髋关节翻修手术中髋臼大面积缺损的统计形状建模

Posted · Add Comment

概述 统计形状模型(SSM)可以帮助获取髋臼大面积缺损患者在髋关节上常见缺失的标志,将重建骨盆与先前经历过翻修手术的患者进行比较。 本研究采用一个 38 人的 Paprosky III 型缺损患者回顾性队列和通过 Simpleware 软件处理 100 个健康骨盆创建的 SSM 进行研究。结果评估是 SSM 与患病髋关节、SSM 与术前规划及 SSM 与对侧健康髋关节的旋转中心CoR 之间的差异。从这些分析中了解中位 CoR,展现 SSM 的优势。 亮点 使用 Simpleware 软件对 50 例男性和 50 例女性的半骨盆进行图像分割,建立统计形状模型将 SSM 与患侧髋关节、手术规划、健康对侧髋关节比较,评估 CoR 的差异。SSM 工作流程为复杂髋关节重建手术规划和个性化假体设计提供一种有价值的工具。 介绍 全髋关节置换术(THA)是髋臼存在严重缺损时恢复髋关节功能的常见骨科手术。然而在使用传统方法进行 THA 翻修时,处理严重的髋臼骨缺损非常具有挑战性,通常会导致因植入失败造成较高的翻修率。 定制的髋臼植入物与残留宿主骨的匹配有助于克服这些障碍,能够更准确地定位髋臼组件,从而提高植入物性能和降低翻修手术风险。这些手术规划方法包括通过镜像健侧半骨盆测量可接受的髋关节 CoR,但受到人体解剖结构不对称、病理或金属加工的限制。 虽然骨盆统计形状模型为重建骨盆骨缺损提供了解决方案,但这些模型主要局限于与患者数据无关的计算模型或基于非常小的患者队列。在本案例中,研究人员进一步使用 SSM 测试其在重建大面积髋臼缺损患者髋关节中缺失的重要骨骼标志中的价值。这种方法可以将 SSM 的 CoR 与之前未使用 SSM 技术手术规划进行因大面积髋臼缺损接受髋关节翻修手术的患者进行比较。 研究设计与结果评估 本研究使用的数据集是一项回顾性队列研究,共纳入了 38 例 Paprosky Ⅲb 型缺损患者,包括髋臼边缘和泪滴严重破坏。采用健康骨盆对 SSM 进行训练,然后用 SSM 对所有 38 例患者的原始骨盆形态进行虚拟重建,其中 […]

