3D打印技术在神经外科的应用优势

文题释义：3D打印：是在一种在计算机控制下将材料连接或凝固以创建三维物体的快速成型技术，目前在生物医学领域应用广泛。 神经外科：是研究人体神经系统，如脑、脊髓及周围神经系统疾病的病因、发病机制，并探索新的诊断、治疗、预防技术的一门高精尖学科。 背景：神经系统解剖结构复杂，相关疾病种类繁多，手术难度大，风险高。它不仅要求医生将病变组织完整切除，还有避免术中对重要神经、血管及功能区造成损伤，因而临床上一直在探索定位准确、手术精度高的治疗方式及相关辅助手段。3D打印是一种快速成型的技术，近年来发展迅猛，目前已经广泛应用于生物医学行业。 目的：综述3D打印技术在神经外科常见疾病中的应用现状，并对应用前景进行展望。方法：第一作者以关键词通过计算机检索中国知网(CNKI)、万方数据库、PubMed和Web of Science数据库，检索截止日期为2020年2月的人类研究。检索出相关文献385篇，根据纳入与排除标准，并进行文献增补，最终纳入49篇文献进行综述。结果与结论：①在神经外科领域，3D打印定制个体化植入物可用于修补颅骨缺损，所打印出的病变模型可用于畸形修复、脑血管病、颅底疾病及脊柱脊髓疾病手术的术前模拟，为个体化精准治疗提供依据；②同时模型可用于神经外科教育及术前宣教；③因此3D打印技术在神经外科领域具有广阔的发展前景。ORCID: 0000-0001-8453-906X(温稀超) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程     

3D打印技术在胫骨平台后柱骨折诊治中的应用优势与展望

文题释义： 3D打印技术：3D打印技术作为一项新兴技术,目前已经广泛应用于骨科临床。主要以三维CT数据建模,利用计算机辅助设计,以离散•堆积/黏合成型技术为原理,打印出1∶1的解剖结构实物模型。 个性化治疗：以目前医疗技术发展状况为背景,运用3D打印技术打印实物模型进行诊断和术前规划,为患者量身设计个性化治疗方案,以达到临床治疗效果的一门新型定制医疗技术。 背景：3D打印技术的临床应用为胫骨平台后柱骨折手术微创化、个性化治疗,提供了有效的辅助手段。 目的：归纳胫骨平台后柱骨折的诊治现状,展望3D打印技术在胫骨平台后柱骨折诊疗上的应用前景。 方法：通过计算机检索CNKI、万方、PubMed数据库,检索词为“胫骨平台骨折、后柱、3D打印技术、tibial plateau fracture、posterior column、3D printing technology”。共检索出约210篇相关文献,根据纳入和排除标准,最终纳入56篇文献进行汇总、归纳。具体包括胫骨平台后柱骨折的分型、手术治疗、3D打印技术应用现状和术后康复等相关内容。 结果与结论：胫骨平台后柱骨折是一种特殊类型的平台骨折,传统诊断方法易漏诊,而依据3D打印的实物模型则能做出直观的诊断、分析受伤机制及分型。在胫骨平台后柱骨折的治疗中,传统的手术入路选择很多,有后侧入路(后内侧入路、后外侧入路)、后内侧倒“L”入路、前内/外侧入路、前外侧后内侧联合入路、关节镜微创治疗以及其他的临床入路,但目前各手术入路在临床上的应用尚未规范统一。3D打印技术的应用进一步完善了胫骨平台后柱骨折的诊断分型,为术前指导个性化手术方案、手术入路选择及对骨折部位植骨量的预估、术后康复提供参考。 ORCID: 0000-0003-4126-8532(高迪) 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     

