骶髂關(guān)節(jié)骨折的臨床解剖學(xué)數(shù)字化仿真平臺(tái)的建立與應(yīng)用.pdf

1、骶髂關(guān)節(jié)損傷是嚴(yán)重骨盆創(chuàng)傷中最為常見的嚴(yán)重?fù)p傷，隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸、煤礦采掘、高層建筑等行業(yè)迅速發(fā)展，骶髂關(guān)節(jié)骨折在骨盆嚴(yán)重創(chuàng)傷中所占的比例亦呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。由于受傷原因多樣且解剖位置復(fù)雜，嚴(yán)重的骶髂關(guān)節(jié)部位的損傷，常伴有多處嚴(yán)重的合并傷，如大出血，盆腔臟器的損傷等，死亡率較高。沒有嚴(yán)重合并癥的骨盆骨折，尤其是骨盆的前環(huán)骨折，既往多采用非手術(shù)的保守療法，但患者的愈后往往因?yàn)楦鞣N不同原因而較差。但對(duì)于復(fù)雜骨盆骨折，尤其是伴隨有骶髂關(guān)節(jié)損

2、傷的骨盆后環(huán)骨折，得出的診斷則具有一定的局限性。CT技術(shù)的不斷提高和更新使骨盆骨折的診斷和分型更為確切，并有助于擬定詳細(xì)的早期治療計(jì)劃。但對(duì)于嚴(yán)重復(fù)雜的骨盆骨折，由于骨塊互相重疊，X線片和二維CT掃描則很難全面客觀地顯示骨折和移位的程度。CT是檢查明顯骨盆損傷的一種重要診斷方法，特別是對(duì)于有后部復(fù)合損傷(骶髂關(guān)節(jié)損傷)的骨折效果極佳，其可檢查普通X線片上顯示不清楚的骨盆環(huán)后部，包括骶骨骨折，骶髂關(guān)節(jié)骨折脫位、髂骨翼及髂骨后嵴骨折等等。螺

3、旋CT三維重建已廣泛應(yīng)用于臨床，特別是三維重建以其立體、直觀、準(zhǔn)確的圖像顯示優(yōu)點(diǎn)更為廣泛地應(yīng)用于骨骼系統(tǒng)。通過三位重建技術(shù)，采用旋轉(zhuǎn)切割技術(shù)，可從各方向立體地觀察骨折線，對(duì)骨折斷端移位情況顯示得立體直觀。而且根據(jù)臨床需要，可選擇進(jìn)行冠狀位或矢狀位重建，彌補(bǔ)二維CT每個(gè)單一體位掃描存在的不足，為骨折的診斷、分類及治療方案的制定提供了極大的幫助?？焖俪尚图夹g(shù)，簡稱RP或RPM技術(shù)，是80年代后期首先從美國發(fā)展起來的一門新興制造技術(shù)，它基于材

4、料累加概念和疊層制造方法，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)物體的cAD模型或CT/MRI等數(shù)據(jù)，不借助其他設(shè)備，通過材料的精確堆積，制造原型的一種基于離散、堆積成型原鯉的新的數(shù)字化成型技術(shù)，集機(jī)械工程、CAD、激光加工、數(shù)控和新材料等技術(shù)成果于一身，可自動(dòng)而迅速地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛑苯又圃炝慵?。該零件是CAD模型的物理體現(xiàn)，分層堆積原理的實(shí)質(zhì)就是通過離散把三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造疊加，是一個(gè)分解——綜合的過程。將所得STL數(shù)據(jù)輸入

5、快速成型機(jī)。制作出與實(shí)體1:1大小的模型。RP技術(shù)自動(dòng)化程度高，從數(shù)字模型(cAD模型)到物理模型(原型和零件)的轉(zhuǎn)化，都是計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)完成而無需人工干預(yù)。可制造高度復(fù)雜的零件，特別對(duì)形狀復(fù)雜的人體組織器官很有用處?？焖俪尚图夹g(shù)原則上可以制造出任意形狀的模型。人體組織器官經(jīng)CT、MRI或激光等獲取圖像數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)圖形處理軟件處理，重建三維模型，經(jīng)快速成型系統(tǒng)就能制造出人體局部組織或器官的模型，并用于臨床輔助診斷、復(fù)雜手術(shù)方案

6、的確定、制作個(gè)性化的假體，也可用于醫(yī)學(xué)教學(xué)。歐洲已經(jīng)把醫(yī)學(xué)作為快速成型技術(shù)應(yīng)用的主要研究方面之一。運(yùn)用RP技術(shù)，技師根據(jù)患者的CT或MRI數(shù)據(jù)體外制造出模擬患者具體情況的解剖模型，醫(yī)師可以通過模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，指導(dǎo)手術(shù)。將三維重建技術(shù)與RP技術(shù)有效的結(jié)合起來，即將CT檢查所獲得的詳盡患者病情資料，經(jīng)過有效的轉(zhuǎn)換為STL格式的文件，在計(jì)算機(jī)的控制下，不借助其他設(shè)備，通過材料的精確堆積，迅速的制造出仿真的創(chuàng)傷模型。術(shù)者可以根據(jù)骶髂關(guān)節(jié)損傷模

