应用快速成型技术复制人体骨骼模型与假肢制造设计的意义

目的：探讨一种由螺旋CT图像反求(reverse engineering，RE)人体骨骼三维轮廓、用快速成型技术复制骨骼模型的方法，探索快速成型技术在矫形外科中的应用。方法：采用Picker公司PQ6000螺旋CT对猪股骨髁部进行层厚1mm，螺距1．0扫描，在CT机的Voxel Q图像工作站进行初期三维容积重建，之后对重建数据间隔0．2mm下载二维断层图像。自行开发数据格式转换软件，对下载图像进行滤波、去噪等处理，求出断面图像的二维边缘轮廓矢量化数据线图，将线图输入美国：Imageware公司Surfacer9．0图像处理软件，对轮廓曲线进行矢量叠加，获得股骨髁表面轮廓三维实体模型。经数据转换，在西安交通大学恒通公司LPS600快速成型机上复制骨骼实体模型。结果：得到了树脂实体骨骼模型，其几何外形与原股骨髁实物高度一致，复制的精度高。结论：由CT片层数据获得骨骼轮廓信息，用快速成型技术可复制骨骼三维实体模型，为矫形外科、颌面外科的假肢设计制造，复杂骨骼疾病诊断以及临床教学打下基础。     

肩胛骨骨折的手术治疗

肩胛骨为一扁宽形不规则骨，其周围肌肉包绕，不易受伤。因此肩胛骨骨折比较少见，据文献报道占骨折病例的0．2％～1．0％。随着经济发展，高能量损伤日趋增多，因而肩胛骨骨折发生率逐渐增多。肩胛骨骨折常采取保守治疗，但易引起肩关节功能障碍等并发症。我院自1997年至今采用手术治疗肩胛骨骨折16例，疗效满意。现报道如下。     

肩胛骨外侧缘入路手术治疗肩胛骨骨折18例分析

目的：探讨移位肩胛骨骨折的外科手术治疗方法。通过肩胛骨外侧缘入路对肩胛骨骨折进行外科手术治疗,确定该入路对于肩胛骨骨折手术治疗的安全性。方法：对18例肩胛骨Ⅱ～Ⅳ型骨折患者采用肩胛骨外侧缘人路进行手术治疗,术后早期功能指导训练。结果：对肩胛骨Ⅱ～Ⅳ型骨折采取肩胛骨外侧缘入路,用钛合金的重建钢板内固定手术治疗的患者术后恢复较好。结论：肩胛骨外侧缘入路能够解决主要临床分型的几类肩胛骨骨折,是一种安全、可靠的手术入路,可以使骨折获得满意的复位以及牢靠的固定,为患者进行早期功能训练、恢复肩功能奠定良好的基础。     

HRCT三维重建技术在肩胛骨骨折中的应用45例分析

目的:评价HRCT及三维重建技术在肩胛骨骨折中的应用价值.方法:对45例肩胛骨骨折患者进行HRCT扫描,重建肩胛骨VR、MPR图像.结果:45例均行图像后处理,经容积重建(Volume Reconstruction,VR)、多平面重建(Multiplanar Reconstruction,MPR)等技术重建出二、三维图像.结论:HRCT及三维重建能够直观、立体、多角度地显示肩胛骨骨折,具有较高的临床应用价值.     

肩胛骨骨折的手术治疗

目的讨论复杂性不稳定性肩胛骨粉碎性骨折的手术治疗方法和效果。方法分析2004年1月至2008年6月在本科用不同内固定手术治疗的12例复杂不稳定肩胛骨粉碎性骨折的临床资料,其中骨折同时涉及肩峰,肩锁关节,喙锁韧带,肩袖,肩胛盂、颈,岗上、岗下肩胛体者8例,骨折涉及肩胛颈、盂、体部者4例,均Ⅰ期手术后随访肩关节功能恢复程度。结果12例患者均复位和固定满意,按Karlsson术后疗效分级标准,肩关节功能恢复优11例(88.89%),满意1例(11.11%),差0例。结论及时手术是治疗肩胛骨复杂性不稳定性粉碎性骨折的一种有效方法。     

