CT三维重建在成人髋关节发育不良髋臼形态研究中的进展

目的 对CT三维重建（3DR）在成人髋关节发育不良（DDH）髋臼形态研究的优势、测量参数、髋臼分型进行综述。方法 近年DDH髋臼形态研究中以“髋臼形态”、“成人DDH”、“THR”及“CT3D重建”为关键词,在PuMed和中国知网数据库中检索近年发表的相关文献,对CT3DR的应用优势、测量参数、髋臼分型进行分析总结。结果 髋关节是一个复杂的3D立体结构,DDH髋臼形态可发生严重的病理改变。术前应用CT3DR技术可以全面认识DDH髋臼形态,从而可优化术前设计,提高手术精确度,降低术后并发症。结论 CT3DR能全面显示髋关节的立体形态和各部位解剖结构的空间关系,对于DDH的诊断、分型,术前全面认识髋臼形态,提高髋关节置换准确度及减少术后并发症都发挥着重要的作用。     

颌面部骨性结构及其周围血管的快速重建

目的　利用三维重建软件进行颌面部骨性结构与血管快速重建探讨其对口腔颌面外科临床的指导意义。 方法　对2例志愿者和2名颌面部骨折患者行多层螺旋CT 头颅血管造影扫描, 层厚0.6 mm, 将Dicom格式数据导入Mimics 10.01和3D-Doctor4.0,对颌面部骨性结构及其周围血管进行快速重建三维模型。 结果　重建的三维模型能清楚显示颌面部骨性结构及其周围血管的详尽立体解剖形态, 所得重建图像逼真, 可观察任意剖面并且多角度变换,显示其空间位置关系和定量测量分析。重建过程简单,无须专业三维重建人员进行操作,且结果可以导入CAD软件,进行快速成模。 结论 利用三维软件进行颌面骨性结构及其周围血管快速重建能为颌面部的手术设计与实施, 提供了快速可靠的形态学依据。     

膝关节关节软骨的三维构建

目的:构建膝关节关节软骨的三维模型,为开展膝关节数字医学研究进行模型构建的探索。方法:人体成年新鲜膝关节标本1例,行CT、MRI扫描,利用三维重建软件Mimics及逆向工程软件Geomagic对图像进行三维重建及图像配准,构建膝关节骨、关节软骨结构。结果:利用Mimics 10.01软件构建关节软骨的三维模型,并形成骨-关节软骨复合模型,导入Geomagic软件中与CT构建的骨三维模型相配准,再次导入CT影像中进行逐层微修饰,验证关节软骨分割效果。最终建立具有骨、关节软骨的三维膝关节模型。结论:三维图像重建技术与图像配准技术可将CT、MRI图像两者结合起来,发挥其各自优势,构建出形态较好的膝关节三维模型。     

髋臼发育不良者全髋置换中臼杯置入位置的力学分析

目的　利用三维有限元分析方法,研究髋臼发育不良患者加深磨锉假体置入部位的髋臼骨床、使臼杯假体内移置入对髋臼假体-骨界面间的应力分布情况的影响。  方法　选取髋关节发育不良患者的骨盆为实验对象,螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行髋臼磨锉,臼杯假体不同程度内移植入的模拟手术,利用有限元分析软件SolidWorks对重建模型进行有限元网格化及力学分析。  结果　臼杯假体的内移使臼杯上缘处获得骨床包容,臼杯接触面积更大,单位面积所受应力相对较少。随内移程度加大,髋臼内壁骨质突破更为明显,使髋臼顶部应力集中及其余部分应力不均愈趋明显。  结论　髋臼加深磨锉臼杯内移植入有助于改善髋关节发育不良病例行髋关节置换臼杯的骨床包容,但随内移程度的加大,髋臼内壁突破,髋臼面的应力集中,髋臼的应力分布情况明显改变,应尽量减少穿破的程度。     

基于网络的颅面部计算机三维重建和虚拟解剖

目的:研究基于网络重建颅面部组织的三维图像,并进行虚拟解剖。方法:2例人头面部 Light-Speed CT扫描的原始数据,经对原始图像传输,读取后,兴趣区选择,利用Java编制基于网络运行的三维重建软件对其进行重建和解剖虚拟。结果:重建出的颅面部图像逼真,分层显示,能任意角度旋转,任意厚度多次切割和恢复。同时能三维显示切除的组织结构。结论:实现了颅面部组织在Interner网上的重建和解剖虚拟,为计算机辅助解剖提供一条新的软件系统。     

