本發(fā)明涉及數(shù)字醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,應(yīng)用于人體骨折后需要復(fù)原骨折前完整形態(tài)的技術(shù)方案。
背景技術(shù):
隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域骨科的發(fā)展,對(duì)各種骨折都應(yīng)運(yùn)而生了各種骨科器械和內(nèi)植入物,為人類的健康提供了保障,然而對(duì)于那些嚴(yán)重粉碎的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折(如PILON骨折、肱骨髁上髁間骨折),以及危險(xiǎn)復(fù)雜區(qū)域的骨折(如骨盆骨折、顱骨骨折),由于缺乏明顯的復(fù)位標(biāo)志,很難達(dá)到解剖復(fù)位,而在實(shí)際操作中,由于解剖因素,骨塊復(fù)位,鋼板的預(yù)彎及螺釘長(zhǎng)度的選取,可能耗費(fèi)大量時(shí)間,期間病人無(wú)緣無(wú)故失去了寶貴的血,這無(wú)疑增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),如果預(yù)先知道骨折前的模樣,有一模一樣的實(shí)體在手術(shù)前進(jìn)行設(shè)計(jì),包括骨塊的復(fù)位順序及位置角度,預(yù)彎鋼板選取螺釘?shù)龋切g(shù)中的時(shí)間將會(huì)大大縮短,對(duì)患者無(wú)疑是最大的福音,然而如何才能找回骨折前的模樣呢?3D打印技術(shù)的逐步普及,給醫(yī)學(xué)帶來(lái)了光明,通常認(rèn)為用3D打印技術(shù)將每個(gè)骨塊分別打印出來(lái),再進(jìn)行拼合,就能恢復(fù)其原始形態(tài),然而事實(shí)上,由于骨折的支離破碎,有時(shí)會(huì)缺失,有時(shí)會(huì)壓縮變形,完全復(fù)原幾乎不可能,最多拼出個(gè)大概模樣。顯然,目前還無(wú)法時(shí)間倒流,尋求骨折前的樣子,也不會(huì)有人事先將自己所有骨頭做個(gè)備份,關(guān)鍵時(shí)候使用,而利用他人的骨頭做樣板也不現(xiàn)實(shí),因?yàn)槊總€(gè)人都有所不同,最時(shí)髦的大數(shù)據(jù)方法進(jìn)行分類匯總,也許行得通,可包括發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)很少有這種數(shù)據(jù)庫(kù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是通過(guò)一種容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù),以最小的代價(jià)尋找那失去的骨 折前原始形態(tài),并以實(shí)物模型提供給醫(yī)療機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),人類自身許多骨頭呈對(duì)稱性分布,如四肢骨,左右相似程度多數(shù)可達(dá)90%以上,只有個(gè)別如小兒麻痹癥患者不存在對(duì)稱性,對(duì)于骨折患者,先進(jìn)行骨折及骨折臨近區(qū)域的CT斷層掃描,對(duì)應(yīng)的健側(cè)也進(jìn)行相同范圍的CT斷層掃描,兩側(cè)未骨折區(qū)域在距離關(guān)節(jié)相同距離的三處以上橫截面的左右管狀骨進(jìn)行相似度測(cè)量(跨度越大,分的層面越多越準(zhǔn)確,如脛腓骨、股骨采用5cm、10cm、15cm三個(gè)平面,指掌骨、蔗骨采用5mm、10mm、15mm三個(gè)平面),如果骨折范圍較廣,則選取臨近長(zhǎng)管狀骨進(jìn)行相似度測(cè)量。由于骨頭的橫截面往往不規(guī)則,采用含皮質(zhì)骨的長(zhǎng)短徑測(cè)量對(duì)比,即外徑,如三處以上長(zhǎng)短徑差別均小于10%,為具備相似性,如不符合則為排除對(duì)象,稱之為三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照。