3D打印技术辅助后路截骨治疗脊柱畸形的Meta分析

文题释义：脊柱畸形：指脊柱的冠状位、矢状位或轴向位偏离正常位置，发生形态上异常的表现，可以分为特发性、先天性、病理性及创伤性等原因。绝大多数患者需手术治疗，但由于该类患者解剖不规则、周围组织粘连严重，其截骨矫形手术风险极高。 3D打印技术：又称“快速成型技术”，术前对患者进行脊柱 CT 扫描，获得相关数据，打印出脊柱模型。脊柱外科医师可以通过模型进行模拟截骨及模拟内固定，设计最好的手术方案。背景：3D打印技术在脊柱外科应用越来越广泛，有很好的辅助手术作用。但是目前缺乏循证医学证据证实3D打印辅助后路截骨治疗脊柱畸形的疗效及安全性。 目的：系统评价3D打印辅助后路截骨治疗脊柱畸形的疗效。方法：计算机检索PubMed、Embase、Cochrane Library、CNKI、万方、维普和CBM数据库自建库至2019年12月关于3D打印治疗脊柱畸形患者的研究。英文检索词为“3D printing” “rapid prototyping” “Spinal deformity”等；中文检索词为“3D打印”“快速成型技术”“脊柱畸形”等。由2名研究人员独立进行文献筛选、数据提取和质量评价，采用 RevMan 5.3软件对文献进行Meta分析。结果与结论：①共纳入6篇文献，282例患者，其中3D打印组139例，常规组143例；②Meta 分析结果显示，3D打印组在手术时间、手术出血量及手术放射暴露时间方面均小于常规组(P < 0.05)；③在Cobb角、Cobb角矫正率、置钉准确率及Oswestry功能障碍指数评分方面均优于常规组(P < 0.05)；④3D打印组和常规组在并发症方面差异无显著性意义(P > 0.05)；⑤上述数据证实，3D打印辅助后路截骨能够明显降低手术间和手术出血量，改善手术效果。ORCID: 0000-0002-1739-7548(吴荣海) 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     

3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗中的应用北大核心

背景:3D打印技术的临床应用为唇腭裂精准化、个性化治疗提供了有效的辅助手段。目的:归纳3D打印在唇腭裂诊治中的应用现状,展望3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗上的应用前景。方法:通过计算机检索中国知网、万方和PubMed数据库,以“唇裂、腭裂、唇腭裂、3D打印”为中文检索词,以“Cleft Lip,Cleft Palate,Printing,Three-Dimensional”为英文检索词,共检索出约77篇相关文献。根据纳入和排除标准,最终纳入68篇文献进行汇总、归纳,具体包括唇腭裂的分类、治疗、3D打印技术应用现状等相关内容。结果与结论:①在术前(后)正畸及塑形中,3D打印提供了个性化矫治器,且随着生物活性剂的加入,还出现了多种矫治器制造的新策略,包括使用新型材料和药物涂层,使得3D打印矫治器能具有抑菌性作用,提升了治疗效果,但目前矫治器材料强度、硬度以及长期有效性均有待进一步探索。②在手术计划与模拟环节中,引入3D打印导板和计算机辅助虚拟手术系统,用来规划手术指南,帮助了术者更精准地进行手术操作,降低了手术难度,然而其主要针对骨性组织的辅助治疗,在唇腭裂软组织方面的辅助作用较弱。③在术中植入物环节中,个性化组织工程结构的生物材料因拥有良好的骨创导、骨再生性,且贴合患者骨组织的三维空间结构,是用于唇腭裂患者骨性裂隙植入修复的研究热点材料,但其在治疗过程中的生物相容性、安全性还未进行深入研究。④在手术培训与教育方面,3D打印解剖模型能帮助医学工作者更好地学习唇腭裂相关理论知识及手术技巧,同时可以作为医患沟通的良好工具。⑤因此,利用3D打印技术,配合计算机辅助虚拟手术系统以及个性化组织工程结构的生物材料来治疗唇腭裂,可促进唇腭裂由经验治疗向个性化及精准化治疗的转变,达到唇腭裂治疗效果。     