髋臼发育不良髋关节置换前髋臼侧的三维测量

背景：成人髋臼发育不良髋臼小而浅,臼内有大量骨痂和瘢痕组织等都为人工髋关节置换术中真臼的辨认、臼杯的准确安装带来极大困难,关节置换前对髋臼的全面认识是选择合适的髋臼假体和制定个性化髋臼重建方案的前提。 目的：评估三维影像重建技术在成人髋关节发育不良全髋关节置换前臼杯型号选择中的应用价值。 方法：对11例准备进行全髋关节置换的髋臼发育不良患者行螺旋CT扫描,多平面重建髋臼,并进行数字化臼杯模板置入拟定术中假体型号,并与置换中实际作吻合度评估。 结果与结论：螺旋CT扫描可清晰显示髋臼形态,基于此所进行三维关节置换前计划,拟定的臼杯大小数据中71.4%与置换中实际一致,其组内相关系数为0.888,明显较基于X射线平片所作二维置换前计划准确。髋臼发育不良病例髋臼变浅变小,髋臼外上方普遍存在不同程度的骨缺损,为达到骨床对臼杯良好的包容,可借助三维多平面重建能有效评估髋臼形态,其对成人髋关节发育不良术前假体的选择具有较高的参考价值。     

髋臼发育不良者全髋置换中置入不同直径髋臼杯的力学分析

背景：成人髋臼发育不良髋臼小而浅,臼内有大量骨痂和瘢痕组织等都为人工髋关节置换臼杯安装带来极大困难。臼杯安装后局部的力学变化关系到置换后假体松动的发生及使用寿命。 目的：利用三维有限元力学分析方法,对髋关节发育不良患者采用不同直径臼杯置入,观察对髋臼假体-骨界面间应力分布情况的影响。 方法：选取髋关节发育不良患者的骨盆为试验对象,用螺旋CT做全长连续扫描,然后利用计算机仿真技术对CT图像进行三维重建,建立髋关节发育不良骨盆模型。在计算机环境中对重建模型进行不同直径臼杯置入的模拟手术,利用有限元分析软件对重建模型进行有限元网格化及力学分析。 结果与结论：对于髋臼发育不良的病例,选择小直径臼杯可应对髋臼浅平、骨床骨量不足的缺陷而达到较好的臼杯骨床包容,但臼杯直径小致接触面小使单位面积应力升高;另一方面,大直径臼杯置入扩大磨锉髋臼骨床可引起髋内壁破损突破,导致应力(包括压应力及剪切力)增大及集中。由此推断,髋臼发育不良全髋关节置换时应在保证骨床包容的前提下选择较大直径的臼杯,有利于应力的良好分布,但应尽量避免或减少扩大磨锉髋臼骨床所致髋臼内壁的穿破。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

髋臼CT图像轮廓跟踪方法

目的为重建和测量髋臼的解剖结构,需要大量地读取CT图像的信息,以获得髋臼轮廓的坐标值。方法本研究采用直方图阈值图像分割、kirsh边缘提取法获得髋臼的二值化轮廓图像。轮廓坐标的提取应用了“迷宫”边缘跟踪算法。结果本方法可大量、快捷、正确的提取图像轮廓信息。     

