漏斗胸矫形器的三维虚拟影像研究与建模技术

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　　关键词：漏斗胸;三维重建;Haller系数;矫形器;计算机;外科手术
　　近年来，3D打印技术在政府的大力扶持下在医疗领域不断的推广和创新，3D打印技术与医疗技术相结合形成了科技的创新，改进了医疗器械，提高了医疗技术和诊断质量，为病患提供了很大的便利。漏斗胸是一种常见的先天性胸廓畸形，发病率约为0.1%～0.7%，男性较女性多见，男女之比为4：1，该病主要表现为：胸骨中下段向内侧凹陷，形成似漏斗的一种先天性胸廓畸形。微创漏斗胸矫形术是目前国际上通行的治疗方法，具有創伤小、出血少、术后并发症少、操作简单等优点，其过程主要为将漏斗胸矫形器植入患者体内，通过矫形器支撑起患者凹陷的胸骨。目前漏斗胸矫形器大部分为直条形状，在手术中需要医生根据病人胸部型状对其进行手动弯折调整，凭医生经验达到外观整形的要求和术后恢复效果，无法实现数字化精准定形，其次，对于范围较广的漏斗胸有时单根矫形器支撑效果较差，要两根矫形器才能达到较好的治疗效果，所需手术费用较高。因此，矫形器的形状直接影响手术效果和术后恢复，其制作非常讲究精准和急需数字化技术支持，现有的矫形器已不能满足临床需要，需要一种手术前根据患者胸廓形状进行数字化设计、植入后与患者胸廓形状高度贴合的个性化矫形器，其尺寸根据患者胸廓形状进行具体设计和制作，并且患者不需要植入多根器械，减少手术费用和痛苦。
　　一、研究材料
　　由广州中山大学附属第一医院提供漏斗胸患者CT数据，文件为DICOM3.0格式，数量有1200多个文件，总容量为600M。
　　二、研究方法
　　mimics简介：mimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系统，即为Materiaise's interactive medical image control system.它是模块化结构的软件，可以根据用户的不用需求有不同的搭配。是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，它能输入各种扫描的数据（CT、MRI），建立3D模型进行编辑，然后输出通用的CAD（计算机辅助设计）、FEA（有限元分析），RP（快速成型）格式，可以在PC机上进行大规模数据的转换处理。
　　（1）将病患的CT数据导入医学影像控制系统mimics，通过对皮肤的三维虚拟重建，形成（图1）图像，可见胸部明显凹陷。
　　三、结果与讨论
　　3D金属打印的漏斗胸矫形器代替传统固定宽度的多根支架，采用 Nuss 手术方法植入，基于大规模漏斗胸影像学数据库的三维虚拟建模技术与 3D 金属打印技术的个性化漏斗胸矫形器。术后及时复查其胸部影像，评估其矫形效果。术后定期对病人的胸部三维数据进行采集，评估当前建模中预测参数的准确性，确保术后病人康复。通过对漏斗胸矫形器的三维虚拟影像与建模技术的研究，综合运用了金属3D打印和计算机三维重建及仿真等自动化技术，将传统的Nuss漏斗胸手术在技术应用上引入了大量的高科技手段，设计出贴后漏斗胸患者胸廓的矫形器，方便了医生手术操作，提高了手术的准确性，达到了令人满意的效果。同时为今后的骨科数字化设计探索了切实可行的道路。
　　参考文献：
　　[1]方驰华，周五一，黄立伟，王博亮，钟世镇.虚拟中国人女性一号肝脏图像三维重建和虚拟手术的切割.中华外科杂志，2005，6：43（11）.
　　[2]Ruchen Wang，Weilin Yang，Lie Cai，jianyong Yang，Xianhong Xiang，Chaohui Zhang，Qing Jiang，Yuexiong Yang，Zhenguang Chen.Estabishment of a rabbit model of pectus excavatum.Int J Clin Exp Med，2017，10（4）：6429-6436.
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