短/长节段脊柱后路固定的有限元分析

Posted · Add Comment

概述 近年来,随着微创手术(MIS)和医疗器械包括侵入性较小的螺钉与杆的发展,脊柱后路内固定手术治疗椎体骨折的效果有所改善。 本研究采用 Simpleware 软件基于医学图像和真实的螺钉数据中创建三维有限元脊柱模型。使用 4 种病理模型分析比较病理状态下脊柱屈伸对器械及固定长度的影响,通过比较脊柱后路融合术中的固定长度,辅助确定最佳固定长度。 亮点 利用 Simpleware 软件生成有限元模型测试不同的断裂模型由医学图像和真实的螺钉数据生成 3D 模型通过有限元分析模拟不同的模型组合旨在帮助评估脊柱后路固定的方法 介绍 使用短节段固定治疗椎体骨折有多种潜在的益处和并发症。虽然较短节段固定创伤较小,可以获得更好的结果,但长节段固定可能更有利于矫正前凸和保留节段前凸,而固定长度可能会受到后路固定后邻近节段疾病(ASD)、内固定失效(松动)和手术侵入性考虑的影响。在这种情况下,与主要由骨质疏松和基础疾病引起的骨折患者相比,年轻患者术后并发症的风险较低。 外科医生通常选择不同的固定长度和开放手术或经皮手术,评估是否需要骨移植、前路融合或使用钩和胶布。虽然 MIS 是最合适的,但还是有必要准确地可视化骨质疏松和弥漫性特发性骨质增生(DISH)的固定长度,了解不同临床问题的影响。对病理模型进行有限元(FE)分析,比较后路脊柱融合术中的固定长度有助于确定可选的固定长度。 本研究利用医学图像和真实螺钉创建三维有限元模型,对骨折模型、骨质疏松骨折模型、DISH 骨折模型和DISH -骨质疏松骨折模型进行研究,比较病理状态下脊柱屈伸活动对内固定器械和固定长度的影响。此外,这是第一项使用真实螺钉数据和较长脊柱长度来考虑病理和不同固定长度对术前规划影响的研究。 图2:(A)分割每个椎间盘(B)脊柱模型(C)从 T8 到骶骨的每个椎体、前纵韧带、椎间盘、后纵韧带和黄韧带 模型构建 获取一名 50 岁成年女性从胸椎到骨盆的脊柱 CT 图像,将数据导入 Simpleware 软件进行脊柱的图像处理,椎体分为松质和皮质,同时分割出椎间隙。由于小面关节的尺寸较小,皮质骨和松质骨的分割变得更加困难,需要基于 CT 扫描进行手动操作。 由第 8 胸椎至第 5 腰椎区域的所有椎骨和椎间盘构建 3D 脊柱模型,并为每个椎骨创建各节间可独立移动的小面关节空间。在模型中加入前纵韧带(ALL)、后纵韧带(PLL)和黄韧带。在 Simpleware FE 中生成有限元网格,包含 1,049,711 个单元和 2019,357 个节点。设定所有单元为线弹性材料,为脊柱的每个组成部分添加适当的材料属性。 图3:(A)假设骨折模型位于 T12 的中心,采用楔形模型在 T12 和 ALL 处进行切割(B)在螺钉模型中,去除螺钉头部的连接杆,将直径为 5.5mm 的杆连接到头部(C)将螺钉固定在每个椎骨中 由于胸腰椎骨折是最常见的骨折类型,因此对 […]

构建回收髋关节植入物中髋臼磨损在体内位置的统计形状模型

Posted · Add Comment

概述 已知髋臼杯的边缘磨损与更大的材料体积损失有关,但这种磨损模式在体内的位置却尚不清楚。本研究在 Simpleware 软件中开发了一个使用 CT 成像、检索分析和统计形状模型(SSM)识别体内最常见磨损位置的工作流程。 回收 20 个在平均 90 个月后翻修过的金属对金属髋臼表面,进行形状方差分析。还研究了磨损量、植入位置、时间、尺寸和性别对体内磨损位置的影响,有助于更好地理解髋关节植入,为将来的产品设计和植入物定位中安全区域的细化提供重要信息。 亮点 对 20 个回收的金属对金属髋臼表面进行扫描,观察磨损模式。使用 Simpleware 软件识别体内生成最常见的髋臼磨损模式特征,构建统计形状模型(SSM)。SSM 可以提升对髋关节植入物功能的理解,从而为未来的设计决策提供信息和细化植入物定位的安全区。 介绍 髋关节置换术中轴承表面的机械磨损会影响临床表现,导致功能受损和有害碎片的释放。由于金属对金属(MOM)髋关节置换失败的发生率很高,需要开展关于这些表面上的磨损程度和确定髋臼杯边缘磨损与大量磨损碎屑间关系的研究。虽然 MOM 植入物目前很少应用于髋关节植入,但仍能为分析髋关节置换术的力学提供有价值的数据。此外,尽管已知髋臼边缘磨损发生在体内,但对其在髋臼腔内的位置了解较少。 统计形状模型(SSM)为描述相关几何结构的形状和位置提供了一种有价值的方法,特别是在分析解剖特征时可以将平均形状和形状方差可视化。本研究的目标是通过结合 CT 成像和检索分析技术在 Simpleware 软件中创建一个 SSM,用于识别髋关节置换术中髋臼组件最常见的体内磨损模式。 图1:研究设计和工作流程及 Birmingham 髋臼组件背侧表面和其不对称的鳍状物(红色部分) 根据纳入标准选择 20 例 MOM Birmingham 髋关节置换(BHRs)的髋臼组件进行研究,需要在取出前获得未翻修骨盆和植入物的 3D CT图像。研究人员对植入物进行修复,在体内的平均时间为 90 个月,手术原因是对金属碎片的不良反应、不明原因的疼痛或无菌性松动。 使用定制的软件解决方案(Robin 3D)计算每个 BHR 的体内位置,采用骨盆前平面(APP)作为标准化坐标系,并报告解剖倾斜度和前倾角的值。然后使用卡尔·蔡司的坐标测量机(CMM)将每个回收臼杯铰接表面的几何形状捕获为点云,同时通过经验证的自动化软件解决方案计算每个髋臼表面的材料损失体积。 Simpleware 中的分割和配准 将翻修前的体内植入物 CT 图像以 DICOM 文件格式导入 Simpleware 软件,使用半自动化工具分割生成植入物和骨盆模型,通过处理减少金属伪影的同时保留几何精度。然后将球体与股骨头贴合,利用布尔运算从植入物模型中分离出髋臼杯,平面与臼杯边缘完全贴合用于去除模型中相对较差的部分,包括股骨钉的剩余物。由 CMM 数据生成髋臼杯的开放表面并以 STL 文件导入 Simpleware 软件,使用半自动化工具将其与孤立的臼杯模型配准,对齐稳固的鳍状物。随后对配准的髋臼杯表面和骨骼模型进行镜像和适当缩放。 图2:(1)将髋臼表面(紫色)与从 3D […]