3D手术模拟测量Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良的真实髋臼形态

文题释义：发育性髋关节发育不良：由于髋臼发育异常造成髋臼与股骨头匹配不佳,长期的生物力学异常导致髋臼、股骨近端骨质结构发育畸形,关节周围软组织挛缩、功能减退,终末期形成严重骨关节炎的一种疾病。 3D手术模拟技术：利用病患的CT原始数据进行高仿真的数字化三维重建,在此基础上编辑、配准,应用仿真手术功能预估截骨的位置、标志及置入假体的型号,能精确对比术前、术后髋关节解剖结构变化,并能进行解剖学的测量。背景：Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良患者的髋关节解剖畸形程度比较大,3D图像在反映真实髋臼(真臼)形态特征和评估髋臼参数方面有独特优势,因此有必要对Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良的真臼进行定性定量的3D形态分析。 目的：基于3D手术模拟技术探讨Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良患者的真臼形态特征。方法：将Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良患者20例(22髋)和正常对照组22例(22髋)纳入研究。将CT原始数据导入Mimics软件中,建立髋臼三维数字化可视模型,利用3D手术模拟技术实现真臼重建,确定真臼旋转中心,描述髋臼形态的特点。在3-matic软件中测量髋臼前倾角、髋臼外展角,对Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良的真臼定性定量地进行3D形态分析。结果与结论：①Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良组的真臼形态呈上窄下宽的三角形,模拟臼杯放置的理想中心大致位于后部骨壁的上方;②Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良组患者的髋臼前倾角(35.07±3.09)°显著大于对照组髋臼前倾角(15.89±3.14)°,差异有显著性意义(P < 0.05);③Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良组患者的髋臼外展角(46.87±2.73)°显著大于对照组髋臼外展角(43.88±2.60)°,差异有显著性意义(P < 0.05);④通过使用3D手术模拟技术可使发育性髋关节发育不良患者真臼的形态特征得到全面评估,发育性髋关节发育不良患者在进行全髋关节置换前必须谨慎地进行个体化术前计划。ORCID: 0000-0003-4786-2022(康朋) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

髋臼开口形态特征的计算机三维结构分析

目的:利用髋臼骨的CT三维结构重建图像,研究髋臼开口的形态学特征。方法:选取40例正常成人髋臼CT二维图像,通过计算机软件重建髋臼骨三维结构,并对不同横断面的髋臼缘开口宽度(L)、不同横断面髋臼前倾角(AcAVA)进行定量测量。结果:横断面髋臼开口缘最大宽度主要集中在髋臼中下层面处(70%层面),横断面髋臼开口缘最大宽度的平均值为(63.06±3.75)mm,不同横断面髋臼开口缘宽度的变化并不呈现等比例关系;不同横断面髋臼前倾角(AcAVA)为11.91°±7.36°,前倾角由上至下出现前倾增加趋势,平均增值为1.92°±1.88°,其中,髋臼上半部最大增值可至6.02°,而髋臼下半部前倾角增加幅度较小。结论:骨性髋臼开口缘不仅不是正圆形结构,而且还存在着前倾扭转的趋势,扭转变化在髋臼开口上中1/3交界处最为显著。     

全髋置换术中髋臼过度扩锉对髋臼缘骨量和前倾角的影响

目的　通过髋臼的三维重建及基于此的解剖形态研究，就临床上假体安装前的髋臼同心扩锉准备方式时过度扩锉对臼窝前后壁骨量丧失和髋臼缘开口前倾角改变作一定量分析。方法　选取40例成人髋臼标本，通过CT扫描、图像边界处理和定标，利用Pro/Engineer软件拟合出髋臼三维结构，再将其导入Unigrapics软件中，运用其集成的工具条和球体表面逼贴技术，对二种过度髋臼同心扩锉，即扩锉至Harris窝底或扩锉至髋臼内侧壁时，髋臼横断面开口扭转角度变化及髋臼后壁与前壁骨量丧失量作定量分析。结果　(l)当髋臼同心扩大至Harris窝底时，髋臼横断面开口扭转角度在不同髋臼层面均发生变化，其中，髋臼上半部分最大前倾角度可增加483°；而髋臼下半部分开口前倾角度轻微减小。(2)髓臼同心扩大至Harris窝底时，髋臼后壁与前壁骨量丧失量平均为6.75 mm和6.11 mm、(3)当髋臼同心扩大至髋臼内侧壁时，髋臼横断面上半部分开口扭转角度进一步增大，最大前倾角度增加达8.55°；此时，髋臼后壁与前壁骨量丧失量也增加至平均9.54 mm和9.56 mm。结论　髋臼同心扩挫虽能保持髋臼活动中心点不变，但过度扩锉仍可造成较明显的髋臼前后壁骨量丧失与前倾角度变化，不利于髋杯假体与骨面的牢固固定和正确置放。髋臼扩锉达到或超过Harris窝底深度以上应尽可能在临床应用中避免。     

