应用三维成像和快速成型技术构建犬下颌髁突模型

背景：颅颌面骨为不规则骨,具有复杂的三维立体结构。对于颅颌面的骨缺损,进行个性化精确修复十分重要。计算机辅助设计、计算机辅助制造和激光扫描技术是近年发展起来的高新技术,通过这些技术可以实现颅颌面个性化骨形态结构的三维仿真。目的：设计一个由计算机辅助设计、计算机辅助制造和激光扫描技术组成的数字医学系统,以实现生物材料对下颌骨髁突等形态的三维模拟。方法：通过CT扫描获得犬头颅影像信息,计算机辅助设计、计算机辅助制造实现下颌骨形态的三维重建影像,影像数据输入三维打印机,快速成型获得下颌骨髁突的树脂阳模。阴阳模转换获得相应石膏阴模,聚羟基乙酸/聚乳酸阴模内成型,激光三维表面扫描检测聚羟基乙酸/聚乳酸支架和影像原型匹配的精确度。结果与结论：聚羟基乙酸/聚乳酸支架和影像原型匹配的精确度检测结果显示,当测试点误差小于1.0 mm时,复合率大于95%。提示通过这套数字医学系统,可实现颅颌面骨形态结构生物材料的三维仿真,为下颌骨骨缺损的精确修复打下基础。     

计算机辅助设计和快速成型技术制造颜面萎缩衬垫物的可能性

背景：半侧颜面萎缩畸形的整复方法较多,以往常通过制备患者的石膏面模,在上面堆蜡来恢复患者的面形,蜡型用作手术中衬垫的参考。但由于畸形的变化多,矫治设计的难度大,矫治效果不甚理想。 目的：探讨应用计算机辅助设计和快速成型技术制造用于矫正半侧颜面萎缩等凹陷畸形衬垫物的可能性。 方法：对半侧颜面萎缩患者行螺旋CT扫描,利用工作站进行扫描图像的容积三维重建后,重新间隔分层,利用CuteFTP 4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理,对图像的边缘轮廓进行提取,得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图,将该线图数据输入Surfacer 9.0重建软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,从而得到面颅骨的三维三角形面片线框模型及实体模型。将健侧面颅骨的点云数据按镜像对称变换到患侧,这样在患侧骨和健侧镜像之间就形成了充填物的三维模型,为补偿软组织的萎缩,将其外表面点云数据外移1.5 mm。对CAD后的三维Surfacer数据重新分层,在RpDataRepare中完成充填物的轮廓编辑和成型的支撑设置,形成RP项目文件,输出快速原型所需的加工文件.par,制造出衬垫物模板,作为实施手术过程中的参照。 结果与结论：获得了患者颅面骨表面轮廓的三维实体模型,并由计算机辅助设计,快速成型制造出衬垫物模板,并以此为参照完成手术,效果满意。说明应用快速成型技术可以完成半侧颜面萎缩等凹陷畸形的衬垫物的制造,精度高,快捷,在颅颌面外科假体的个体化制造方面有良好的应用前景。     

快速成型技术在仿生医学训练模型研发及临床中的应用

背景：快速成型术是一项新兴技术,它在医学教育及临床治疗中承担重要作用,研究运用快速成型术来研制医学训练模型,改变模型材料结构,探求制造新技术是一顶重要的任务。 目的：探讨快速成型制造形术的原理及方法,研究快速成型术在临床诊断、治疗及医学模拟教学中的运用前景。 方法：应用计算机检索PubMed 数据库、美国科技信息所的科学引文索引数据库及中国期刊全文数据库、中国科技期刊全文数据库,检索包括快速成形制造术、医学模拟教学、人体仿生材料、临床治疗方面最有代表性文献报道。 结果与结论：快速成型制造技术的出现和发展,为不能制作或难以用传统方法制作的人体器官模型提供了一种新的制造手段。采用 PRM 技术制作三维医学模型,不但可以使解剖特征具体化、医生之间以及医生与患者之间易于交流,使患者易于理解医生策划的手术,而且可用于模拟教学中,指导操作,进行手术过程操练。在临床诊断和外科手术策划中,可有效提高诊断和手术水平,缩短时间,节省费用。随着生物材料知识的发展,快速成型产品在医学领域的临床应用将不断增长,从仿生性医学训练模型研制到人体骨骼再生植入,再到器官置换,应用范围将会越来越广泛。     

Three-dimensional anatomical accuracy of cranial models created by rapid prototyping techniques validated using a neuronavigation station

In neurosurgery and ear, nose and throat surgery the application of computerised navigation systems for guiding operations has been expanding rapidly. However, suitable models to train surgeons in using navigation systems are not yet available. We have developed a technique using an industrial, rapid prototyping process from which accurate spatial models of the cranium, its contents and pathology can be reproduced for teaching. We were able to register, validate and navigate using these models with common available navigation systems such as the Medtronic StealthStation S7®.     