3D打印技术在儿童骨科的应用研究进展

目的 总结3D打印技术在儿童骨科的研究进展,为3D打印技术与儿童骨科更好地融合发展提供理论依据。方法 以“3D打印”“小儿骨科”“解剖模型”“畸形矫形”“骨肿瘤”和“three-dimensional printing”“pediatric orthopaedic”“anatomical mode”“deformity orthopaedic”“orthopaedic”“bone tumour”为中英文关键词分别在中国知网、万方数据、PubMed、Web of Science 等数据库检索2010年1月-2019年9月关于3D打印技术在儿童骨科应用研究的文献,对其进行归纳分析。结果 共检索到相关文献1 197篇,其中中文文献540篇、英文文献657篇,剔除重复性研究、内容不符、无法获取全文,以及3D打印技术应用于成年患者和颅颌外科领域相关的文献,最终纳入文献34篇。3D打印技术可以制造个体化解剖模型,模拟手术操作、设计手术方案;制造导航模板指引手术;制造个体化支架;在骨组织工程方面亦取得一定的进展。结论 3D打印技术快速、精准、个性化的特点,促进了骨科手术个性化、微创化的发展。3D打印技术将通过外科教育、术前规划、个体化定制手术材料(如植入物、假体和手术导板等)以及组织工程的应用来改善手术效果。     

3D打印在颅内动脉瘤血管内治疗中的应用

随着社会科技的发展与人们对于医疗领域的关注,颅内动脉瘤愈发被大家关注,血管内治疗作为目前主流的治疗方式,其介入装置的部署状态与效果是医生关注的重点.3D打印技术作为一种新的成型技术,在医疗领域的应用也已逐步成熟,为医生可视化理解动脉瘤结构与研究介入装置治疗后血流动力学环境做出了贡献.本文论述了3D打印的流程、时间、材料、工艺和精度,并结合实际案例说明了3D打印技术在术前评估、改进手术方案和提高患者满意率上的作用.     

3D打印技术在脊柱外科中的应用进展

总结国内外脊柱外科,特别是在复杂脊柱疾病中（尤其是严重脊柱畸形和脊柱肿瘤）使用3D打印技术的文献,重点关注提到的3D打印种类、具体应用方法、治疗效果以及成本效益分析。对在脊柱外科手术中使用3D打印技术的文献进行电子检索,国内文献使用中国知网数据库进行检索,国外文献使用PubMed以及Web of Science数据库进行检索。检索词为:脊柱外科、3D打印技术、增材制造、快速成型、脊柱畸形、脊柱肿瘤;英文词为:Spine、Scoliosis、Spinal Tumor、3D printing、Additive manufacturing、Rapid prototyping。并对纳入的文献进行分类总结,检索到文献116篇（中文72篇,英文44篇）,进行全文阅读分析后纳入文献35篇（中文15篇,英文20篇）。根据文献内容将3D打印应用分为手术导板、解剖模型以及个体化植入物。纳入文献提到的优点主要有减少手术时间、出血量、术中照射次数以及手术并发症发生率、改善治疗效果、提高患者满意度等。主要局限在于该技术目前缺乏统一标准、额外的打印费用、增加的学习成本、设计3D打印物耗费的时间以及植入物远期可靠性等。3D打印技术在脊柱疾病的治疗中确有价值,但在常见脊柱疾病中使用3D打印技术的意义和价值并不大,只有在较为复杂的病例中使用这项技术才能符合成本效益原则。     

CTA检查对脑动脉瘤的诊断价值

目的探讨16层螺旋CT血管造影对引起蛛网膜下腔出血的脑动脉瘤的诊断价值及其对临床治疗的指导意义。方法对临床因蛛网膜下腔出血的患者进行CT血管造影检查,发现颅内动脉瘤并经介入或手术治疗的患者82例（介入治疗5例,手术治疗77例）。CT血管造影采用最大密度投影及容积重建法进行图像后处理,与DSA及手术结果对比。结果82例脑动脉瘤患者中,CT血管造影检查发现动脉瘤88个（6例均为2个动脉瘤）,手术证实82个（77例）,DSA证实6个（5例）。载瘤动脉分别为后交通动脉（38个）,前交通动脉（35个）,大脑中动脉（8个）,颈内动脉（5个）,基底动脉（1个）胼周动脉（1个）。CT血管造影显示动脉瘤的部位、大小、瘤颈结构及其与周围血管的关系等与手术结果基本一致。结论16层螺旋CT血管造影对脑动脉瘤的诊断准确率高,对脑动脉瘤与周围结构的关系显示良好,对临床治疗具有可靠的指导价值。     