肩胛骨骨折的手术治疗

目的探讨肩胛骨骨折的手术治疗的临床效果。方法回顾性分析自2001年1月至2007年1月收治的经手术治疗的15例肩胛骨骨折的临床资料,其中体部骨折8例,颈部骨折5例,盂缘骨折2例均手术治疗,使用重建钢板内固定,术后配合康复训练指导。结果15例患者均获得随访,随访时间12～72个月,平均14个月。根据Rowe的疗效评价标准：优10例,良3例,差2例,优良率86％。结论①肩胛骨骨折多由高能暴力所致,常伴有合并伤。三维CT重建明确骨折损伤情况和选择治疗方案;②盂窝骨折合并肱骨头半脱位,移位〉3～5mm,颈部骨折成角〉40°,移位〉1cm体部的爆裂骨折及浮肩损伤等应手术治疗;③手术是一种安全有效的治疗方法,康复训练直接影响治疗效果。     

肩胛骨骨折的护理与康复训练

肩胛骨位于胸廓后外侧,为三角形肩盂,是组成肩关节的重要组成成份,分别与肱骨头、锁骨外端、胸壁组成肩关节,肩锁关节,肩胸关节等,严重移位可产生明显肩关节功能障碍.     

高精度快速成型模型的制作精度及其体外细胞毒性

背景：快速成型技术在手术模拟与组织工程研究的应用日益广泛,而现场手术模拟和术前指导对模型的精度要求非常高,且在术中使用模型应要求其对人体无毒性。目的：评估不同后处理方法快速成型模型的成型精度及其细胞毒性。方法：采用选择性激光烧结技术制作标准圆柱体样品模型,并经浸蜡或树脂处理后,测量模型的高度和底面直径,评估其成型精度。然后采用噻唑蓝法研究不同后处理的模型件对小鼠成纤维细胞L929和小鼠前成骨细胞MC3T3-E1的毒性作用。实验分为石蜡处理组、树脂处理组、阴性对照组（未处理模型）、空白对照组（新鲜培养基）及阳性对照组（体积分数5%的DMSO）,培养2d后,490nm处测量吸光度,并计算其相对增殖率和评价细胞毒性等级。结果与结论：浸蜡、树脂处理后的模型以及模型原件的精度为95%～97%,误差为0.5～1mm。模型浸提液培养L929和MC3T3-E1细胞2d后,各实验组的细胞相对增殖率均大于80%,石蜡处理后的快速成型模型对L929和MC3T3-E1有较低的毒性作用,而树脂处理和未处理的模型对这两种细胞均无毒性作用,细胞毒性均为0～1级。     

高精度快速成型模型的制作精度及其体外细胞毒性

背景:快速成型技术在手术模拟与组织工程研究的应用日益广泛,而现场手术模拟和术前指导对模型的精度要求非常高,且在术中使用模型应要求其对人体无毒性。目的:评估不同后处理方法快速成型模型的成型精度及其细胞毒性。方法:采用选择性激光烧结技术制作标准圆柱体样品模型,并经浸蜡或树脂处理后,测量模型的高度和底面直径,评估其成型精度。然后采用噻唑蓝法研究不同后处理的模型件对小鼠成纤维细胞L929和小鼠前成骨细胞MC3T3-E1的毒性作用。实验分为石蜡处理组、树脂处理组、阴性对照组(未处理模型)、空白对照组(新鲜培养基)及阳性对照组(体积分数5%的DMSO),培养2d后,490nm处测量吸光度,并计算其相对增殖率和评价细胞毒性等级。结果与结论:浸蜡、树脂处理后的模型以及模型原件的精度为95%～97%,误差为0.5～1mm。模型浸提液培养L929和MC3T3-E1细胞2d后,各实验组的细胞相对增殖率均大于80%,石蜡处理后的快速成型模型对L929和MC3T3-E1有较低的毒性作用,而树脂处理和未处理的模型对这两种细胞均无毒性作用,细胞毒性均为0～1级。     

肩胛骨骨折手术治疗效果评价

按照随机数字表法将我院2013年8月~2014年8月我院收治的86例肩胛骨骨折患者均分为试验组和对照组各43例,分别给予后路入路手术治疗和保守治疗,比较两组患者治疗后盂极角(GPA)及临床效果。结果试验组患者治疗后GPA≥20°所占比例显著升高,与同组治疗前比较,差异具有统计学意义(P0.05);试验组患者治疗后GPA≥20°所占比例显著高于对照组,差异具有统计学意义(P0.05);试验组患者优良率为79.07%显著高于对照组的27.91%,差异具有统计学意义(P0.05)。后路入路手术治疗肩胛骨骨折GPA和关节功能恢复效果好,临床症状改善明显,疗效显著优于保守治疗。     

