三维重建及快速成型在骨科临床的应用研究

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目的:随着计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、数控(CNC)技术、激光技术及材料科学的进步,三维重建及快速成型技术已逐渐渗透到医学领域,并逐步改变了传统的医学诊断、手术规划、假体制作等方法,为手术导航及模拟仿真等手段提供了技术支持。目‘前,CT图像处理与三维重建技术的发展,可以使术者方便地获得具有复杂外形的人体器官的精确三维数据模型,同时通过快速成型技术可以根据三维CAD模型制作出形状复杂、精度很高的实体模型。三维重建及快速成型技术已逐渐成为现代医学的重要组成部分,具有较大的发展潜力和实用价值。尤其是该技术在临床骨创伤及修复重建中的应用,能够为骨折及骨畸形的治疗提供前瞻性手术设计及整复效果评估的有效手段。方法:本文对三维重建及快速成型技术在骨创伤及矫正肢体畸形上的应用价值进行了初步的研究工作。术前对患者进行螺旋CT断层扫描,获得骨的细间距断面图像。然后,将DICOM格式的二维CT数据通过Mimics软件输入个人计算机,进行图像分割,应用软件的三维重建功能对感兴趣的组织进行三维重建,得到骨的三维重建图像,并将三维重建结果以STL格式输出。利用计算机辅助逐层堆积快速成型技术,在快速成型机上以光敏树脂材料构建与实际骨折及畸形大小形状完全一致的实体模型。通过对患者X线光片、CT图像、三维数字模型与实体模型进行综合研究,直观评估骨折及畸形情况指导临床诊断分型,手术设计及术前手术操练。结果:通过三维重建及快速成型技术的应用,在移位髋臼骨折合并不稳定型骨盆后环损伤患者的治疗中,制定出更加合理的手术方案,从而缩短了手术时间,减少了术中出血,骨折治疗效果满意。在右踝关节严重畸形患者的矫形手术中,尤其是应用了虚拟镜像技术,使截骨平面和截骨角度更加准确。术后右踝关节对位对线良好,获得了满意的矫形效果,右踝关节运动功能基本恢复。结论:本研究中,通过Mimics软件实现了螺旋CT的DICOM格式数据与PC机之间数据的精确传输,进一步拓展了CT数据的应用价值。更重要的是,利用Mimics软件可以从连续的二维螺旋CT断层图像中提取出准确的骨的数据信息,进行图像处理并完成骨的三维重建。三维重建后在计算机上可从任意角度、任意方向和任意平面观察骨折及畸形病变情况,从而进行手术方案设计;在此基础上,利用快速成型技术制造出和患者骨折或畸形骨尺寸完全一致的三维实体模型能够直观准确地确定和模拟复位步骤或矫形截骨平面和截骨角度对骨科手术具有很高的指导意义。而且,为解决临床复杂问题提供了崭新的途径,可以帮助医生为患者制定个性化的治疗方案。同时,医生也可以让患者更真实地了解病情和手术操作的基本过程,更有效地与患者沟通。
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