CT与3D-DSA数据源在颅内动静脉畸形3D打印中的初步应用

目的比较CT薄层增强扫描与3D-DSA数据源在颅内动静脉畸形(AVM)3D打印数据重组中的效果。方法前瞻性选取5例AVM患者,Spetzler-Martin分级Ⅱ级3例,Ⅲ级2例。对其中2例采用256层螺旋CT薄层增强扫描,3例采用3D-DSA旋转成像,提取检查结果的DICOM原始数据,通过Mimics14.0软件进行数字化处理,并按1∶1比例进行3D打印,获得实体模型并进行效果比较。结果基于256层螺旋CT薄层增强扫描数据源的3D打印可获取颅骨及血管的图像信息,能显示最细直径0.9 mm的血管,但AVM内部细支结构难于分辨;基于3D-DSA数据的3D打印,数字减影无颅骨数据信息,但血管分支情况显示更丰富,可显示最细直径0.5 mm的血管。结论应用CT薄层增强扫描或3D-DSA数据源均可获得AVM畸形团3D重组图像,而3D-DSA显示AVM畸形团空间构造效果更佳,有助于术前治疗方案的设计及相应辅助工具的开发。

膝关节关节软骨的三维构建

目的:构建膝关节关节软骨的三维模型,为开展膝关节数字医学研究进行模型构建的探索。方法:人体成年新鲜膝关节标本1例,行CT、MRI扫描,利用三维重建软件Mimics及逆向工程软件Geomagic对图像进行三维重建及图像配准,构建膝关节骨、关节软骨结构。结果:利用Mimics 10.01软件构建关节软骨的三维模型,并形成骨-关节软骨复合模型,导入Geomagic软件中与CT构建的骨三维模型相配准,再次导入CT影像中进行逐层微修饰,验证关节软骨分割效果。最终建立具有骨、关节软骨的三维膝关节模型。结论:三维图像重建技术与图像配准技术可将CT、MRI图像两者结合起来,发挥其各自优势,构建出形态较好的膝关节三维模型。

膝关节在体稳定性评价系统的建立

目的利用2D/3D图像配准技术建立膝关节在体稳定性评价系统。方法采集健康成年志愿者膝关节的CT影像,并采集志愿者保持某一姿势时互成直角的正侧位X线平片,先进行膝关节CT图像的三维重建,并在软件中建立虚拟X线摄像再现2张互成直角的X线平片,采用2D/3D图像配准还原摄X线平片时膝关节的位置,计算2种位置之间的相对位移及角度变化。结果利用2D/3D图像配准方法对膝关节的三维模型和二维影像之间进行了配准,计算出2种位置之间的相对位移及角度变化,与CT扫描时的位置相比,摄X线平片时左股骨下段后伸19.21°,外翻1.73°。结论利用2D/3D图像配准技术可实现膝关节的在体稳定性评价,但其配准效率及精度尚需进一步研究。

医学影像资料三维重建及在解剖学教学中的应用

目的探讨利用三维重建软件构建人体三维模型在解剖学教学中应用。方法采集层厚为1mm的颈、胸部CT影像,利用三维重建软件Mimics对其进行三维重建,并将重建模型应用于本科学生的理论教学中,课后收集学生的学习感受。结果通过三维重建软件Mimics进行图像重建,清楚直观地再现胸廓整体的三维结构,也可单独显示肺、颈椎、胸椎、肋骨、胸骨等结构的三维形态。学生普遍反应学习效率提高。结论利用三维重建可直观显示人体三维结构,应用于解剖学教学可获得良好效果。

利用逆向工程技术开展脊柱三维稳定性测试的研究

目的:利用逆向工程技术建立脊柱三维稳定性测试方法,验证其测试精度。方法:人体枕颈段标本(O￣C5)上、下端包埋后在每个椎体处插入标志物,在M TS实验机上施加载荷模拟颈椎屈伸、侧弯及轴旋运动,由激光三维扫描仪采集标志物的运动信息,通过软件计算枕颈段椎骨各方向的运动范围及中性区;并将标志物固定于精度可达0.01m m及0.01°的K O H ZU精密测试平台上,由激光三维扫描仪采集标志物的运动信息,通过软件计算其运动参数,检测激光三维扫描仪的测试精度。结果:激光三维扫描仪采集脊柱标志物加载及卸载时的位置信息,通过软件中注册及变换功能,计算出各运动方向的运动范围及中性区,实现脊柱三维稳定性的测试;通过与K O H ZU精密测试平台的比较,发现利用激光三维扫描仪开展稳定性测试的精度可达到0.1°。结论:利用逆向工程技术可实现脊柱的三维稳定性测试,其精度可满足实验要求。

膝关节三维解剖电子图谱的制作及在解剖学教学中的应用

随着计算机图形图像技术的不断完善以及虚拟人研究的不断进展,已出现多种图像的三维重建方法,如使用三维重建软件（如Mimics等）对CT、MRI等影像数据进行三维重建,或者通过激光扫描仪构建标本的表面三维轮廓,也可以获得标本的三维图像.由于这些重建模型具有很强的三维直观性,应用于解剖学教学可获得较好的教学效果.

