3D打印技术在颅内动静脉畸形血管内介入治疗中的初步应用

目的探讨3D打印技术在指导颅内动静脉畸形(AVM)血管内介入治疗中的临床应用价值。方法贯序交替选取2015年2月至5月广东省人民医院神经外科进行血管内介入治疗的AVM患者10例,其中5例为对照组,5例为进行3D打印模型试验组。对试验组5例AVM患者采用256层螺旋CT薄层增强扫描或3D-DSA旋转成像,提取检查结果的DICOM原始数据,应用薄层数据扫描获取5例AVM患者三维数据,通过Mimics 14.01软件进行数字化数据提取和重建,并按1∶1比例进行3D打印,获得实体模型。应用AVM实体模型指导与患者及其家属的术前谈话及手术方案设计,并与对照组结果进行对比。结果 3D打印模型试验组术前谈话时间(10.2±0.8)min较对照组术前谈话时间(15.0±1.3)min显著缩短,差异有统计学意义(P0.01);试验组患者及其家属满意度评分显著高于对照组[(9.3±0.6)分比(8.1±0.3)分,P0.01],试验组术中造影后至手术实施时间较对照组显著缩短[(5.7±0.4)min比(10.5±1.6)min,P0.01]。无一例手术相关并发症。结论 3D打印模型可以帮助术者更加直观地了解畸形团空间构筑学特征,指导术者进行手术方案的制定,同时应用3D打印实体模型可提高与AVM患者术前谈话效率及患者满意度。     

基于改进SLNC的2D-3D医学图像配准

介绍了一种基于改进SLNC(sum of local normalized correlation,SLNC)的2D-3D医学图像配准方法。首先对CT体积数据进行三线性插值,得到各向分辨率相同的体积数据,采用光线跟踪算法对其进行数字图像重建。针对不同位置和方向的重建图像,在灰度级压缩的基础上,用改进SLNC函数评价其与X线透视图像的相似性,利用与Brent相结合的Powell优化方法,搜索出相似性最大时的投影变换参数。将此方法用于移动数字X线投影设备——Biplanar 500采集的X线透视图像与相应CT体积数据的配准实验,得到较好的2D-3D图像配准效果。     

三维可视化、3D打印及3D腹腔镜在肝肿瘤外科诊治中的应用

目的研究三维可视化、3D打印、3D腹腔镜（3-3D技术）在肝脏肿瘤外科诊治中的应用价值。方法收集2013年11月~2015年
1月22例肝脏肿瘤患者资料,首先进行上腹部薄层CT扫描,收集CT数据,然后利用MI-3DVS软件进行三维可视化、肝脏脉管
分型、虚拟肝切除等术前规划。将三维可视化的STL文件打印3D物理模型,进行肝预切除面界定。采用3D腹腔镜进行解剖性
肝切除。观察手术时间、术中出血量、实际肝切除体积、术后住院时间。结果肝动脉按Michels分型：Ⅰ型19例,Ⅱ型2例,Ⅷ型
1例;门静脉按Cheng分型：Ⅰ型17例,Ⅱ型2例,Ⅲ型2例,Ⅳ型1例。肝静脉根据Nakamura分型：Ⅰ型10例,Ⅱ型7型,Ⅲ型5例。
虚拟切除肝体积490±228 ml,残肝体积885±139 ml;残肝体积与功能肝体积之比0.71±0.11。3D打印模型立体显示了肝肿瘤和脉
管的空间关系。20例完成腹腔镜肝切除术,2例中转开腹。手术时间186±92 min,术中出血量284±286 ml,实际切除肝体积491±
192 ml,术后住院时间为8.6±3.7 d。结论3-3D技术有助于术前安全评估、关键解剖部位的定位、实时导航手术和解剖性肝切除术。
     

下颌骨撞击试验与有限元分析

目的 利用MTS-858生物材料试验机进行下颌骨撞击试验和三维有限元分析方法揭示下颌骨骨折生物力学机制.方法 根据Hanau合架原理,3例标本分别制备成下颌骨撞击模型,MTS-858生物材料试验机进行下颌骨颏部水平方向撞击试验.人体下颌骨标本利用激光三维扫描系统获得下颌骨模型,有限元软件ANSYS7.0分析.结果 3例标本均在颏部骨折,下颌骨颏部撞击力峰值为(2151.10±125.18)N;响应时间为(17.3±2.3)ms.ANSYS动态显示下颌骨颏部受到撞击后下颌骨内部的应力变化,颏部撞击点应力最大,应力变化曲线显示在颏部距上缘1.92 cm处出现峰值,最大应力为3201.35 kPa.结论 下颌骨撞击试验和三维有限元方法结合量化了颏部受力下颌骨骨折的有关参数,为揭示任意合位下颌骨撞击下颌骨骨折的生物力学机制奠定基础.     

利用Mimics和Freeform建立下颈椎三维非线性有限元模型

目的建立具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法对健康成年男性志愿者进行CT扫描,获得C4-7,节段的断层图片,将数据保存为Dicom格式,导入Mimics9．1软件进行三维几何模型重建,形成三维图像,利用Freeform软件进行模型修改和表面划分,以IGES格式转入有限元软件Ansys9．0完成有限元模型建模。下颈椎韧带以非线性的弹性元素建模,韧带的起止点及横截面积根据文献确定,关节突关节定义为有摩擦系数、表面滑动接触关系。在C4施加40N的预载荷,在1．8N·m的力矩作用下使模型产生前屈、后伸、侧屈、旋转运动,将实验结果与Moroney等实验结果对比进行验证。结果建立了具有详细解剖结构的下颈椎三维非线性有限元模型。整个模型共有145570个节点,96645个单元,模型在各种工况下的平均刚度与Moroney等的结果基本吻合。结论利用Mimics和Freeform建立的下颈椎模型在一定条件下是有效的,可以进行临床和实验研究。     