单侧眶缺损的三维仿真设计与快速制作

采用相位测量轮廓技术直接对患者面部三维轮廓信息进行采集,重建缺损面部的睁眼三维数字化模型;在Geomagic实体构造软件中,利用健侧眼眶部组织数据经镜像反转获得缺损区睁眼状态的三维实体数据;运用快速成型技术制作缺损区表面形态的树脂模具;以此模具来定位眼球,制作缺损区表面形态的蜡型,最终完成硅橡胶眶赝复体的制作。完成了单侧眼眶部缺损面部组织的三维重建,获得了修复缺损区眼眶组织的三维实体数据,快速成型制作的树脂模具与缺损区组织具有良好的边缘适合性,硅橡胶眶赝复体达到对称逼真的修复效果。结果提示,应用相位测量轮廓术、计算机辅助设计与制作技术和快速成型技术可以解决眶缺损赝复体塑形难,制作难度大,不易为医生所掌握等关键问题,是一种切实可行的实现单侧眼眶部缺损三维仿真设计与快速制作的方法。     

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。《中国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。     

快速成型聚乳酸-聚羟乙酸/磷酸三钙支架修复兔桡骨缺损

摘要 背景：理想的骨修复材料除必须具有生物相容性、可吸收性、利于血管化及迅速被新生组织替代的孔隙率,还需要有与骨组织相似三维结构。 目的：检验快速成型工艺制作的聚乳酸-聚羟乙酸/磷酸三钙支架复合骨形态发生蛋白修复兔桡骨缺损的效果。 方法：将乳酸乙醇酸共聚物溶于1,4-二氧六环中并混合粉末状磷酸三钙制备成液态的浆料,放入生物材料快速成形机TissFormTM制备出直径5 mm,长15 mm的圆柱形人工骨载体材料。按每个材料15 mg的标准,采用预湿、负压复合骨形态发生蛋白、冻干3步处理,制备出活性人工骨材料。健康新西兰大白兔20只,制备右前肢桡骨中上段15 mm骨缺损模型,实验组和对照组分别植入复合骨形态发生蛋白的活性人工骨和未复合骨形态发生蛋白的单纯支架。通过影像学、组织学、材料降解及骨密度评价修复兔桡骨缺损的效果。 结果与结论：12周时实验组骨缺损愈合,新生骨痂连接缺损断端并塑形,支架材料近于完全降解,各检测指标与对照组比较差异均有显著性意义,对照组骨缺损内未见新骨形成。结果表明复合骨形态发生蛋白的聚乳酸-聚羟乙酸/磷酸三钙支架可以很好的修复兔15 mm骨缺损,且降解速度与成骨速度匹配良好。 关键词：聚乳酸-聚羟乙酸;磷酸三钙;骨形成蛋白;桡骨缺损;骨组织工程 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.12.001     

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2 d后,490 nm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0.5~1 mm。模型浸提液培养L929和MC3T3-E1细胞2 d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。     

Titanium cranioplasty using 3-D computer modelling of skull defects

The ideal prosthesis for cranial defect repair is the original bone flap, but for various reasons this is not always available. Creation of prostheses has been an inexact and difficult science, particularly for complex and cosmetically important defects. Poorly shaped prostheses are difficult to insert and secure. In addition, the resultant deformity may lead to scalp necrosis and infection. The need for precision-fitting prostheses has prompted the development of several computer-aided methods of cranioplasty plate manufacture. Defects have been modelled from CT scan data using stacked slices, computer-driven milling and selective laser sintering. We report our experience with titanium cranioplasty plates manufactured using these methods. The plates fit even the most complex defects, are easy to insert, and produce excellent cosmetic results. There has been no postoperative scalp necrosis or infection. The cost and time involved may currently preclude the routine use of computer modelling of defects, but as equipment costs and production time diminish, this may become the standard allograft cranioplasty technique.     