基于快速成形和冷冻干燥技术制备β-磷酸三钙骨组织工程支架

背景:利用先进的制造技术和各种生物材料可构造具有良好生物相容性、可降解性与一定外形及具有合理三维内部结构的支架,这种崭新的医学与工程技术相结合的方法,越来越多地应用到大段骨缺损研究中.目的:应用快速成形技术和冷冻干燥工艺制备多孔β-磷酸三钙,评价其结构性能并分析结构影响因素.设计、时间及地点:对比观察实验,于2008-05/08 在上海大学快速制造中心实验室完成.材料:β-磷酸三钙浆料由上海组织工程研究与发展中心提供.方法:应用CAD软件设计具有圆柱形内腔的组合式负型,将负型三维CAD数据进行快速成形前处理后导入到FDM成形机加工,获得负型的实物模型.负型组装后,充填β-磷酸三钙浆料,经冷冻、干燥及高温焙烧制备最终的生物陶瓷支架.主要观察指标:①应片X射线衍射技术进行物相分析.②扫描电镜观察不同浓度浆料和不同预冻温度制备支架截面的微观形貌.③计算不同浓度浆料和不同预冻温度制备支架的孔隙率.结果:①X射线衍射曲线显示制备β-磷酸三钙支架与标准β-磷酸三钙的特征衍射峰位置基本一致.②扫描电镜显示支架内部的孔隙分布沿径向呈梯度结构,边缘地带孔径为10～30 μm,内部孔径为100～300 μ m.③浆料质量浓度低,支架孔隙小、分布均匀、孔隙率高;预冻温度低,支架孔隙小.结论:通过冷冻干燥技术结合快速成形技术可以得到具备精确外形和良好孔隙结构的骨支架.     

A review of rapid prototyping techniques for tissue engineering purposes

Rapid prototyping (RP) is a common name for several techniques, which read in data from computer-aided design (CAD) drawings and manufacture automatically three-dimensional objects layer-by-layer according to the virtual design. The utilization of RP in tissue engineering enables the production of three-dimensional scaffolds with complex geometries and very fine structures. Adding micro- and nanometer details into the scaffolds improves the mechanical properties of the scaffold and ensures better cell adhesion to the scaffold surface. Thus, tissue engineering constructs can be customized according to the data acquired from the medical scans to match the each patient's individual needs. In addition RP enables the control of the scaffold porosity making it possible to fabricate applications with desired structural integrity. Unfortunately, every RP process has its own unique disadvantages in building tissue engineering scaffolds. Hence, the future research should be focused on the development of RP machines designed specifically for fabrication of tissue engineering scaffolds, although RP methods already can serve as a link between tissue and engineering.     

A review of rapid prototyping techniques for tissue engineering purposes

Rapid prototyping (RP) is a common name for several techniques, which read in data from computer-aided design (CAD) drawings and manufacture automatically three-dimensional objects layer-by-layer according to the virtual design. The utilization of RP in tissue engineering enables the production of three-dimensional scaffolds with complex geometries and very fine structures. Adding micro- and nanometer details into the scaffolds improves the mechanical properties of the scaffold and ensures better cell adhesion to the scaffold surface. Thus, tissue engineering constructs can be customized according to the data acquired from the medical scans to match the each patient's individual needs. In addition RP enables the control of the scaffold porosity making it possible to fabricate applications with desired structural integrity. Unfortunately, every RP process has its own unique disadvantages in building tissue engineering scaffolds. Hence, the future research should be focused on the development of RP machines designed specifically for fabrication of tissue engineering scaffolds, although RP methods already can serve as a link between tissue and engineering.     