开源插件程序:在三维建模中赋予皮质骨和骨小梁不同的材料属性

Posted · Add Comment

概述 骨小梁是一种海绵状的各向异性材料,将载荷从关节表面转移到更为致密的皮质骨。皮质骨的密度和刚度更为一致,处理重复的拉伸和压缩负载产生的压力。在模型中准确地定义这些材料的特性对于将医疗器械设计和手术原理转化为临床应用至关重要。骨科医疗器械通过提供骨骼愈合或关节功能的环境帮助患者康复,外科医生需要根据患者的骨质量、合并症及自身经验,为最佳植入物做出最准确的预测。 精准的计算模型可以使外科医生和医疗器械工程师能够模拟患者骨骼内每种植入物类型的性能,以便就植入物的设计、选择和手术技术做出更为明智的决策。本研究开发了一个利用骨矿物质密度通过定量计算机断层扫描(QCT)确定有限元分析(FEA)中材料属性的插件程序,与图像处理软件 Simpleware 结合简化了该方法的工作流程,可更方便于临床和研究的应用。 亮点 使用 Simpleware ScanIP 的图像处理和 Python 脚本编辑工具对 CT 扫描数据进行预处理。将单个 CT 体素的灰度值转换为杨氏模量开发的插件程序(PIP)以开源的方式共享 灰度值转换为杨氏模量的流程 输入骨小梁/皮质骨的截断密度及相应的灰度和 QCT 密度值将医学数字成像和通信(DICOM)格式的 QCT 值转换为湿表观密度湿表观密度值根据相应的组织转换为杨氏模量使用调整后的 DICOM 文件创建 3D 模型 方法 将扫描的体模 DICOM 图像数据导入 Simpleware 软件中,经过图像处理后分割为包含每个样本的圆柱体/圆盘。使用 Simpleware ScanIP 的灰度测量功能获取每个样本的平均灰度值,以 HU 为单位测量并将结果转换为 DICOM 存储的灰度值。通过对整个体模体积的 HU 进行采样(需要定义为组织等效电子密度样本),可以减少噪声的影响,并且结果可以更准确地表示整个体模的测量放射密度。 图1:研究体模中包含伪影的 DICOM 图像 使用 ScanIP 的 Profile Line 测量工具对每个灰度值进行采样,通过在样本中画线即可导出其灰度值。启动插件程序(PIP)后,提示输入灰度值和体模对应制造商定义的 QCT 密度,跟每个用户的 CT 扫描仪和体模相关。 PIP […]