计算机辅助技术在骨关节疾病中的应用

背景：以往采用二维图像资料如X射线片、CT、MRI扫描等进行骨关节病手术设计,在反映骨关节病变严重程度、病变位置和畸形情况等方面不全面、欠准确,而且缺少直观性。 目的：研究计算机辅助设计和快速成型技术辅助骨关节伤病手术治疗的新方法。 方法：按反求工程的基本原理,采用医学CT/MRI扫描获取106例骨伤病患者骨骼二维图像资料,采用计算机辅助三维重建建立骨、关节解剖模型,将骨、关节解剖模型输入CAD软件进行精确分析,进一步采用快速成型技术制作骨关节原型进行实物原型分析,然后将骨关节解剖模型输入计算机进行外科手术过程设计、预演,选择合适的内固定材料,计算机辅助设计、快速成型技术制作外科手术辅助模板、个性化植入物等,最后精确实施骨关节外科手术。 结果与结论：31例骨关节畸形患者术后恢复良好的解剖外形和功能;17例前后交叉韧带损伤患者术后膝关节功能良好;31例骨折患者术后3~6个月获得骨折愈合;7例个性化假体和8例内固定重建肿瘤切除后骨缺损患者,随访期间未发现内固定器械断裂、假体松动和肿瘤复发;12例髋臼发育不良患者术后恢复正常髋臼包容和良好髋关节功能。提示计算机辅助技术可应用于骨关节畸形精确数字化矫形,设计个性化假体,辅助前后交叉韧带重建,疑难假体置换,辅助特殊疑难骨折、关节内骨折、陈旧性骨折复位、固定,骨肿瘤的个性化切除设计、结构与功能重建。     

生物活性人工骨结合CAD/CAM技术重建颅骨板制作系统

目的 通过CAD／CAM技术和快速成型技术并结合生物活性人工骨材料的应用，建立个性化设计制造具有良好骨融合性的颅骨板制作系统。方法 通过螺旋CT扫描、CAD三维重建成像、快速成型机加工，制成与患者颅骨缺损部位几何形态相同的个性化实体模型，应用石膏翻模工艺和EH复合人工骨材料，制成患者骨修补治疗用颅骨板。结果 CAD／CAM技术重建的人工骨颅骨板几何外形与骨缺损部位非常吻合，与健康侧对称，临床效果非常满意。结论 生物活性人工骨结合CAD／CAM技术重建颅骨板制作系统为治疗颅骨缺损患者提供了一种新手段，可有效提高临床治疗效果和修复美学效果。     

CT三维重建髋臼位相参数和形态参数的测量

目的：通过三维重建髋臼,对髋臼位相参数和形态参数进行定量研究,为设计符合国人特征的髋臼假体提供数据。方法：收集278例髋关节CT图像,利用自主设计软件对髋臼进行识别处理,拟合出髋臼骨形态,测量髋臼位相和形态参数。结果：髋臼前倾角（AVA）男性（14．76±5．86）°、女性（14．04±5．62）°,外展角（ABA）男性（43．27±4．52）°、女性（43．81±4．79）°,两组数据性别间比较差异均无统计学意义（P〉0．05）。髋臼拟合半径（R）为（25．582±2．537）mm,拟合深度（H）为（21．960±2．584）mm,R值与H值有相关性（P〈0．001）。结论：髋臼前倾角和外展角测量值无性别差异,髋臼拟合半径（R）与拟合深度（H）之间有明显的相关性,对于国人髋关节假体的设计制造和术中放置有重要的指导意义。     

A CAD/CAM-prototyped anatomical condylar prosthesis connected to a custom-made bone plate to support a fibula free flap

This paper describes a new protocol for mandibular reconstruction. Computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) technology was used to manufacture custom-made cutting guides for tumor ablation and reconstructive plates to support fibula free flaps. CT scan data from a patient with an odontogenic keratocyst on the left mandibular ramus were elaborated to produce a virtual surgical plan of mandibular osteotomy in safe tissue for complete ramus resection. The CAD/CAM procedure was used to construct a customized surgical device composed of a cutting guide and a titanium reconstructive bone plate. The cutting guide allowed the surgeon to precisely transfer the virtual planned osteotomy into the surgical environment. The bone plate, including a custom-made anatomical condylar prosthesis, was designed using the outer surface of the healthy side of the mandible to obtain an ideal contour and avoid the bone deformities present on the side affected by the tumor. Operation time was reduced in the demolition and reconstruction phases. Functional and aesthetic outcomes allowed patients to immediately recover their usual appearance and functionality. This new protocol for mandibular reconstruction using CAD/CAM to construct custom-made guides and plates may represent a viable way to reproduce the patient's anatomical contour, give the surgeon better procedural control, and reduce operation time.     