鞍区病变3D打印模型的临床应用观察

目的 探讨根据薄层增强扫描数据制作的鞍区占位性病变3D打印模型在术前制订手术计划和术中指导手术操作中的应用价值。方法 采用前瞻性研究方法,纳入2015年3月—2017年6月解放军福州总医院神经外科15例鞍区病变患者,其中男6例、女9例,年龄40~75岁;垂体腺瘤13例,鞍结节脑膜瘤和颈内动脉床突上段动脉瘤各1例。将CTA、MRI薄层扫描数据输入Mimic软件,建立数字模型,通过3D打印机制作模型。在3D打印模型上分析病变与周围结构的解剖关系、模拟建立手术入路并进行模拟手术操作,确定手术方案。临床采用经单侧鼻孔-蝶窦入路显微手术切除垂体腺瘤13例、开颅手术切除鞍结节脑膜瘤1例、开颅手术夹闭左侧颈内动脉床突上段大型动脉瘤1例,并在手术中进一步参考和验证模型的模拟结果。结果 3D打印模型上,13例垂体腺瘤在经鼻蝶入路视角下,可清晰显示鞍底隆突的形态、蝶窦的大小、气化分型、蝶窦分隔情况和蝶窦后壁形态,还可观察侧壁的骨性隆突;根据影像和3D模型观察结果进行适当地鞍底开窗,外侧缘不累及颈内动脉,上缘达到前海绵间窦,下方显露充分。1例鞍结节脑膜瘤及1例动脉瘤患者病变均与前床突关系密切,术中所见与3D打印模型所见一致。15例患者临床手术均顺利完成,术中、术后无血管及重要脑组织结构损伤、脑脊液漏、感染等并发症发生。结论 3D打印模型可清晰显示鞍区病变与周围骨质、血管的关系,为术前手术方案设计提供了良好、直观的立体解剖结构观察,并可用于模拟手术操作,进而提高手术安全性和成功率。     

颅内前循环动脉瘤夹闭术的显微外科技术

目的 总结我院自2004年以采采用显微神经外科手术治疗的104例颅内前循环动脉瘤的经验，探讨颅内前循环动脉瘤夹闭术的显微手术技巧，以期进一步提高该病的临床治疗效果。方法 104例颅内前循环动脉瘤病人中，1例胼周动脉瘤采用前纵裂入路，1例后交通合并胼周动脉瘤采用翼点和前纵裂的联合入路，其余部位的动脉瘤均采用改盘翼点入路。手术采用显微外科技术解剖脑池，锐性分离瘤颈并夹闭之。术中采用控制性降压、栽瘤动脉临时阻断和动脉瘤体翻转等技术以防止破裂出血和误夹正常血管。结果 104例手术病人中，102例成功夹闭瘤颈，2例采用了动脉瘤包裹术。术后病人恢复盘好78例，轻残17倒，重残6例，植物生存2例。死亡1例。结论 采用显微外科技术夹闭动脉瘤颈是治疗颅内前循环动脉瘤的根本方法；术中采用控制性降压、载瘤动脉临时阻断和动脉瘤体翻转等技术以防止破裂出血和误夹正常血管。可以提高颅内前循环动脉瘤的手术治疗效果。     

基于深度学习的2D/3D医学图像配准研究

2D/3D配准在临床诊断和手术导航规划中有着广泛的应用,可解决医学图像领域中不同维度图像存在信息缺失的问题,能辅助医生在术中精准定位患者的病灶。常规的2D/3D配准方法主要依赖于图像的灰度进行配准,但非常耗时,不利于临床实时性的需求,并且配准过程中容易陷入局部最优值。提出用深度学习的方法来解决2D/3D医学图像配准问题。采用一个基于深度学习的卷积神经网络,通过网络对数字影像重建技术(DRR)进行训练并自动学习图像特征,预测X光图像所对应的参数,从而实现配准。以人体骨盆的模型骨为实验对象,根据骨盆的CT数据生成36000张DRR图像作为训练集,同时通过C臂采集模型骨的50张X光图像作为验证。结果显示,深度学习算法在相关系数、归一化互信息、欧式距离3个精度评价指标上的测试值分别为0.82±0.07、0.32±0.03、61.56±10.91,而常规2D/3D算法对应的测试值分别为0.79±0.07、0.29±0.03、37.92±7.24,说明深度学习算法的配准精度优于常规2D/3D算法的配准精度,且不存在陷入局部最优值的问题。同时,深度学习的配准时间约为0.03s,远低于常规2D/3D配准的时间,可满足临床对于实时配准的需求,未来将进一步开展临床数据的2D/3D配准研究。     