通过3D打印支架的结构设计调控新生骨的体积和功能性

Posted · Add Comment

概述 由创伤、感染引起的临界尺寸骨缺损主要通过同种异体移植和自体移植进行治疗,但这种方案受限于供体部位发病率、感染和疾病传播风险以及有限的骨组织来源。因此,在临界尺寸缺陷中成功再生功能性骨组织仍然是一项重大的临床挑战。近年来,虽然合成的人工骨支架已得到广泛开发,但由于其在体内表现性能不佳,很少能转化为临床应用。本项目旨在系统地了解 3D 打印骨支架的结构设计,如何影响体内临界尺寸骨缺损治疗中新生骨的体积和功能性,以及如何优化以进一步改善结果。 亮点 设计 4 种不同的人工骨支架结构,探索孔径和渗透率对新生骨的影响;在 Simpleware 软件中处理 µCT 图像数据重建三维模型并生成高质量的体积网格;在 ABAQUS 软件中进行仿真,计算渗透率和有效刚度。 工作流程 设计 4 种连通性(100%)相同和孔隙率(≈49.3 ± 1.9%)相似(因工艺原因无法做到完全相同)的不同结构,采用 3D 打印技术为每种结构制作 6 个相同的支架。材料选用生物陶瓷材料 Sr-HT-Gahnite,包含掺锶的锌黄长石(Ca2ZnSi2O7)和锌尖晶石(ZnAl2O4)。这种材料在相当低的温度下仍具有出色的可烧结性,因此可以形成不存在微孔的微观结构。而且它的降解速率较低,可最大限度地减少支架对骨形成的化学影响。 将制备的支架切割成直径 10 mm、高 3 mm的圆盘状结构,使用 SkyScan 1172 扫描获得 µCT 图像数据,导入 Simpleware 软件进行图像处理,裁剪为特定形状用于结构分析。在 Simpleware FE 模块生成高质量的四面体网格模型,导出至 ABAQUS 计算渗透率、有效刚度和断裂强度。然后将支架压入兔颅骨中相同尺寸的骨缺损中,12 周时再次扫描并重建模型,确定每种结构的骨长入量,估算可表明机械稳定性的有效刚度判断新生骨的功能性。 不同排列结构的支架 四种结构的支架具有相同的连通性和近似的孔隙率,不同之处在于孔径和渗透率。结构 A 为对照组;结构 B:与 A 孔径不同,渗透率相近;结构 C:与 A 孔径相同,渗透率 A 是 […]

