜下椎间盘切除术治疗脱出型和游离型腰椎椎间盘突出症
目的 评价经椎间孔入路经皮内窥镜下椎间盘切除术(PETD)治疗脱出型和游离型腰椎椎间盘突出症(LDH)的临床效果.方法 2012年7月—2014年9月,对被诊断为脱出型和游离型LDH的48例患者采用PETD治疗.所有患者根据髓核脱出(NPP)的方向和远近分4型:Ⅰ型3例,Ⅱ型11例,Ⅲ型26例,Ⅳ型8例.采用疼痛视觉模拟量表(VAS)评分和改良MacNab标准评价临床疗效.结果 所有病例手术均顺利完成,手术时间35~90 min,平均65 min;出血量5~20 mL,平均10 mL;住院时间2~30 d,平均3.5 d.2例患者术后出现患侧肢体麻木加重,1例术后出现脑脊液漏,1例术后出现椎间隙感染,经对症治疗后症状均消失.术后总体满意度为87.5%;各型分别为Ⅰ型67.7%,Ⅱ型90.9%,Ⅲ型92.3%,Ⅳ型75.0%.所有患者术后疼痛症状均有所缓解,末次随访VAS评分与术前相比,差异均有统计学意义(P<0.05).所有患者术后15~45 d(平均30 d)均恢复正常工作.结论 PETD治疗脱出型和游离型LDH安全且有效,短期疗效满意.
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经椎间孔脊柱内窥镜系统治疗椎间盘源性腰痛
目的：探讨经椎间孔脊柱内窥镜系统（TESSYS）治疗椎间盘源性腰痛（DLBP）的疗效及其预后影响因素。方法回顾性分析2012年1月—2015年12月在本院脊柱外科就诊的慢性腰痛患者临床资料，按照入选标准，共58例DLBP患者入选，均接受TESSYS治疗。患者手术前后的腰痛情况和腰椎功能用疼痛视觉模拟量表（VAS）评分和Oswestry功能障碍指数（ODI）评估，评估末次随访时疗效用改良MacNab标准。结果所有患者随访6~48个月，平均24.5个月。患者术前腰痛VAS评分为（6.8±2.3）分，术后即刻为（3.5±1.4）分，末次随访为（1.2±0.9）分，各时间点间差异均有统计学意义（P<0.05）；术前ODI为（33.7±3.6）%，术后即刻为（18.6±2.9）%，末次随访为（9.3±1.8）%，各时间点间差异均有统计学意义（P<0.05）。52例患者术中可见散在炎性病灶，其中22例仅有纤维环破口处炎性灶，另30例尚有硬膜囊腹侧、后纵韧带表面散在炎症灶，且对炎性病灶刺激后可以复制疼痛。此52例患者末次随访时临床疗效优良率为78.8%，显著高于余6例患者的33.3%，差异有统计学意义（P<0.05）。结论 TESSYS是治疗DLBP的有效手段，术中对纤维环破口处、椎管内后纵韧带和硬膜囊等椎间盘外组织上的炎性病灶的热凝处理，可以提高疗效。
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标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉准确度分析
目的：探讨标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉的可行性，并进行置钉准确度分析。方法2014年6月—2015年8月，本院收治寰枢椎脱位患者21例，男12例，女9例；年龄12~54岁，平均42.6岁。术前使用Mimics 17.0软件和3-matic 9.0软件为每例患者制作标杆型3D打印导板，术中使用标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉，术后患者行颈椎CT平扫。在Mimics 17.0软件中，将手术前后的寰枢椎模型及螺钉配对拟合，调整空间坐标轴，测量并比较术前预设钉道与术后实际钉道的内倾角、头倾角、进钉点坐标。结果21例患者手术顺利，手术时间（193±51）min，术中出血量（384±127）mL。共置入寰椎椎弓根螺钉30枚，枢椎椎弓根螺钉42枚。除2枚寰椎椎弓根螺钉侵入椎管≤2 mm外，其他螺钉均位于椎弓根骨皮质内。寰椎左右侧预设佳钉道内倾角度分别为9.4°±1.8°、9.8°±1.6°，实际钉道内倾角度分别为8.7°±1.6°、10.6°±2.2°；左右侧预设佳钉道头倾角度分别为8.9°±2.5°、8.8°±2.3°，实际钉道头倾角度分别为9.3°±2.9°、9.4°±3.5°。枢椎左右侧预设佳钉道内倾角度分别为21.9°±6.6°、22.4°±6.9°，左右侧实际钉道内倾角度分别为24.1°±6.3°、20.8°±6.4°；左右侧预设佳钉道头倾角度分别为23.7°±7.3°、24.2°±7.2°，左右侧实际钉道头倾角度分别为22.1°±7.9°、22.3°±7.6°。寰枢椎术后实际钉道与术前预设佳钉道的内倾角、头倾角、进钉点坐标差异均无统计学意义（P>0.05）。结论标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉方向可调整性好，置钉准确度较高，为临床寰枢椎置钉提供了一种新的方法。