7、型明確損傷的類型。根據(jù)模型所反映的情況選擇最佳的手術(shù)方式、入路以及內(nèi)固定器材，根據(jù)其制定治療方法(手術(shù)或非手術(shù))、選擇手術(shù)入路切口，并在模型上模擬合適的內(nèi)固定類型和安裝方法(預(yù)彎鋼板、選擇合適長度的螺絲釘)。甚至可以有效的判斷患者的預(yù)后，這種高科技結(jié)合的方式具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。但是，RP技術(shù)用于指導(dǎo)臨床亦存在相應(yīng)的問題：如創(chuàng)傷模型不能迅速展現(xiàn)在臨床醫(yī)師的面前，利用RP技術(shù)來建立創(chuàng)傷模型往往需要幾十個(gè)小時(shí)、甚至幾天，才能噴制出和患者傷

8、情相同的模型，且花費(fèi)較大，無形中增加了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；快速成形機(jī)需要數(shù)十萬元的成本，醫(yī)院投資成本大；術(shù)中需要利用CT或床邊透視機(jī)來進(jìn)行引導(dǎo)，臨床醫(yī)師及患者所受放射輻射量較大；且在創(chuàng)傷模型上進(jìn)行臨床解剖學(xué)研究及手術(shù)模擬只能是一次性的，在模型上進(jìn)行模擬手術(shù)會(huì)破壞模型的完整性，不能進(jìn)行反復(fù)的手術(shù)模擬試驗(yàn)。仿真是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行

9、試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。又稱模擬。它綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)。它是一種描述性技術(shù)，是一種定量分析方法。通過建立某一過程和某一系統(tǒng)的模式，來描述該過程或該系統(tǒng)，然后用一系列有目的、有條件的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)來刻畫系統(tǒng)的特征，從而得出數(shù)量指標(biāo)，為決策者提供有關(guān)這一過程或系統(tǒng)得定量分析結(jié)果，作為決策的理論依據(jù)。許多的工程與科學(xué)技術(shù)都可以通過仿真技術(shù)求得解決。工程上的設(shè)

10、計(jì)方案及規(guī)劃，都可以通過仿真技術(shù)和試驗(yàn)來驗(yàn)證規(guī)劃方案能否達(dá)到預(yù)期的目的和方向。如果達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)于方案或規(guī)劃進(jìn)行及時(shí)的修改，這樣即省時(shí)又安全。從方案規(guī)劃的論證開始，到元部件的選擇，系統(tǒng)及工程的初步設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)和樣品生產(chǎn)等各個(gè)階段，都可以運(yùn)用仿真技術(shù)通過進(jìn)行仿真試驗(yàn)達(dá)到相應(yīng)的目的。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，技師或臨床醫(yī)師可根據(jù)患者的CT或MRI數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上制造出模擬患者具體情況的符合患者本人傷情的個(gè)性化數(shù)字化仿真解剖

11、模型，醫(yī)師可以通過該模型對(duì)患者的傷情進(jìn)行符合個(gè)體化的詳細(xì)診斷，并可與其他診斷方法相比較，彌補(bǔ)其他診斷方法本身存在的不足，避免漏診，誤診的情況出現(xiàn)。并可根據(jù)此模型平臺(tái)對(duì)患者的后期的臨床治療來進(jìn)行完善的術(shù)前規(guī)劃，并可用于進(jìn)行術(shù)前的手術(shù)模擬，用以指導(dǎo)臨床手術(shù)。近年來的醫(yī)療觀點(diǎn)認(rèn)為，對(duì)于不穩(wěn)定的骨盆骨折，保守治療難以達(dá)到和維持解剖復(fù)位，為促進(jìn)患者早日康復(fù)，降低死亡率和傷殘率，大多數(shù)學(xué)者和臨床醫(yī)生主張積極切開復(fù)位內(nèi)固定治療。由于骨盆解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

12、明確的影像學(xué)檢查，準(zhǔn)確的診斷及術(shù)前的手術(shù)模擬，在骶髂關(guān)節(jié)骨折的診斷及治療中具有重要價(jià)值。本研究在成功建立個(gè)性化骶髂關(guān)節(jié)骨折的臨床解剖學(xué)數(shù)字化仿真模型平臺(tái)的基礎(chǔ)上對(duì)骶髂關(guān)節(jié)骨折的診斷及治療方法加以探討。 第一部分：骶髂關(guān)節(jié)的臨床解剖學(xué)研究及其損傷的治療方案。 研究目的：1．充分了解骶髂關(guān)節(jié)的臨床解剖學(xué)特點(diǎn)。2．對(duì)骶髂關(guān)節(jié)損傷的臨床治療方法分析；比較不同的治療方法對(duì)骶髂關(guān)節(jié)損傷的治療效果和愈后影響；進(jìn)行標(biāo)本的骶髂關(guān)節(jié)手術(shù)模擬