快速成型技术在骨科领域应用的文献计量学分析

背景:快速成型技术近年来已广泛应用于硬组织外科领域,但国内目前尚未有从文献计量学角度分析快速成型技术在骨科领域应用的相关文献报道.目的:通过对相关论文的文献计量学分析,探讨快速成型技术在中国骨科领域应用方面的现状及发展趋势.方法:应用计算机检索CBMdisc数据库(1978-01/2010-06),以主题词"骨科学"结合自由词"快速成型、快速成形、快速原型、快速原形"等作为检索策略;应用计算机检索<中国医院知识仓库>医药卫生类专辑(1994-01/2010-06),以"快速成型、快速成形、快速原型、快速原形"等为检索词,以篇名、关键词、摘要为主要检索字段;同时手工检索相关期刊.共收集到241篇论文,通过浏览全文纳入203篇符合标准的文献,其中重复发表2篇,对最终纳入的201篇文献进行文献计 量学分析.结果与结论:国内有关快速成型技术在骨科领域应用的文献首次发表于1998年,随着人们对快速成型技术的逐步认识和深入研究,关注这一主题的文献逐渐增多.<中同组织工程研究与临床康复>、<中华创伤骨科杂志>和<中国矫形外科杂志>等是该研究主题的重要期刊,相关文献主要发表在骨科专业杂志、高等院校学报以及与数字骨科密切相关的生物医学工程、组织工程、机械工程以及材料学等专业期刊上.李祥、陆声、马兴、颜永年、陈玉兵是该主题研究的高产作者,但尚未形成一个专业的研究群体;所有论文的第一作者均出自三甲医院和高等院校,发表文献最多的是解放军第四军医大学西京医院、西安交通大学和清华大学;西安和北京是该主题研究最为活跃的两个地区,但发展存在地域分布不平衡现象.63.2％的论文获得了基金支持,主要以国家自然科学基金、"863"计划、国家博士后基金等为主,彰显了该主题文献起点高、科研力量雄厚、论文质量好的特点.此外,快速成型技术在国内骨科领域的应用已逐渐从基础研究向临床研究转化,相关基础研究主要关注人工骨仿生制造、假体设计与制造、骨科器械研发以及计算机辅助设计实物模型等内容,而临床研究主要以四肢复杂骨折、四肢畸形矫形、骨肿瘤以及脊柱疾患的治疗为主.     

采用反求工程和快速原型技术精确定制骨组织工程支架

背景:组织工程基本原理是从患者获取组织,经体外培养扩增种子细胞,接种在支架内,通过支架引导形成三维外形的组织,最后植入该患者体内以替代病损组织的功能,以后随着新生血管长入,支架逐步溶解,新生组织最终与周围组织完全融合。目的:探讨应用反求工程和快速原型技术定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架的可行性,克服常规制作方法的缺陷。设计:定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架方法。单位:解放军广州军区广州总医院全军创伤骨科中心。材料:支架CAD设计在广东省机械研究所CAD培训中心完成,支架快速成型制作在广东省龙创域公司完成,快速成型工艺为立体光固化工艺,采用材料为光敏树脂。方法:实验于2004-10/2005-01在广州军区广州总医院全军创伤骨科中心完成。按反求工程的基本原理,采用医学CT/MRI扫描获取患者骨骼的分层图像信息,采用计算机辅助技术进行三维重建和曲面重构建立骨骼感兴趣区域的解剖模型,并在建立的解剖模型的外形轮廓内进行支架内部结构的计算机辅助设计,建立其计算机辅助设计模型,最后采用快速成型工艺精确制作骨组织工程支架的原型。主要观察指标:①CT/MRI扫描三维重建与解剖建模结果。②个体化组织工程支架的内部结构设计结果。③个体化组织工程支架快速成型制作。结果:①经CT/MRI图像三维重建,建立了骨关节解剖模型。②计算机辅助设计软件设计支架内部结构成功地建立了骨组织工程支架的实体模型。③骨组织工程支架CAD模型指导快速成型工艺成功地制作了个体化解剖外形的支架,制作的骨组织工程支架内部结构非常精细,具有高孔隙率和较好的孔隙相互连通性能。结论:采用反求工程和先进制造技术,可以任意制作个体化解剖外形的组织工程支架;在所有快速成型工艺中,以立体光固化成型精度最高,表面光滑、成型质量最好。     