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数字化虚拟手术系统在胸腰椎骨折治疗中的应用价值
目的：探讨数字化虚拟手术系统（digital virtual surgery system，DVSS）在治疗胸腰段骨折中的应用价值并验证其准确性。方法2008年3月—2011年6月，对113例胸腰段单椎体爆裂型Denis B型骨折患者采用传统后路短节段经伤椎置钉行复位固定（A组）。2012年3月—2014年9月，对128例胸腰段单椎体爆裂型Denis B型骨折患者术前应用DVSS模拟骨折复位，制定佳手术方案后行后路短节段经伤椎置钉（B组），手术方式与A组相同。比较2组病例手术时间、术中透视时间、术中出血量、椎弓根侧壁及椎体前方骨皮质穿破情况。结果2组均无感染、血肿发生。B组在手术时间、术中透视时间、椎弓根钉穿破椎弓根侧壁与椎体前方骨皮质方面均优于A组，差异有统计学意义（P<0.05）。2组出血量相比，差异无统计学意义（P>0.05）。2组病例均未发生其他不良后果。结论应用DVSS辅助脊柱外科手术具有操作简便、安全性高、精确度可信的临床效果，而且便于推广。
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Mimics虚拟手术规划在经椎间孔入路经皮内窥镜下椎间盘切除术治疗L5/S1椎间盘突出症中的应用
目的 评价Mimics虚拟手术规划在经椎间孔入路经皮内窥镜下椎间盘切除术(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy,PETD)治疗L5/S1椎间盘突出症中的应用价值.方法 2013年8月～2015年4月,根据纳入与排除标准将符合研究条件的72例病例纳入研究,随机分为试验组和对照组,每组36例.试验组采用Mimics软件重建腰椎三维模型,术前在计算机上模拟L5/S1PETD穿刺置管,寻找佳穿刺路径;对照组采用经验式穿刺方法.比较2组术中通道建立时间、镜下操作时间、X线透视次数.采用日本骨科学会(Japanese Orthopaedic Association,JOA)评分、疼痛视觉模拟量表(visual analogue scale,VAS)评分评价临床疗效,观察手术并发症.结果 试验组的通道建立时间、镜下操作时间和术中X线透视次数均较对照组明显减少,差异有统计学意义(P＜0.01).2组术后ld和术后6个月的VAS和JOA评分均较术前明显改善,差异有统计学意义(P＜0.01).2组之间手术前后各时间点VAS和JOA评分比较,差异均无统计学意义(P＞0.05).2组患者均未发生神经损伤、硬膜囊撕裂、血肿及椎间隙感染等并发症.结论 Mimics虚拟手术规划有助于提高PETD的穿刺置管成功率,有效缩短穿刺置管时间及镜下操作时间,减少术中透视次数.
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3D打印个体化导板在脊柱置钉中的应用进展
脊柱螺钉置入技术广泛应用于脊柱外伤修复、脊柱融合、脊柱矫形等手术中。徒手置钉仍然是目前应用为广泛的螺钉置入技术，但对于一些危险性较高的颈椎以及脊柱畸形手术［1-5］，螺钉的误置以及误置所带来的相关并发症［3，6］仍然困扰着术者［7-9］。虽然以CT导航为代表的导航系统可以给置钉带来较大的帮助［10］，但因其设备昂贵，在基层医院推广和应用有一定困难，且操作过程中产生的辐射也给术者和患者的健康带来风险。
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计算机辅助设计在乳腺癌根治术后一期再造的临床应用
随着生活水平的提高及饮食习惯的西方化,我国妇女乳腺癌发病率呈快速上升趋势,乳腺癌发病率已居女性恶性肿瘤的首位,且发病高峰提前至40～50岁,甚至早于西方国家发病年龄.同时,乳腺癌也是死亡率增长快的癌症之一[1].
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虚拟手术系统在肝脏手术方案设计中的应用
肝脏内部极为复杂的管道系统及其生理和病理变异,决定了肝脏外科手术的难度[1].以往影像学检查所提供的多为二维(two dimensions,2D)平面图像,无法显示肝内管道系统及其与肿瘤的三维(three dimensions,3D)空间关系,且不能准确计算肝脏体积.外科医师只能依靠形象和逻辑思维对肝内病灶及其相关的重要管道结构进行大致定位,以此作为制定手术计划的依据,对于复杂的肝脏外科手术具有一定的盲目性和不可靠性.
