3D建模和3D打印可以改善THA诊断、分类和手术计划
中国3D打印网5月18日讯，在线电子演示系统（EPOS）是欧洲放射学会科学展览的电子数据库。一组研究人员在EPOS上发表了有关他们使用3D建模和3D打印工具诊断，分类和进行外科手术计划以修复假体周围髋臼骨折的研究工作，髋臼假体是全髋关节置换术（THA）的困难但常见的并发症。研究人员写道：“假肢周围髋臼骨折与创伤事件和病理性下凸情况有关，这些情况降低了支撑骨的结构完整性[1]，并常常与无菌性松动，假体周围骨溶解和严重的骨质流失[2]相关。”
“仅基于标准射线照相的分析不适合可靠地检测植入物的残余稳定性并测量骨折程度和骨盆骨丢失[3]。”
图1：（a）骨盆前后骨（b）右髋部X光片侧视图显示髋臼周围骨质溶解的轻度迹象，没有植入物松动和髋臼骨折的迹象。
在定义骨折类型时，CT扫描是“黄金标准”，当需要3D虚拟渲染以帮助进行手术预计划时，基于CT扫描的3D建模软件使临床医生可以通过分割去除虚拟植入物，从而获得“骨表面的三维重建”的精确图像。其他分析工具包括测量剩余的骨量，评估植入物的稳定性和表征骨折，并且3D图像也可以用于3D打印解剖模型以进行手术计划和模拟。
研究人员说，他们的论文将表明，使用3D建模软件可以改善骨骼质量和骨折形态评估，并揭示3D建模和3D打印对于THA周围假体髋臼骨折的诊断过程以及使真人大小成为可能的实用性。术前植入物模板，仿真和尺寸确定的模型。
图2：骨盆的CT扫描。 （a）冠状视图显示髋臼杯略向内侧突出； （b）髋关节矢状面显示髋臼后壁骨折。骨折的三维重建是可见的（c），但是其扩展被图像伪影隐藏了。
他们以一名75岁的女性为例，该女性在家庭创伤事件发生后进入急诊室。该患者有右髋严重髋关节病的病史，在使用非骨水泥THA治疗前已有十年治疗。医生对她的骨盆进行了AP射线照相，对她的臀部进行了盘腿扫描，没有发现髋臼或茎周围骨折或松弛的迹象。但是，“通过MAR协议对骨盆进行CT扫描”显示，尽管髋臼杯未移位，但髋臼后壁确实有骨折。
使用Materialize Mimics软件根据CT扫描数据创建骨盆的3D数字模型。通过分割，骨骼与周围的软组织和患者的假体有所区别。
图3：使用3D建模软件制作的三维图像。 （a，b）保留髋臼杯的整个骨盆。在分割过程中股骨和股骨干被去除。 （c，d）骨质量图显示了具有正常骨质量的区域（绿色）和具有低骨质量和厚度的区域（红色）。 （e，f）骨缺损区域和骨折扩展的测量。
“第一阶段是阈值化，其中包括密度在Hounsfield Unit（HU）值的指定范围内的所有体素。为了排除金属和陶瓷植入物，包括松质骨和皮质骨，我们使用了HU范围为130至1750的面罩。最后的分割，去除了软组织和伪影，是使用软件的其他工具手动执行的（图3a，b）。最终，从相应的骨盆中以数字方式去除股骨和金属植入物，并创建了孤立的目标区域（ROI）的3D图像。”根据各个区域的皮质和整体骨厚度，将具有颜色梯度的骨质量图用于髋臼。随后分析了骨折的面积，形状和空间位置，以及“与对侧髋臼相比，髋臼骨丢失和旋转中心”。最后，在Form 3L系统上3D打印了患者整个骨盆的真人大小模型。
图4：（a）整个骨盆的3D打印真人大小的塑料模型。 （b，c）特别是内壁和后柱骨折。
在分析了3D图像和3D打印的模型之后，他们将后壁骨折重新分类为不完整的后柱和内壁髋臼骨折。此外，发现骨折是“自发性的”，骨储备损失少于50％。最后，骨骼质量图确定了整体骨丢失，显示后壁和内壁的质量均较差。 3D打印模型还用于执行操作前模板。“治疗策略是根据Simon等人提出的算法选择的。 [14，15，16]，这表明髋臼翻修手术可以桥接或分散骨折，而无需固定骨折。”研究人员解释说。
图5：（a）术后3个月骨盆的AP射线照相和（b，c）骨盆的CT扫描显示出良好的植入物定位和完全的骨折愈合。
对骨盆和术后右髋部进行的X射线照相显示，植入物“定位良好且固定”。三个月后，对患者的骨盆进行了CT扫描，结果显示“小梁杯骨融合”并“形成了愈伤组织”，完成了骨折愈合。使用DICOM图像构建的3D数字模型证实了这一点。
图6：3D建模数字重建。髋臼的后柱和内侧壁已修复。
中国3D打印网点评：与普通的X线和CT扫描相比，使用3D建模软件显示，可以更好地解决假体周围髋臼骨折的问题。 3D建模软件提供了额外的测量工具，这些工具可以对骨缺损进行体积分析并评估骨质量。
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