医学现实技术在骨盆骨折中应用的研究

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目的:对医学虚拟现实技术在骨盆骨折术前诊断、手术规划及术中导航中的应用进行初步研究,进而指导骨盆骨折的正确诊断分型、提高手术规划质量、增加手术操作的精确性,提高骨盆骨折手术质量。  材料与方法:  1)将一名健康志愿者骨盆CT扫描数据导入Mimics软件,完成骨盆、髋臼的三维建模,然后按照AO骨折分型标准模拟各型骨盆、髋臼骨折,将模拟的骨折分型模型以STL格式保存。然后借助于VTK及Qt等软件开发工具,开发骨盆、髋臼骨折三维数字化分型软件。10名医学生和5名骨科医师分别将传统的骨盆、髋臼骨折二维分型图谱及三维数字化分型软件与骨盆、髋臼骨折患者的影像图片比较,然后做出评价。  2)对骨盆骨折患者行骨盆CTA扫描,将扫描数据采用中值滤波除噪、阈值法与区域生长法结合进行图像分割、通过等值面提取后进行皮肤体表轮廓、血管及骨组织的面绘制,并采用光线投射方法对骨盆的CT扫描数据进行直接体绘制。完成骨盆的三维重建后,在三维模型上进行虚拟复位及虚拟内固定设计过程,并观察术后结果与术前虚拟规划结果的一致性。  3)术前在尸体标本髂骨翼置入5枚钛钉后行 CT扫描。将所得数据导入SuperImage软件重建骨盆的三维模型后对骶髂关节螺钉的理想路径进行虚拟规划。术中采用钛钉标记点法进行术前虚拟空间与术中实际空间的配准后借助于导航系统的光学定位仪对术中骨盆及手术器械的空间位置实时跟踪,术者在三维实时导航下依据术前规划的理想路径经皮置入骶髂关节螺钉1枚。术后将标本行CT扫描后构建骨盆三维模型,并将螺钉实际位置与虚拟规划结果进行比较。  结果:  1)构建的骨盆、髋臼骨折三维数字化分型模型形态逼真,立体感强。骨盆、髋臼骨折三维数字化分型软件使得用户能够对骨折三维模型进行旋转及放缩等操作;9名医学生和5名骨科医师认为相较于传统的二维平面分型系统,三维数字化骨折分型系统更加有助于对骨盆、髋臼骨折AO分型的理解和判断。  2)完成了骨盆、血管及皮肤体表轮廓的三维重建,重建结果清晰、立体、逼真;在骨盆三维模型上完成了虚拟复位及内固定设计过程,设计的虚拟钢板与骨折面具有较好匹配性和服贴性。术后结果提示手术方案与术前虚拟规划结果基本一致。3)在术中实时三维导航下沿着术前虚拟规划的路径成功置入骶髂关节螺钉1枚。术后CT扫描结果提示螺钉位置满意,与虚拟规划结果相符合。  结论:医学虚拟现实技术在骨盆骨折的术前诊断、术前规划及术中导航中的应用具有良好的可行性,它有助于骨科医生对骨折进行准确的诊断与分型,制定准确、个体化的手术治疗方案,确保术中骨折的满意复位和精确固定,降低术中周围血管、神经、脏器等损伤的概率。
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