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计算机辅助设计在面部脂肪充填术中的应用研究
目的：探讨计算机辅助设计技术在面部脂肪充填术中的应用。方法术前应用计算机辅助设计技术，确定自体脂肪注射部位以及注射量，对6例面部不对称畸形患者进行脂肪充填术。结果所有病例术后效果明显，外观满意，面部不对称畸形得到了明显矫治。结论应用计算机辅助设计技术指导面部脂肪充填术，手术效果满意，是一种值得推广的方法。
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计算机辅助设计定制化植入体在复杂眶周畸形治疗中的应用
目的：探讨计算机辅助设计定制化植入体，对复杂眶周畸形患者治疗的准确性和安全性。方法本文回顾了2009年1月至2012年12月，于我科接受计算机辅助设计定制化植入体治疗的眶周复杂畸形患者共106例，将患者术后6月CT扫描重建影像与术前计算机模拟设计行表面几何学差异分析，判断植入体与术前设计间的差异，并统计患者并发症的发生情况。结果106例患者中，采集6个月后随访CT共105例，植入体形态平均误差（1.32±1.64） mm，85.72%的患者误差小于2 mm。除1例患者由于反复的额窦感染，在术后2个月取出植入体，其余患者均未发生严重的并发症。结论计算机辅助定制化植入体，治疗眶周复杂畸形高效、准确、安全，可作为复杂眶周畸形临床治疗的推荐方案之一。
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计算机辅助设计个体化塑形钛网修补颅骨缺损
目的 探讨计算机辅助设计个体化塑形钛网在颅骨修补术中的临床价值.方法 126例颅骨缺损患者,采用随机双盲法分成两组:计算机塑形组66例,每例患者术前利用CT扫描获取整个颅骨及缺损部位的三维数据,利用计算机辅助设计软件重建颅骨三维模型,根据模型计算缺损面积,设计剪切出靼形钛网、消毒备用,术中将塑形钛网根据解剖结构使用钛钉固定于缺损部位;传统手工组60例,采用术中手工塑形的方法 修补颅骨缺损.分析两组住院天数、手术时间、钛钉使用量、病人对成形术后头部外形的满意度指标.结果 计算机塑形组平均住院天数16.28±2.12 d,平均手术操作时间110.06±20.38 min,钛钉使用量6.6±0.7枚,对塑形后外观满意9.2±0.9分.传统手工组平均住院天数17.56±4.57 d.平均手术操作时间153.47±40.88 min,钛钉使用量12.78±3.69枚,对塑形后外观满意度5.8±1.6分.结论 个体化计算机三维塑型钛网修补颅骨缺损能够缩短手术时间,减少钛钉使用量和术后并发症,提高颅骨成形满意度.具有良好的推广应用价值.
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医学图像三维规划系统辅助面部整形设计的研究
目的 研究开发一种基于CT图像的辅助整形外科的医学图像规划系统.方法 综合应用螺旋CT技术数字图像算法,三维重建骨性及软组织数字化模型,同时进行其系统框架结构设计,为面部整形外科手术术前诊断和术后评估的规划提供参考.结果 实验和临床应用证明,该图像系统可以很好地应用于颌面整形外科手术规划,大大提高手术规划的准确度,且利于术前术后医患沟通.结论 采用医学图像规划系统对于面部整形外科具有一定的的临床应用价值.
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计算机辅助设计乳房三维重建及体积测量系统的研制
目的 应用CAD技术开发建立乳房三维重建及乳房体积测量的系统软件,指导临床乳房癌术后一期乳房再造的术前设计. 方法 收集2006年1月至2007年12月间的16例乳腺MRI检查的影像学资料,数据以医学数字成像和通信标准文件格式刻输出.应用VTK、ITK、FLTK等C++6.0程序软件编程技术进行乳房三维重建及体积测量. 结果 (1)开发建立了乳房再造计算机辅助设计系统;(2)通过计算机编程进行乳房边界的界定,完成了乳房三维重建;(3)在重建乳房三维立体图像的基础上,通过计算各层面及其厚度和体积,再将各层体积叠加计算出乳房体积. 结论 应用CAD系统三维重建乳房,具有双侧对称度高,美观、逼真的优点;应用CAD系统测量乳房体积技术精确度高,测算速度快;CAD系统乳房三维重建及乳房体积测量软件有助于乳房一期再造的术前设计.
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PC机三维CT影像的建立及在放射性眼眶整形中的应用
目的:在PC上建立眼眶发育不良整形手术的三维CT影像测量和分析系统.方法:应用计算机图像处理技术,在PC机上完成CT标准数据(DICOM3.0)解读,完成眼眶三维图像的重组、分析和测量,并应用于放射性眼眶的整形手术治疗.结果:14例眼眶发育不全患者经手术后眼眶横径、纵径和眶缘到外耳道的距离等测量指标都接近正常侧.结论:PC机三维CT影像测量和分析系统的建立,可以便捷,有效的量化放射性眼眶畸形的程度,为术前设计和术后判断提供客观依据,提高手术的精确性.