基于影像的人体铸型标本三维计算机建模研究

目的开展基于影像的人体铸型标本的三维计算机建模研究。方法采集小腿铸型标本(有骨和动脉结构)以及肺铸型标本(有肺动脉、肺静脉及支气管结构)各1件,将小腿铸型标本与肺铸型标本进行CT扫描。将CT数据导入三维重建软件Mimics13.01(Materialise公司,比利时)对图像进行三维重建。利用软件自带的阈值设定(Threshold)、图像编辑(Edit)、区域增长(Region growth)等功能可对选定的结构进行图像分割,采用软件的三维计算功能(3D calculation)重建人体小腿铸型标本及肺铸型标本的三维模型。结果获得小腿铸型标本CT图像共获得1310层图像,层厚为0.2mm,肺铸型标本CT图像共获得674层图像,层厚为0.4mm。经过三维重建可获得小腿铸型标本和肺铸型标本的三维模型,与原始的铸型标本相比,三维重建模型可清楚直观地再现小腿铸型标本及肺铸型标本的三维形态,能够满足临床应用。结论对人体铸型标本开展图像三维重建研究,将使人体铸型标本更好地应用于临床,可为进一步进行快速成型制造及相关数字医学研究奠定基础,并将产生很好的社会及经济效益。     

外旋载荷对骨盆作用机制的三维有限元分析

目的利用骨盆的三维有限元模型研究外旋应力对骨盆的作用机制。方法 1例健康成年男性志愿者进行PET-CT扫描,结果以DICOM格式输出,在PC机上进行三维重建,建立正常骨盆的有限元模型。对模型施加外旋载荷,经计算得到应力、应变及位移云图。结果水平向后加载500N于左侧髂前上棘,应力沿两条途径传导:一条是向内后方经同侧骶髂关节前部至骶骨上部,另一条是向前方经耻骨支、耻骨联合至对侧耻骨;且骨盆前环受力较大。应变以同侧骶髂关节前下方最大,前方的耻骨联合处应变也较大。位移以受力点同侧髂前上棘处最大,同侧髂骨、坐骨及耻骨支位移均较大。结论外旋载荷易造成耻骨支骨折、骶髂关节损伤,或骶骨压缩骨折。     

骨密度与颈椎终板结构生物力学性质的关系

目的 :研究椎体骨密度 (bonemineraldensity ,BMD)与颈椎终板不同位点力学特性之间的关系。方法 :5 0个颈椎椎体标本 ,用DEXA测试每个椎体的BMD后 ,采用逐步聚类法将标本分为三组 ,高骨密度组 (n =16)、中骨密度组 (n =2 4)、低骨密度组 (n =10 ) ,对每一终板平面上 2 0个特定的测试点进行压缩实验 ,直径 2mm的半球形压头以 0 .0 3mm/s的速度垂直于终板平面下压 2mm ,由所得的力─位移曲线计算出最大压缩力及刚度 ,采用单因素方差分析、析因分析、SNK检验及相关分析对实验数据进行统计学分析。结果 :三组之间的最大压缩力、刚度均存在显著性差异 (P <0 .0 1) ,且最大压缩力、刚度与BMD呈正相关关系 ;BMD对颈椎终板力学强度有显著影响 ,但对其力学分布无明显影响。结论 :椎体BMD是预测终板力学性能的重要指标 ,术前应测量BMD以减少植入物沉陷的发生。     

"虚拟中国人Ⅰ号"铣削前尸体材料的预处理

目的 :保证“虚拟中国人”(VirtualChineseHuman ,VCH)数据集的质量 ,提高数据集中血管显示的对比度。方法 :利用发泡剂将尸体有效地固定 ;对新鲜尸体行CT扫描间隔为 1mm、MRI扫描间隔为 2mm ;进行全身血管灌注。结果 :采集得到清晰的CT图像 172 0幅、MRI图像 780幅 ,分别向头部灌注约2 0 0ml ,向心灌注 2 5 0 0ml填充剂。结论 :“虚拟中国人Ⅰ号”在CT、MRI图像质量方面优于VHP(VisibleHu manProject ,) ,预处理为铣削、组织切片的图像采集及将来的血管显示打下良好基础。     

颈椎前路钮扣钢板的研制及生物力学评价

目的:研制颈椎前路钮扣钢板内固定系统,评价其生物力学稳定性。方法:用317L不锈钢研制出颈椎前路钮扣钢板螺钉系统。取6具青年男性新鲜尸体的颈椎标本,制成5种状态脊柱功能单位(FSU)的试验模型:正常颈椎、屈曲型损伤、单纯植骨、钮扣钢板内固定、AO钢板内固定。利用脊柱三维运动分析系统测定不同状态下颈椎节段的运动范围(ROM),比较钮扣钢板内固定与AO钢板内固定对失稳颈椎的稳定作用,并摄X线片观察各种状态下颈椎的影像学改变。结果:生物力学测试表明,钮扣钢板内固定系统可以对失稳颈椎提供明显的稳定作用(P<0.01),与AO钢板内固定系统的稳定作用相比无显著性差异(P>0.05)。动态X线摄片显示,钮扣钢板内固定及AO钢板内固定均能维持植骨块的稳定,并恢复椎间隙高度及颈椎生理曲度,而单纯植骨则容易出现植骨块的移位、凸出甚至脱出。结论:钮扣钢板内固定系统具有较好的生物力学稳定性。操作简便,适合国人颈椎解剖结构及功能特点。