结构光三维测量轮廓技术及快速成型技术在颌面赝复中的应用*☆

目的：应用印模技术取得面部软组织外形信息，容易受患者体位、印模材料等因素影响，为克服其缺陷，尝试采用结构光三维测量轮廓技术结合快速成型技术进行颌面部赝复设计。 方法：应用自主研发基于结构光三维测量轮廓技术原理的三维光学测量系统（TDOS），对2007-04上海第九人民医院口腔修复科收治的1名电击伤术后严重面部缺损的患者进行面部外形信息采集。使用Imageware和 Geomagic studio图像处理软件，对光学测量系统采集的面部原始外形信息进行去除噪声和平滑处理，并通过软件对面部图像进行拼合及三角化，形成患者面部完整的3D图像模型。该3D模型在逆向工程处理软件中修饰，生成3mm厚度的数字化模型，并以.stl格式保存，最终导入熔融挤压成型的快速成型机，制作全面部树脂模型，与患者面部实际外形、尺寸比较。 结果：利用三维光学测量系统采集的面部数字化三维模型形象、完整，得到的面部数据信息经图像处理软件处理后，能生成光顺、清晰的面部CAD模型。该模型经由逆向工程软件修饰并转化格式后能导入熔融挤压成型快速成型机，并成功制作出面部树脂模型，该树脂模型与患者面部实际高度相似。 结论：基于结构光三维测量轮廓技术结合快速成型技术，能辅助面部信息采集和模型制作。比较印模技术和其他三维测量方法，它能安全准确地获取面部外形信息并形成实体模型。该方法能辅助颌面部缺损的赝复计划制定和赝复体设计制作，增进医患交流。     

儿童去骨瓣减压术后早期颅骨成形术的疗效分析

目的 探讨儿童去骨瓣减压术后早期（3~6个月）颅骨成形术的效果。方法 回顾性分析2016年10月~2020年12月去骨瓣减压术后早期颅骨成形术治疗的16例儿童颅骨缺损的临床资料。结果 年龄2~13岁,平均6.4岁;1例血管畸形,15例为颅脑损伤;采用钛网10例,聚醚醚酮6例。术后随访8~48个月,平均25.06个月,切口均一期愈合;1例颅脑损伤术后钛网成形患儿,因摔倒致头颅再次外伤,使钛网变形、凹陷;其余15例患儿颅骨塑形满意,未出现头颅畸形,无切口感染、材料外露、皮下积液。结论 儿童去骨瓣减压术后早期颅骨成形术,可以有效保护儿童颅脑再次受损,同时有助于儿童心理及生理的康复。     

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应用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 μm。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。     

数字化钛网与手工塑型钛网修补颅骨缺损的比较

目的探讨用数字化钛网修补颅骨缺损技术并总结其经验。方法 2006年3月至2011年3月用数字化钛网行修补颅骨缺损203例,并与2002年2月至2006年2月用手工塑型钛网修补的颅骨缺损168例进行比较分析。结果数字化钛网组和手工塑型钛网组手术时间分别为(110±6)min和(150±11)min,钛钉用量分别为(6.3±0.8)枚和(10.2±3.6)枚,并发症的发生率分别为6.9%和37.5%,外观满意度分别为100%和81%。上述指标两组均相差显著(P<0.05)。结论数字化钛网修补颅骨缺损,塑型效果更好,手术操作过程简捷,并发症更少。     

Malignant cerebral edema following cranioplasty

Malignant cerebral edema following cranioplasty is a very rare and devastating complication. We present a case of postoperative death following cranioplasty due to malignant cerebral edema. Similar cases and possible pathogenesis are discussed. This fearsome complication should be discussed with the patients and their families as part of the informed consent procedure.     