M3D:面向3D打印的医学图像重建平台

本研究旨在构建面向3D打印的医学图像3D重建平台,实现医学影像数据的目标分割、3D重建与3D打印所需区域裁剪与输出功能。该软件平台采用Qt设计用户界面,调用ITK、VTK类库处理医学影像数据。软件平台实现了医学影像数据的输入输出及处理、分割与3D重建等功能;在3D打印模型输出前,可实现对感兴趣区域的截取。以肘关节为例,利用该平台可实现模型重建,截取区域输出STL文件并完成3D打印。结果表明,该软件平台操作简单、界面简洁,可以从医学影像数据中重建得到3D模型,并进行3D打印,具有重要的临床应用价值。     

医学图像三维重建系统的研究进展

目前二维断层图像已无法满足临床诊疗的需求,而利用医学图像三维重建系统构建人体模型的方法可有效提高临床诊疗的效率。该综述首先对医学图像三维重建软件进行概述,然后介绍目前Mimics、3D Slicer、Simpleware及Amira这4款医学图像三维重建软件用于三维重建及辅助临床诊疗的主要功能,接着对比分析每个软件存在的优势与不足,最后总结医学图像三维重建软件辅助临床诊疗的可行性和有效性,并提出改进方法和未来展望。     

一种B超图像和探头空间相对位置的测试方法

目的：对于腹部肿瘤,为了更好地进行实时、精确的放疗,需要获得清晰的三维肿瘤图像。三维B超近来在临床诊断及图像引导的应用中,不断地被介绍。虽然有专门的三维B超探头,因为价格原因,我们仍然需要从二维B超中进行重建,得到三维B超图像。帮助放疗专家,在对病人实施放疗时,动态对病人的肿瘤放疗进行实时的、数字化监控和修正,达到精确放疗的效果。方法：直接利用国产B超,在探头上增加位置传感器,精确地测定了B超图像和探头之间的空间关系,对二维图像进行配准。结果：本文设计一种配准测试方法。在红外放疗跟踪系统上直接实现自由式三维B超。结论：采用本文描述的测试方法能够基于红外放疗跟踪系统得到实时精确的自由式三维B超图像,节约成本,取得了满意的应用结果。     

基于CT的脑动脉瘤三维重建的有限元模型

目的建立脑动脉瘤三维重建的有限元模型,为临床脑动脉瘤破裂力学机制分析提供基础。方法依据临床脑动脉瘤患者CT数据,结合MIMICS 8.1数字化医学影像处理软件,运用三维重建技术构造脑动脉瘤的实体结构,最后导入ANSYS有限元通用软件完成脑动脉瘤的有限元建模与力学分析。结果建立临床上适用于脑动脉瘤患者血流动力学分析的有限元模型。结论模型具有数字化、个性化特征,可用于脑动脉瘤血流动力学性能计算,分析临床脑动脉瘤患者动脉瘤的破裂机制。     

计算机三维模型在解剖教育中的应用

在传统的解剖学教学中,学生通过文字描述、图表、教具和尸体解剖来获得解剖学知识。这样的教学方式在帮助学生理解解剖结构的三维形态方面有局限性。计算机三维模型在解剖结构学习中的优势是可以从多角度观测,形象直观：可以使学生学习的更快,学习效率更高。本文首先介绍了解剖教育中所用计算机三维模型的构建方法和步骤。然后,按模型构建的难易程度将其分为两类,分别分析其在解剖教育中的应用。一类是较容易重建的三维模型,该类模型可以自动或半自动的构建,建模周期短,已在解剖学教育中得到广泛应用。以较大骨组织模型为例,分析了其应用于解剖教育的研究进展。另一类是较难重建的三维模型,以耳颞部和神经三维模型为例,对其应用于解剖教育的研究进展进行综述。分析了主要的耳颞部三维模型构建方法：基于解剖学参数构建三维模型和利用组织切片图像或者Micro．CT图像构建三维模型,并比较了两种方法的优缺点。分析了神经系统三维模型构建的主要方法：构建了骨组织等框架组织三维模型后．根据文献描述的神经与骨组织的相互关系“雕绘”构造神经三维模型。最后,讨论了三维模型构建方面存在的问题和对三维模型在解剖学教学中的作用的不同看法。     