儿童脊柱测量及三维重建对脊柱侧凸治疗的意义

目的:测量儿童脊柱解剖学数据,进行脊柱三维重建,为安全开展儿童脊柱侧凸手术及新型器械研发提供形态学依据。方法:9例儿童脊柱标本经CT扫描后分离成单个椎骨,对3例脊柱侧弯儿童患者进行CT三维重建出单个脊椎,测量各节段椎体长、宽;椎体前、后高度;椎管纵径、横径;椎弓根横径及高度。结果:测得儿童脊柱各节段数据,与成人脊柱形态存在显著性差异。三维重建可直观、立体显示脊柱畸形。结论:为安全开展儿童脊柱侧凸手术及新型固定器械的研发提供基木的解剖学数据。

3D打印技术促进临床医学发展

2012年4月，英国《经济学人》发表专题报告指出，全球工业正在经历第三次工业革命，认为这次革命是互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，3D打印（3D Printing）技术作为“第三次工业革命的重要标志”[1]。3D打印技术可以使人们以更低的劳动力成本灵活地生产少量产品，从而使大规模的个性化生产成为可能，带来全球制造业的重大变革。

一种新型喙锁韧带重建导向器及其钻孔精度评价

目的设计制作一种适用于开放性手术的新型喙锁韧带重建导向器并评价其钻孔精度。方法利用计算机辅助设计(CAD)、3D打印技术设计制作新型喙锁韧带重建导向器。在10个单侧肩关节标本(男6个、女4个)上使用新型导向器建立直径3 mm的骨隧道,测量喙突下表面骨隧道至喙突内外侧的最小距离,并对导向器的钻孔精确度进行评估。结果喙突下表面骨隧道出口距喙突外侧和喙突内侧的最小距离分别为(5.7±1.3)mm和(6.1±1.3)mm,两者比较,差异无统计学意义(P=0.494,t=—7.110)。结论新型导向器钻孔准确性较高,可用于喙锁韧带重建开放性手术中骨隧道的建立。

脊柱在体三维运动检测系统的建立

目的利用2D/3D图像配准技术建立脊柱在体三维运动检测系统。方法采集成人腰椎CT影像,并采集两个不同位置时脊柱互成直角的X线平片,进行腰椎L3、L4三维重建,并在软件中建立虚拟X线摄像场景进行腰椎投影,再现互成直角的虚拟X线影像,采用2D/3D图像配准方法与真实X线影像相配准,还原摄平片时L3、L4的位置,将配准结果导入图像处理软件后计算两种位置之间L3的相对位移及角度变化。结果利用2D/3D图像配准方法实现了膝关节的三维模型和二维影像之间的配准,计算出两种位置之间的相对位移及角度变化,与位置一相比,位置二的L3后伸5.86°,左侧弯1.85°,右旋2.96°。结论利用2D/3D图像配准技术可实现脊柱在体三维运动检测,但其配准效率及精度尚需进一步研究。

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。

寰椎侧块后路螺钉固定的可行性研究

目的 :通过应用解剖学及生物力学测试了解寰椎侧块后路螺钉固定的可行性。方法 :对 3 0例中国成年人的寰椎干骨标本具有临床意义的数据进行解剖学测量 ;对 6例新鲜颈椎尸体标本的后入路C2 神经根与寰椎侧块的关系进行观察 ;同时 ,通过测试寰椎侧块螺钉的拔出力 ,并与枕骨螺钉及枢椎椎弓根螺钉的拔出力进行比较。选 6例新鲜上颈椎标本 ,将标本造成侧块骨折模型后予以后路侧块螺钉固定 ,标本分为 :A组 -正常对照组 ,B组 -侧块及同侧前弓骨折组 ,C组 -侧块后路螺钉固定后组。测量 3组的三维运动范围 (Rangeofmotion ,ROM ) ,并比较其相互间的差异。结果 :寰椎中线至侧块中点、椎动脉内侧壁、椎弓根内缘的距离分别为 :(17.6± 1.2 )mm、(2 3 .0± 1.7)mm及 (14 .2± 1.1)mm ;侧块中部的宽度为 (11.6± 1.4)mm ,侧块中心点的厚度为 (12 .7± 1.0 )mm ;后弓与侧块移行处中点至下关节面间距为 (4 .1± 0 .7)mm ;椎动脉沟处后弓厚度为 (4 .7± 1.0 )mm。解剖学观察见C2 神经根出脊髓后沿C1/ 2 关节间隙的下方向外下行走 ,且C2 神经根有较大的移动度。寰椎侧块螺钉的拔出力平均为 (1718.2± 42 2 .7)N ,明显小于枕骨螺钉的拔出力 ,但与枢椎椎弓根螺钉的拔出力无明显差异。侧块骨折后C0～ 1及C1～ 2

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(P<0.01);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,P<0.01],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,P<0.01]。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。