13、。 研究方法：選擇防腐成年骨盆標(biāo)本15具，身高160～179 cm，年齡32～78歲，平均54歲，無畸形、腫瘤及骨折等骨質(zhì)病變。所有標(biāo)本常規(guī)行骨盆X片及螺旋CT檢查及掃描后圖像重建，根據(jù)針對(duì)骶髂關(guān)節(jié)損傷的不同治療方法，評(píng)價(jià)不同治療方法之間的治療效果和愈后影響的差異；進(jìn)行標(biāo)本的骶髂關(guān)節(jié)手術(shù)模擬，制定更為精確及完善的手術(shù)治療方案。 研究結(jié)果：在標(biāo)本上按照不同的定位方法分別來進(jìn)行骶髂關(guān)節(jié)損傷的手術(shù)模擬，并根據(jù)所得到的模擬標(biāo)本進(jìn)

14、行臨床解剖學(xué)研究，使手術(shù)治療骶髂關(guān)節(jié)損傷得到了最直觀、最全面的了解。并可依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較來制定手術(shù)方案，包括手術(shù)入路、顯露范圍、內(nèi)固定的選擇等。 第二部分：個(gè)性化骶髂關(guān)節(jié)損傷數(shù)字化仿真模型平臺(tái)的建立及相關(guān)研究。 研究目的：建立完善的個(gè)性化骶髂關(guān)節(jié)損傷的數(shù)字化仿真模型平臺(tái)；利用數(shù)字化仿真平臺(tái)對(duì)個(gè)性化病例數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；比較不同的診斷方法對(duì)骶髂關(guān)節(jié)骨折的診斷符合率的高低；進(jìn)行手術(shù)治療前的個(gè)性化臨床手術(shù)設(shè)計(jì)；并在平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)字

15、化手術(shù)模擬，為臨床診斷治療提供參考。 研究方法：1．選擇防腐成年骨盆標(biāo)本1具、成年女性患者1名。無畸形、腫瘤、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松及骨折等骨質(zhì)病變；2．根據(jù)個(gè)性化數(shù)字化仿真模型平臺(tái)的建立，評(píng)價(jià)不同診斷方法的診斷符合率的差異；根據(jù)不同的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上來進(jìn)行術(shù)前手術(shù)模擬，制定更為精確及完善的手術(shù)治療方案。 研究結(jié)果：個(gè)性化骶髂關(guān)節(jié)骨折的數(shù)字化仿真模型平臺(tái)用于術(shù)前診斷及進(jìn)行手術(shù)模擬，取得滿意效果。研究結(jié)論：也可為臨床醫(yī)師對(duì)于手術(shù)治療骶

16、髂關(guān)資料經(jīng)過有效的軟件轉(zhuǎn)換為可辨識(shí)的計(jì)算機(jī)仿真模型，在計(jì)算機(jī)的控制下，不借助其他設(shè)備，通過智能化、集成化的仿真系統(tǒng)和仿真環(huán)境，迅速的制造出仿真的創(chuàng)傷模型。通過該模型對(duì)患者的傷情進(jìn)行符合個(gè)體化的詳細(xì)診斷，并可與其他診斷方法相比較，彌補(bǔ)其他診斷方法本身存在的不足，避免漏診，誤診的情況出現(xiàn)。術(shù)者也可根據(jù)模型所反映的情況選擇最佳的手術(shù)方式、入路以及內(nèi)固定器材，甚至可以有效的判斷患者的預(yù)后，在對(duì)患者實(shí)施手術(shù)前，臨床醫(yī)師可先在病人虛擬骨盆上進(jìn)行手術(shù)

17、操作練習(xí)和研究。通過對(duì)虛擬人體的解剖，對(duì)損傷部位的傷情進(jìn)行多方位觀察(前、后、左、右、上、下)，并可根據(jù)需要自行調(diào)整角度及方位?？筛鶕?jù)要求消隱影響觀察的組織，如需要對(duì)骨組織進(jìn)行觀察，則可消除掉模擬的皮膚及內(nèi)固定等，亦可單獨(dú)觀察內(nèi)固定的角度并進(jìn)行調(diào)整及選擇、和CT片上的測量數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，通過對(duì)患者個(gè)性化傷情的測量、研究得出完全符合患者本人的最佳內(nèi)固定通路、直徑、數(shù)量、進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向等，制定出完全符合患者本人的個(gè)性化的手術(shù)方案，且可在平臺(tái)

18、上進(jìn)行臨床手術(shù)治療中無法完成的三維測量，以求得更加符合個(gè)體化患者的臨床數(shù)據(jù)。使臨床的診斷、治療效果達(dá)到完全符合患者的個(gè)性化傷情且可作患者愈后效果的預(yù)測。對(duì)病人進(jìn)行病理分析和探索最佳的完全符合患者本人的個(gè)性化的手術(shù)方案。通過對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用，將使計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在醫(yī)院和高等醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)和訓(xùn)練中逐漸得到越來越多的推廣和應(yīng)用，并向更多更復(fù)雜的典型外科手術(shù)和其他領(lǐng)域擴(kuò)展；如遠(yuǎn)程醫(yī)療等。該項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，并將為提高我國