基于數(shù)字人的仿真腰椎模型及經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)定位器的研究.pdf

1、第一部分應(yīng)用Mimics軟件行數(shù)字人腰椎的三維重建研究
　　目的：基于中國數(shù)字人數(shù)據(jù),在Mimics軟件中進(jìn)行腰4-5椎體及其周圍結(jié)構(gòu)三維重建,并對三維模型進(jìn)行手術(shù)模擬和直線及角度測量等操作,完成三維重建及其應(yīng)用的方法學(xué)研究。
　　方法：由南方醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供虛擬中國人數(shù)據(jù)集。選取其腰4椎體上關(guān)節(jié)突上緣DSCF5375-p1至腰5椎體下緣DSCF5745-p1的連續(xù)斷層圖像,為適當(dāng)減少后期圖像處理工作量,于每兩層選取一

2、張,總共185張斷層圖像。使用Photoshop軟件對斷層圖像進(jìn)行配準(zhǔn)、分割、格式轉(zhuǎn)換等處理,處理后的圖像分類以BMP格式保存。將不同結(jié)構(gòu)的分割圖像分別導(dǎo)入Mimics10.01軟件中,完成三維重建后,各組織重建出的三維模型以STL格式分開保存。最后將不同結(jié)構(gòu)的STL格式的三維模型導(dǎo)入到Mimics軟件中,建立了腰4-5椎體及周圍結(jié)構(gòu)的三維模型。練習(xí)使用軟件中的手術(shù)模擬和直線及角度測量等功能模塊,熟悉在Mimics軟件中三維模型的醫(yī)學(xué)應(yīng)

3、用功能。
　　結(jié)果：成功建立了中國數(shù)字人數(shù)據(jù)中的腰4-5椎體、脊髓、神經(jīng)根、腹主動脈、豎脊肌、腰大肌、腰方肌、腹肌群及皮膚等解剖結(jié)構(gòu)的三維模型,使用Mimics軟件中的三維模型顯示和隱藏、透明度設(shè)置、移動、縮放、分離合并、測量和模擬功能模塊,完成腰4-5椎體和周圍結(jié)構(gòu)三維重建及其應(yīng)用的方法學(xué)研究。
　　結(jié)論：Mimics軟件可以出色地完成醫(yī)學(xué)圖像的三維重建,軟件使用簡單方便,重建出的三維模型立體感及真實(shí)感強(qiáng),其手術(shù)模擬和測量

4、功能模塊能廣泛應(yīng)用于臨床和科研?；谥袊鴶?shù)字人數(shù)據(jù),進(jìn)行腰椎及周圍軟組織的數(shù)字模型的重建,就我們所查國內(nèi)、外文獻(xiàn),未見相關(guān)報(bào)告,數(shù)字化腰椎模型以超強(qiáng)立體感并真實(shí)地顯示了腰椎及其周圍組織的重要結(jié)構(gòu),為腰椎部的解剖學(xué)、個性化診療規(guī)劃和虛擬腰椎手術(shù)提供了形態(tài)學(xué)依據(jù)。
　　第二部分經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)定位器的制作與實(shí)驗(yàn)研究
　　目的：研制一種經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)定位器,以供經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)手術(shù),尤其是經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下腰椎間盤切除術(shù)中穿刺定位時使用。提高手術(shù)

5、穿刺成功率,減少穿刺引發(fā)的并發(fā)癥。并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,探討其在脊柱內(nèi)窺鏡下腰椎間盤切除術(shù)中穿刺時準(zhǔn)確性與可行性。
　　方法：自行研制出經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)定位器。6具由T12-S1后面結(jié)構(gòu)完整的成人脊柱尸體標(biāo)本,按隨機(jī)、對照、重復(fù)的原則分為定位器組(實(shí)驗(yàn)組)和徒手組(對照組)。標(biāo)本進(jìn)行CT掃描,獲取CT圖像數(shù)據(jù),導(dǎo)入Mimics三維重建軟件中,完成脊柱標(biāo)本的三維重建。在標(biāo)本三維重建模型中,模擬一根穿刺導(dǎo)針,按后外側(cè)選擇性內(nèi)窺鏡下腰椎間盤切除術(shù)

6、(應(yīng)用YESS的PELD)進(jìn)行虛擬穿刺。測量并記錄入針點(diǎn)到棘突連線的正中線的垂直距離、水平面穿刺角度、矢狀面穿刺角度及穿刺導(dǎo)針的長度。將相關(guān)參數(shù)在定位器上精確設(shè)定,在標(biāo)本上進(jìn)行穿刺。分別記錄定位器組(實(shí)驗(yàn)組)和徒手組(對照組)穿刺時間、X線曝光次數(shù)。對脊柱標(biāo)本進(jìn)行解剖,直視下觀察穿刺效果,記錄穿刺成功率及不良穿刺率,并對兩組記錄參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。
　　結(jié)果：定位器組共進(jìn)行了36次PELD手術(shù)椎間盤定位穿刺,34次正確穿到了安全工

7、作三角,1次穿刺導(dǎo)針抵至關(guān)節(jié)突外側(cè),1次抵至椎體側(cè)緣,2次穿刺導(dǎo)針接觸到了神經(jīng)根,但無損傷,不計(jì)為穿刺不良,未見硬脊膜損傷,其成功率為94.4％,不良穿刺率為5.6%,穿刺用時7.09-12.87min,平均9.42±1.33min,曝光次數(shù)2-6次,平均3.97±0.97次。徒手穿刺組,28次穿到了安全工作三角,3次穿刺導(dǎo)針抵至關(guān)節(jié)突外側(cè),2次抵至椎體側(cè)緣,5次穿刺導(dǎo)針接觸到了神經(jīng)根,3例有損傷,須計(jì)為穿刺不良,未見硬脊膜損傷。徒手組