采用反求工程和快速原型技术精确定制骨组织工程支架

背景：组织工程基本原理是从患者获取组织，经体外培养扩增种子细胞，接种在支架内，通过支架引导形成三维外形的组织，最后植入该患者体内以替代病损组织的功能，以后随着新生血管长入，支架逐步溶解，新生组织最终与周围组织完全融合。目的：探讨应用反求工程和快速原型技术定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架的可行性，克服常规制作方法的缺陷。设计：定制个体特异的解剖外形骨组织工程支架方法。单位：解放军广州军区广州总医院全军创伤骨科中心。材料：支架CAD设计在广东省机械研究所CAD培训中心完成，支架快速成型制作在广东省龙创域公司完成，快速成型工艺为立体光固化工艺，采用材料为光敏树脂。方法：实验于2004—10／2005—01在广州军区广州总医院全军创伤骨科中心完成。按反求工程的基本原理，采用医学CT／MRI扫描获取患者骨骼的分层图像信息，采用计算机辅助技术进行三维重建和曲面重构建立骨骼感兴趣区域的解剖模型，并在建立的解剖模型的外形轮廓内进行支架内部结构的计算机辅助设计，建立其计算机辅助设计模型，最后采用快速成型工艺精确制作骨组织工程支架的原型。主要观察指标：①CT／MRI扫描三维重建与解剖建模结果。②个体化组织工程支架的内部结构设计结果。③个体化组织工程支架快速成型制作：结果：①经CT／MRI图像三维重建，建泣了骨关节解剖模型，②计算机辅助设计软件设计支架内部结构成功地建立了骨组织工程支架的实体模型。③骨组织工程支架CAD模型指导快速成型工艺成功地制作了个体化解剖外形的支架，制作的骨组织工程支架内部结构非常精细，具有高孔隙率和较好的孔隙相互连通性能。结论：采用反求工程和先进制造技术，可以任意制作个体化解剖外形的组织工程支架；在所有快速成型工艺中，以立体光固化成型精度最高，表面光滑、成型质量最好。     

快速成型方法制备组织工程支架的研究与应用术

背景：快速成型是基于材料堆积法,结合计算机、数控、激光和材料技术于一体的高新制造技术。目的：综述快速成型技术在组织工程支架制备中的应用。方法：由第一作者检索万方数据库、中国知网数据库和EIsevier Science Direct Online有关支架材料的生物力学性能、支架材料发展前景及快速成型技术在支架材料制备领域中应用研究等方面的文献。结果与结论：快速成型技术应用于组织工程支架的制备已经越来越成熟,快速成型技术不但克服了传统制造方法中存在的支架复杂外形制造困难和内部微结构无法控制的缺陷,而且还可以通过有限元分析预先对支架的结构进行优化,以实现改善支架机械强度等某些特殊的要求。但是,由于组织器官的特殊性和排外性及细胞的黏附条件,不但要从结构上改善支架,而且需要快速成型技术与具有组织相容性及可降解的材料相结合,使支架植入生物体后,细胞能更好地增殖和分化,促进组织再生,修复缺损组织。     

Skull reconstruction after resection of bone tumors in a single surgical time by the association of the techniques of rapid prototyping and surgical navigation

Purpose

Presentation of a new cranioplasty technique employing a combination of two technologies: rapid prototyping and surgical navigation. This technique allows the reconstruction of the skull cap after the resection of a bone tumor in a single surgical time.

Methods

The neurosurgeon plans the craniotomy previously on the EximiusMed software, compatible with the Eximius Surgical Navigator, both from the company Artis Tecnologia (Brazil). The navigator imports the planning and guides the surgeon during the craniotomy. The simulation of the bone fault allows the virtual reconstruction of the skull cap and the production of a personalized modelling mold using the Magics—Materialise (Belgium)—software. The mold and a replica of the bone fault are made by rapid prototyping by the company Artis Tecnologia (Brazil) and shipped under sterile conditions to the surgical center. The PMMA prosthesis is produced during the surgical act with the help of a hand press.

Results

The total time necessary for the planning and production of the modelling mold is four days. The precision of the mold is submillimetric and accurately reproduces the virtual reconstruction of the prosthesis. The production of the prosthesis during surgery takes until twenty minutes depending on the type of PMMA used. The modelling mold avoids contraction and dissipates the heat generated by the material’s exothermic reaction in the polymerization phase. The craniectomy is performed with precision over the drawing made with the help of the Eximius Surgical Navigator, according to the planned measurements. The replica of the bone fault serves to evaluate the adaptation of the prosthesis as a support for the perforations and the placement of screws and fixation plates, as per the surgeon’s discretion.

Conclusions

This technique allows the adequate oncologic treatment associated with a satisfactory aesthetic result, with precision, in a single surgical time, reducing time and costs.