3D建模和3D打印可以改善THA診斷、分類和手術計劃
魔猴君 行業(yè)資訊 1619天前
在線電子演示系統(tǒng)(EPOS)是歐洲放射學會科學展覽的電子數(shù)據(jù)庫。一組研究人員在EPOS上發(fā)表了有關他們使用3D建模和3D打印工具診斷,分類和進行外科手術計劃以修復假體周圍髖臼骨折的研究工作,髖臼假體是全髖關節(jié)置換術(THA)的困難但常見的并發(fā)癥。研究人員寫道:“假肢周圍髖臼骨折與創(chuàng)傷事件和病理性下凸情況有關,這些情況降低了支撐骨的結構完整性[1],并常常與無菌性松動,假體周圍骨溶解和嚴重的骨質流失[2]相關。”
“僅基于標準射線照相的分析不適合可靠地檢測植入物的殘余穩(wěn)定性并測量骨折程度和骨盆骨丟失[3]?!?/span>
圖1:(a)骨盆前后骨
(b)右髖部X光片側視圖顯示髖臼周圍骨質溶解的輕度跡象,沒有植入物松動和髖臼骨折的跡象。
在定義骨折類型時,CT掃描是“黃金標準”,當需要3D虛擬渲染以幫助進行手術預計劃時,基于CT掃描的3D建模軟件使臨床醫(yī)生可以通過分割去除虛擬植入物,從而獲得“骨表面的三維重建”的精確圖像。其他分析工具包括測量剩余的骨量,評估植入物的穩(wěn)定性和表征骨折,并且3D圖像也可以用于3D打印解剖模型以進行手術計劃和模擬。
研究人員說,他們的論文將表明,使用3D建模軟件可以改善骨骼質量和骨折形態(tài)評估,并揭示3D建模和3D打印對于THA周圍假體髖臼骨折的診斷過程以及使真人大小成為可能的實用性。術前植入物模板,仿真和尺寸確定的模型。
圖2:骨盆的CT掃描。 (a)冠狀視圖顯示髖臼杯略向內側突出;
(b)髖關節(jié)矢狀面顯示髖臼后壁骨折。骨折的三維重建是可見的(c),但是其擴展被圖像偽影隱藏了。
他們以一名75歲的女性為例,該女性在家庭創(chuàng)傷事件發(fā)生后進入急診室。該患者有右髖嚴重髖關節(jié)病的病史,在使用非骨水泥THA治療前已有十年治療。醫(yī)生對她的骨盆進行了AP射線照相,對她的臀部進行了盤腿掃描,沒有發(fā)現(xiàn)髖臼或莖周圍骨折或松弛的跡象。但是,“通過MAR協(xié)議對骨盆進行CT掃描”顯示,盡管髖臼杯未移位,但髖臼后壁確實有骨折。
使用Materialize Mimics軟件根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建骨盆的3D數(shù)字模型。通過分割,骨骼與周圍的軟組織和患者的假體有所區(qū)別。
圖3:使用3D建模軟件制作的三維圖像。 (a,b)保留髖臼杯的整個骨盆。在分割過程中股骨和股骨干被去除。 (c,d)骨質量圖顯示了具有正常骨質量的區(qū)域(綠色)和具有低骨質量和厚度的區(qū)域(紅色)。
(e,f)骨缺損區(qū)域和骨折擴展的測量。
“第一階段是閾值化,其中包括密度在Hounsfield Unit(HU)值的指定范圍內的所有體素。為了排除金屬和陶瓷植入物,包括松質骨和皮質骨,我們使用了HU范圍為130至1750的面罩。最后的分割,去除了軟組織和偽影,是使用軟件的其他工具手動執(zhí)行的(圖3a,b)。最終,從相應的骨盆中以數(shù)字方式去除股骨和金屬植入物,并創(chuàng)建了孤立的目標區(qū)域(ROI)的3D圖像?!备鶕?jù)各個區(qū)域的皮質和整體骨厚度,將具有顏色梯度的骨質量圖用于髖臼。隨后分析了骨折的面積,形狀和空間位置,以及“與對側髖臼相比,髖臼骨丟失和旋轉中心”。最后,在Form 3L系統(tǒng)上3D打印了患者整個骨盆的真人大小模型。
圖4:(a)整個骨盆的3D打印真人大小的塑料模型。 (b,c)特別是內壁和后柱骨折。
在分析了3D圖像和3D打印的模型之后,他們將后壁骨折重新分類為不完整的后柱和內壁髖臼骨折。此外,發(fā)現(xiàn)骨折是“自發(fā)性的”,骨儲備損失少于50%。最后,骨骼質量圖確定了整體骨丟失,顯示后壁和內壁的質量均較差。 3D打印模型還用于執(zhí)行操作前模板。“治療策略是根據(jù)Simon等人提出的算法選擇的。 [14,15,16],這表明髖臼翻修手術可以橋接或分散骨折,而無需固定骨折?!毖芯咳藛T解釋說。
圖5:(a)術后3個月骨盆的AP射線照相和(b,c)骨盆的CT掃描顯示出良好的植入物定位和完全的骨折愈合。
對骨盆和術后右髖部進行的X射線照相顯示,植入物“定位良好且固定”。三個月后,對患者的骨盆進行了CT掃描,結果顯示“小梁杯骨融合”并“形成了愈傷組織”,完成了骨折愈合。使用DICOM圖像構建的3D數(shù)字模型證實了這一點。
圖6:3D建模數(shù)字重建。髖臼的后柱和內側壁已修復。
魔猴網(wǎng)點評:與普通的X線和CT掃描相比,使用3D建模軟件顯示,可以更好地解決假體周圍髖臼骨折的問題。 3D建模軟件提供了額外的測量工具,這些工具可以對骨缺損進行體積分析并評估骨質量。
文章來自打印網(wǎng)