將DICOM格式的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIMICS軟件進(jìn)行處理,將骨折位置對(duì)應(yīng)的健側(cè)骨生成三維模型,再將模型鏡像處理,導(dǎo)出STL格式的文件,通過(guò)3D打印機(jī)的切片軟件,生成相應(yīng)打印機(jī)代碼直接進(jìn)行打印,這樣一個(gè)骨折前的模型就出來(lái)了,在此模型上進(jìn)行鋼板的預(yù)彎、打孔等術(shù)前演練將易如反掌,同時(shí)為臨床研究提供了全新的思路。實(shí)踐證明,采用三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照,可以判斷長(zhǎng)管狀骨的相似度,這可能跟長(zhǎng)管狀骨生長(zhǎng)方式(骨骺端生長(zhǎng))、wolf定律及基因有關(guān),三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照,大大簡(jiǎn)化了對(duì)照所需的數(shù)據(jù)量,通常2個(gè)實(shí)物進(jìn)行相似性對(duì)照需要大量的數(shù)據(jù)和較為復(fù)雜的方法,需要將其分割成大量子空間,再進(jìn)行參數(shù)和向量對(duì)照,即使是一個(gè)三維表面的相似性對(duì)照,就要用到視覺(jué)相似性與特征匹配等方法,如面部識(shí)別,兩實(shí)體對(duì)比需要同時(shí)旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行,數(shù)據(jù)量可想而知。本發(fā)明具有針對(duì)性,只有具備雙側(cè)對(duì)稱相像的生物的長(zhǎng)管狀骨才能采用三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照的方法。
此方法操作簡(jiǎn)單、易用,也存在一定局限性,對(duì)于雙側(cè)不對(duì)稱者不適用,對(duì)于雙側(cè)相同部位骨折者不適用,對(duì)于無(wú)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的骨頭也不適用(如截肢者), 然而其高效易用的特點(diǎn)為骨科醫(yī)師的術(shù)前規(guī)劃和術(shù)前預(yù)演帶來(lái)了極大的幫助。
附圖說(shuō)明
圖1為三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照的實(shí)際實(shí)施軟件截圖,通過(guò)MIMICS軟件,將骨折距離關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)端作為測(cè)量端,距離關(guān)節(jié)5cm、10cm、15cm處,分別測(cè)量相應(yīng)橫截面的帶皮質(zhì)骨長(zhǎng)短徑,并以數(shù)據(jù)形式顯示出來(lái)。圖2為使用3D打印產(chǎn)品鏡像模型進(jìn)行術(shù)前預(yù)演,在鏡像模型上已經(jīng)選擇了合適的鋼板及螺釘并加以固定。
具體實(shí)施方式
這是一個(gè)脛腓骨下段骨折病例,首先對(duì)雙側(cè)下肢進(jìn)行CT平掃,獲取足夠精度的DICOM原始數(shù)據(jù),至少1mm以下層厚,由于脛骨上段有超過(guò)15cm的未骨折區(qū)域,故選取雙側(cè)距離脛骨平臺(tái)5cm、10cm、15cm的位置進(jìn)行橫斷面對(duì)比,分別測(cè)量長(zhǎng)短徑,根據(jù)其偏差是否小于10%,如小于10%則進(jìn)行下一步,如不小于10%則說(shuō)明此病例不符合要求,如圖1所示數(shù)據(jù),其符合要求,第二步是將健側(cè)脛骨通過(guò)MIMICS軟件形成三維圖像,再鏡像處理,這樣就得到了骨折前的三維圖像,然后導(dǎo)出STL二進(jìn)制格式文件,再通過(guò)3D打印機(jī)的切片軟件,生成相應(yīng)打印機(jī)代碼直接打印出實(shí)物,便可以就進(jìn)行手術(shù)前的預(yù)演了,如圖2,另外,通過(guò)打印的實(shí)物,包括骨折側(cè)直接打印和健側(cè)鏡像打印,直接任意點(diǎn)測(cè)量對(duì)比,可以反過(guò)來(lái)印證采用三平面長(zhǎng)短徑對(duì)照,能否做到整體的相似性對(duì)照。