好颅比修补颅骨缺损的临床应用

目的探讨好颅比在颅骨缺损修补中的应用。方法将相应大小、边缘已钻孔的好颅比嵌入缺损处。结果术后随访21例，头皮平整无松动，不影响美观，无任何并发症。结论好颅比具有高强度、质轻价廉、不导热、对影像学检查无干扰、有一定弯曲度等优点。     

颅骨固定钉在颅骨修补术中的应用

目的探讨颅骨固定钉在颅骨修补术中固定自体骨瓣的方法.方法自2002年2月至2003年6月对开颅减压术后骨瓣包埋皮下组织的患者行颅骨修补术,采用颅骨固定钉固定颅骨骨瓣,观察术中,术后检查情况.结果在二期手术中利用颅骨固定钉固定自体骨瓣固定牢固,平整,术后头颅X线拍片及CT检查示还纳的颅骨骨瓣无移位.结论应用颅骨固定钉固定还纳的自体骨瓣操作简便快速,固定牢固可靠,具有较好的安全性和疗效.     

Malignant cerebral swelling following cranioplasty

Over the past few years there have been a number of case reports and small cohort studies that have described so called “malignant” cerebral swelling following an uneventful cranioplasty procedure. The pathophysiology remains to be established however it has been suggested that it may be related to a combination of failure of autoregulation and the use of closed vacuum suction drainage. The current study presents three further patients who had had a decompressive hemicraniectomy for ischaemic stroke. If decompressive craniectomy is utilised in the management of neurological emergencies, close attention and wider reporting of this type of complication is required not only to focus attention on possible management strategies, but also to determine which patients are at most risk of this devastating complication.     

Complications following titanium cranioplasty compared with nontitanium implants cranioplasty: A systematic review and meta-analysis

Decompressive craniectomy is widely used to treat medically refractory intracranial hypertension. There were still few studies focusing on the complications between titanium cranioplasty with non-titanium materials cranioplasty. Our systematic review and meta-analysis aimed to assess the complications following titanium cranioplasty and to make a comparison with nontitanium materials. A systematic review was used to review titanium cranioplasty characters in recent articles. A systematic literature review and meta-analysis were performed by using PubMed/MEDLINE, Scopus, the Cochrane databases and Embase for studies reporting on cranioplasty procedures that compared complication outcomes between titanium with non-titanium materials. The final 15 studies met inclusion criteria and represented 2258 cranioplasty procedures (896 titanium, 1362 nontitanium materials). Overall complications included surgical site infection, hematoma, implant exposure, seizure, cerebrospinal fluid leak, imprecise fitting. Titanium cranioplasty was associated with a significant decrease in overall complications rate (OR, 0.72; P = 0.007), hematoma rate (OR, 0.31; P = 0.0003) and imprecise fitting rate (OR, 0.35; P = 0.04). However, it also suggested that titanium cranioplasty can be greatly increased implant exposure rate (OR, 4.11; P < 0.00001). Our results confirmed the advantages of titanium cranioplasty in reducing complications including hematoma, imprecise fitting, and also suggested that clinicians should pay more attention to postoperative implant exposure. With new synthetic materials emerging, it would also be interesting to study the cost-effect and functional outcomes associated with cranioplasty materials.     

Complications following cranioplasty using autologous bone or polymethylmethacrylate—Retrospective experience from a single center

Objective

A decompressive hemicraniectomy is a potentially life-saving intervention following head trauma. Once performed patients are obliged to undergo a second procedure with cranioplasty. Two of the most commonly used materials are autologous bone and polymethylmethacrylate (PMMA). We have now evaluated complications following a cranioplasty using these materials.

Materials and methods

During a 7-year period (2002–2008) 49 patients were operated with a decompressive craniectomy following head trauma. Patients received a cranioplasty consisting of autologous bone (30 patients, 61.2%) or PMMA (19 patients, 38.8%) and were followed at least 24 months. Patient data were collected retrospectively.

Results

Twenty patients (20/49, 40.8%) experienced a complication that prompted a re-operation. There was a significantly higher rate of complications leading to a re-operation (53.3% vs. 21.1%, p = 0.03) and a shorter survival time of the cranioplasty (mean 48.1 ± 7.8 vs. 79.5 ± 9.0 months, p = 0.035) in patients with autologous bone compared to PMMA. Bone resorption and the presence of postoperative hematomas were significantly more common in patients with autologous bone. The material used for cranioplasty was the only variable that significantly correlated to the rate of complications.

Conclusions

In our series we had a high percentage of patients needing re-operation due to complications following a cranioplasty. Though generally considered a straightforward procedure, complications and associated morbidity in patients undergoing cranioplasty should not be underestimated.