下颌骨数字化可视模型的建立

目的:建立下颌骨的三维数字化可视模型。方法:选择合适的尸体标本,经固定、动脉灌注、冷冻、包埋、洗切、数据采集,获得数字人数据集,取数字人数据图像中下颌骨有关的二维图像,提取其轮廓线,利用Amira软件系统进行下颌骨的外形及下颌管的重建。结果:利用数字人数据得到下颌骨精细的三维模型,在三维空间上真实地再现了下颌骨、下颌牙的解剖形态,并准确地显示出下颌管的位置与走行。结论:通过数字人数据,采用应用软件重建方法获得下颌骨三维模型,为口腔解剖及外科教学、下颌骨的美容整形及正颌外科手术治疗、下颌牙齿种植等提供了解剖学依据。     

国人肺静脉系统的三维可视化

目的 对中国数字化可视人体(CVH)男1号肺静脉系统进行三维重建,研究肺静脉系统的解剖特点,为教学、影像诊断及胸部手术提供精确的肺静脉系统三维模型.方法 对中国数字化可视人体数据集连续断面图像进行连续追踪观察和图像配准,在包含肺的断面上分割肺静脉,对分割结果运用3DMed软件通过阈值分割算法进行三维重建.结果 本研究完整地重建出肺静脉系统,重建图像质量较高,可单独显示肺静脉系统三维模型,也可同时显示肺和肺静脉以及肺内其他管道系统三维模型,以显示肺内各结构的空间位置和毗邻关系,以上结构都可从任意角度进行观察并进行缩放.结论 本研究分析了肺静脉系统的组成及其在肺内的空间分布情况,实现了肺静脉系统的三维可视化.     

基于相位衬度成像的小鼠肺肿瘤三维可视化研究

目的肿瘤的早期发现对患者意义重大。鉴于相位衬度成像对于如肺部这样的软组织成像效果显著,本文提出利用相位衬度成像技术,以微米尺度的空间分辨对肿瘤进行成像,并定量分析,早期发现肿瘤。方法在KM小鼠肺部原位接种人肺癌细胞,培育10d后取出肺组织,利用上海同步辐射光源进行相位衬度成像获取投影图像,拍摄结束后对样本进行切片、HE染色,并光学显微镜观察病理切片。然后利用滤波反投影对获取的投影图进行CT断层重建,并通过病理切片对比验证肿瘤位置,最后通过Amira软件进行三维模型的建立。结果重建出了清晰的三维模型,在模型上可以发现小肿瘤结节的存在,并测量得出该肿瘤体积为0．655mm3。结论相位衬度成像对软组织分辨率高,能发现体积较小的肿瘤．对肿瘤的早期发现有一定意义。     

OsiriX: An Open-Source Software for Navigating in Multidimensional DICOM Images

A multidimensional image navigation and display software was designed for display and interpretation of large sets of multidimensional and multimodality images such as combined PET-CT studies. The software is developed in Objective-C on a Macintosh platform under the MacOS X operating system using the GNUstep development environment. It also benefits from the extremely fast and optimized 3D graphic capabilities of the OpenGL graphic standard widely used for computer games optimized for taking advantage of any hardware graphic accelerator boards available. In the design of the software special attention was given to adapt the user interface to the specific and complex tasks of navigating through large sets of image data. An interactive jog-wheel device widely used in the video and movie industry was implemented to allow users to navigate in the different dimensions of an image set much faster than with a traditional mouse or on-screen cursors and sliders. The program can easily be adapted for very specific tasks that require a limited number of functions, by adding and removing tools from the programs toolbar and avoiding an overwhelming number of unnecessary tools and functions. The processing and image rendering tools of the software are based on the open-source libraries ITK and VTK. This ensures that all new developments in image processing that could emerge from other academic institutions using these libraries can be directly ported to the OsiriX program. OsiriX is provided free of charge under the GNU open-source licensing agreement at .