3D建模和3D打印可以改善THA診斷、分類和手術計劃

魔猴君  行業資訊   1895天前

在線電子演示系統（EPOS）是歐洲放射學會科學展覽的電子數據庫。一組研究人員在EPOS上發表了有關他們使用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置換術（THA）的困難但常見的并發癥。研究人員寫道：“假肢周圍髖臼骨折與創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定性并測量骨折程度和骨盆骨丟失[3]。”

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，該女性在家庭創傷事件發生后進入急診室。該患者有右髖嚴重髖關節病的病史，在使用非骨水泥THA治療前已有十年治療。醫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，沒有發現髖臼或莖周圍骨折或松弛的跡象。但是，“通過MAR協議對骨盆進行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CT掃描數據創建骨盆的3D數字模型。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域（綠色）和具有低骨質量和厚度的區域（紅色）。 

（e，f）骨缺損區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行的（圖3a，b）。最終，從相應的骨盆中以數字方式去除股骨和金屬植入物，并創建了孤立的目標區域（ROI）的3D圖像。”根據各個區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，發現骨折是“自發性的”，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打印模型還用于執行操作前模板。“治療策略是根據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。”研究人員解釋說。

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數字模型證實了這一點。

圖6：3D建模數字重建。髖臼的后柱和內側壁已修復。

魔猴網點評：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

來源：中國3D打印網