利用Mimics和Freeform建立中国数字人上颌第一磨牙三维有限元模型

目的建立数字人上颌第一磨牙三维实体有限元模型,并进行了模型的有效性验证,为有关的修复体制作提供了生物力学了了。方法利用数字人男1号数了集,通过Mimics软件重建牙釉质、牙本质、牙髓三维结构,FreeForm软件对模型进行修饰,以IGES格式导入有限元软件Ansys8.0.完成有限元模型。在模型上进行垂直、侧向加载,分析牙体各部位的应力。结果建立了上颌第一磨牙有限元模型,包括牙釉质、牙本质、牙髓、模拟牙周膜、模拟牙槽槽。模型各部分模格划分模点模模元分模为:牙釉质:8303模点、5092模元,牙本质:104883模点、77357模元,牙髓:19818模点、12116模元,牙周膜:2321模点、2278模元,牙槽槽:31869模点、25264模元。垂直加载和斜向加载结果表明牙根颈1/3处是应力集中部位。结论利用Mimics和Freeform建立上颌第一磨牙三维有限元模型,具有较高的真实性和精确度,能够满足各种牙体生物力学分析的需要。

膝关节神经分布的解剖学研究及其临床意义

目的:为膝关节疼痛的诊断及手术治疗提供局部神经支配的解剖形态学基础。方法:对80例成人下肢标本膝关节神经分布进行解剖观测。结果:支配膝关节的神经可分为浅、深2层。浅层为皮神经,部分干较粗,容易形成皮神经瘤;深层可以分为伸膝肌支膝关节支组成的髌上区组,隐神经分支组成的内侧及髌下区组,腓总神经关节支组成的后外侧区组,月国丛神经组成的月国区组4组。4组神经在关节囊外分布有重叠交叉,但区域明确。深层的隐神经膝关节支、腓总神经膝关节支和股内侧肌支膝关节支等神经支粗约1mm,位置表浅且固定,具有选择性切断的可行性。结论:TKA、膝关节镜等术中通过滑膜切除、关节支切断进行髌骨周围去神经化术对降低髌股关节疼痛有合理的解剖机制;膝关节局部去神经化术对确诊局部皮神经瘤形成或神经支卡压等关节外源性疼痛具有可行性。

“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。

数字化虚拟中国人女性一号(VCH-F1)实验数据集研究报告(英文)

目的为建造具有东方人种特征的中国数字化虚拟人,获取中国女性人体数字图像的数据集。方法通过广州市遗体捐献中心,选取一位因食物中毒急性死亡19岁女性尸体,经CT、MRI采集图像后,在股动脉灌注红色填充剂,冷冻包埋,在JZ1500A立式铣床上,以400 mm刀盘切削,转速850 r/m,断面间距0.2 mm,用第三代富士数码相机摄像。结果按中国解剖学会的《中国人解剖学数据》加以评价,VCH-F1体型指数为94%,有较大的代表性。共获取断面图像8 556个,图像总像数649万,每个文件数据量为17.5 MB,VCH-F1数据集总量149.7GB。共编制6个不同版本,分别为VCH-F1(149.73GB、6.60GB、0.27GB)及VCH-F1头部数据集(1.93GB、0.67GB、0.46GB)。结论借鉴国外经验和教训,VCH-F1在下列几个方面有所改进和提高:(1)尸体选材代表性较大;(2)血管标记鲜明,对后续图像配准和分割提供了良好条件;(3)立式切削较卧式切削更符合人体生理姿势;(4)本文采用的人体的冷存,一次装夹,双温冰库,大口径刀盘处理,能提高图像质量和工作效率。VCH-F1的实验数据集,在若干关键技术上有所改进和提高,构建了切削精度高,血管显示鲜明,体型代表性良好,为我国今后虚拟人体的物理化和生理化,提供了一个高质量的框架。

垂直载荷作用下骨盆的三维有限元分析

背景:目前对骨盆的力学分析还处于极其粗糙阶段,而有限元法因其具有不受样本量限制,实验误差小,重复性好等优点,正日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。目的:建立正常骨盆的三维有限元模型,分析骨盆在垂直载荷作用下的应力/应变和位移分布。设计、时间及地点:三维有限元分析,单一样本观察。于2007-03/09在南方医科大学生物力学实验室完成。材料:健康成年男性志愿者1例进行PET-CT扫描,层厚1mm,得到二维原始图像以DICOM格式输出。方法:应用Mimics、Freeform、ANSYS等软件进行三维重建,并建立正常骨盆的有限元模型。模拟人体双腿直立位的生理姿势,对模型施加500N轴向载荷。具体方式为约束双侧髋臼,向骶骨椎体上表面垂直加压,压力均匀分布于各个结点。主要观察指标:计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。结果:垂直加载500N载荷于骶骨上表面时,应力经两侧骶骨翼、骶髂关节,斜向下方经过坐骨大切迹附近,髂骨中央弓状线,传导至两侧髋臼。骨盆前环即耻骨支和耻骨联合受力较小。应变集中在两侧骶髂关节,绝对值很小,前方的耻骨联合处应变极小,可忽略不计。位移以骶骨背侧的骶正中嵴处最大。结论:正常骨盆是一个非常稳定的力学结构。过大的垂直应力容易引起骶骨或骶髂关节受损导致骨盆的垂直稳定性下降;恢复骶骨至髋臼的连续性对应力传导非常重要。