基于3D打印的胸部个体化剂量验证体模设计

目的:为更精确地对治疗计划进行验证,利用3D打印设计出反映患者真实情况的个体化体模。方法:依据病人定位时的CT图像重建并进行3D打印得到患者的三维立体结构空壳,然后以CT值为依据选择各组织的辐射等效材料完成填充,即得到体现病人特征的个体化剂量验证体模。结果:将合成的等效材料行CT扫描,骨组织、肺组织、软组织、肿瘤CT值分别为1 100、-747.6、-22、-471 HU,误差均小于22%。结论:最终设计的胸部体模能够较准确地体现个体之间的差异,等效材料辐射等效性较好,可用于实际剂量验证。     

人体主动脉弓内非牛顿血液流动数值模拟分析

目的:通过基于三维重构技术对正常人体主动脉弓内的血流进行非牛顿血液模型数值模拟,分析血流动力学参数与血管疾病的关系,并与牛顿血液模型获得的壁面切应力(WSS)参数进行比较。方法:对临床获得的CT医学图像据进行处理重构,并转化为可用于模拟计算的三维模型。应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算。结果:获得了正常人体主动脉弓内血流在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:主动脉弓内复杂的血流情况与血管疾病的产生与发展存在一定联系,并且非牛顿血液模型更为适合进行深入细致的主动脉弓内血液低速区域的瞬态模拟分析。     

Design and fabrication of custom mandible titanium tray based on rapid prototyping

During the past few years, the combination of medical imaging and rapid manufacturing technique has proven to be a very important development. On the other hand, the conventional method has some drawbacks. For example, it takes longer time to complete an operation and it also presents some difficulty in matching the repaired contours. With advanced software and hardware, an image of an undamaged bone similar to that of the patient can be made from computerised tomography (CT); and a physical object constructed by the mirror-processed image data can be quickly fabricated with a high degree of fitting with the patient's bone. This paper presents a methodology for the design and fabrication of an individual titanium tray for the repair of mandible defects. Methods for the tray modeling using CAD system are presented: A 3D model of the bony defect is generated after the acquisition of helical CT data. An individual tray is designed using freeform surfaces geometries and fabricated by rapid prototyping (RP) technology. The results of tray filling with bone-grafting materials are then presented. Result: the tray is inserted into the patient mandible segment. The symmetry and reconstruction quality contour of the repaired mandible was satisfactory. Thus, the patient is able to eat normally. The bone-grafting material harvested from the anterior ilium was low. The clinical experience showed that rapid prototyping and reverse engineering software are effective methods of fabricating custom trays for mandibular reconstruction after bone loss due to a tumor.     

基于肺平均CT值的4D-CT图像重建方法研究

目的探讨基于肺平均CT值（ACV）在普通CT上实现4D—CT重建的可行性。方法根据CT值的定义和特性,本研究提出了“肺ACV原理”：在呼吸运动过程中,全肺的ACV将随呼吸运动而呈现周期性变化,据此可以确定进行Cine扫描时,肺部各CT图像的呼吸相位。然后,用VC＋＋语言开发了相应ACV 4D-CT重建系统。在自由呼吸状态下对患者进行多床位Cine模式扫描,每个床位持续扫描6s、共进行12次CT重建。扫描后,分别计算各CT图像中肺的ACV,按床位绘制肺ACV随重建时间变化的曲线,据此确定每层CT图像所处的呼吸相位,按相位对所有CT图像进行排序,可获得多个不同呼吸相位的CT系列,即4D-CT。结果利用商售RPM系统重建的4D—CT图像,证实了肺ACV原理;据此原理,对多床位Cine模式扫描CT图像进行排序,在普通CT上实现了满意的4D—CT重建。结论基于肺ACV原理,可实现简便、可靠的4D—CT重建,其重建过程不依赖于体外呼吸监测装置,具有普遍适用性。