结合Simpleware 与 nTopology 实现患者个性化手术导板制作过程中的自动分割和设计工作流

Posted · Add Comment

概述 新的医疗器械技术使开发高质量、完全定制化的 3D 打印器械成为可能,有助于提高手术效率并改善患者预后。然而,随着对这些高度定制化器械需求的增长,为适应更高的处理量,在改进工作流的过程中受到了手动操作任务的限制,因为需要投入大量的劳动力和时间。急需克服的一些关键瓶颈包括分割患者图像数据和开展针对患者增材制造设计(Design for Additive Manufacturing,DfAM)的工作流程创建 3D 打印器械。 Simpleware 软件团队与 nTopology 合作,为定制手术导板开发了一个无缝、针对特定患者的设计工作流程,利用支持 AI 的图像处理和设计自动化应对共同的挑战。 图1 亮点 Simpleware – nTopology工 作流程可以高效地将 3D 解剖的 DICOM 数据转换为高质量模型。nTopology 工具利用扫描数据和参考标志点为患者提供功能性和形状匹配的个性化解决方案。通过自动化加速手术导板制作过程可以节省时间、提高产量。 Simpleware中的图像分割 针对本项目中的膝关节 CT 数据,Simpleware 软件中有几种不同的分割选项。手动图像分割涉及对图像数据进行各种操作,包括裁剪、阈值分割和应用掩膜洪水填充去除不需要的部分后获得所需的解剖结构,在这里指的是胫骨。Split regions 工具还可以采用算法标记不同的区域以分割出不同的掩膜,分离出胫骨。此外,Close 和 Cavity fill 等工具可以进一步填充掩膜内部,平滑和创建高质量的三角形表面后导出至 nTopology。 图2:在Simpleware软件中使用Split regions工具进行膝关节分割 然而,这些手动步骤也可以使用一系列基础和更高级的脚本选项实现自动化。比如,在手动分割过程中录制宏,显示和运行所有的功能/操作。脚本可以用 Python 和 C# 编译,包括删除脚本中不需要或不可用的任何工作流步骤。通过重放脚本即可生成相同的输出。更进一步地,还能使用脚本创建一个插件添加到 Simpleware 中,可以设置允许宏在不同阶段运行,取决于仍然需要手动完成的操作(例如 split regions)。 基于AI的机器学习自动化 为了扩展自动化,基于 AI 的机器学习模块 Simpleware AS Ortho / CMF 可以在大约两分钟内完成分割,然后通过脚本执行任何其他的步骤。在该模块还可以选择为分割后的胫骨自动添加标志点作为测量点,用于设计手术导板。 在这个项目中,需要处理大约 50 个患者的胫骨模型。Simpleware AI 解决方案意味着可以快速地完成一个大型的工作流程,不必进行重复的手动分割操作。如果需要将所有的胫骨放在大致相同的位置,标志点则可以作为配准工具的参考点将所有的胫骨表面组合在一起。 图3:使用Simpleware AS Ortho / CMF进行胫骨自动分割 nTopology的设计过程 然后将 Simpleware 软件导出的数据作为 nTopology 软件的输入,用于创建可重复的设计过程。nTopology 可以使工作人员根据患者模型自动生成导板匹配面的共形几何,并根据 Simpleware 软件提供的标志点参数化切割孔和缝的位置。 另外,设计工作流程中包含可制造性的考虑以及结构支撑柱、平齐基底结构的添加。设计流程的输出是为增材制造准备的网格文件。 为胫骨手术导板设计这种完整端到端的工作流程意味着临床医生或技术人员可以轻松地按需更改,例如调整导板的设计、用包含一组特定标志点的患者扫描数据定制切割角度。在设计过程的编码中已经综合考虑了专业的可制造性,因此即使没有工程或设计经验的用户也可以无门槛地使用该工作流。 图4:nTopology软件中的最终手术导板 使用脚本自动生成设计 采用这种方法,有一个清晰的路径可以改进和自动化设计患者个性化器械的生成。一旦为单个切割导板创建并验证了设计过程,就可以使用简单的脚本和 n TopCL – n Topology 的命令行界面自动批量处理患者扫描数据的整个文件夹。 在这个概念验证中,研究团队创建了一个 Python 脚本处理 50 个胫骨,并自动为每一个数据生成独特的患者个性化导板。仅用数分钟编写的几行代码即可节省人工设计工作的时间。对于更复杂的项目,可以使用相同的方法把复杂的逻辑构建到工作流中,这样可以将多个来源的数据结合起来- […]

个性化模拟去骨瓣减压术

Posted · Add Comment

需要进行侵入性脑手术的常见原因是来自肿胀变形产生的的致命压力。在这种情况下,神经外科医生会尝试通过去骨瓣减压术缓解压力,切开颅骨让大脑“膨出”。这种方法通常是基于个人经验,具有导致患者严重残疾的风险。在去骨瓣减压术中,大脑神经纤维即轴突有被切断的风险,因此该手术成为外科医生“最后的手段”。 斯蒂文斯理工学院、斯坦福大学、牛津大学、埃克塞特大学等在该领域都已取得了突破性的进展。研究人员开发的工作流程中,使用 Simpleware 软件处理医学图像和生成大脑的有限元(FE)模型,用以模拟不同条件下的开颅手术。这些方法的运用能够使神经外科医生深入地了解极端状况下的组织运动学,有助于规划开颅手术的形状和位置。 创建大脑模型 图1:由3Tesla扫描设备获得成年女性脑部 MRI 图像 大脑包含数十亿神经元和数万亿的突触,所以建模会非常困难。使用 Simpleware 软件通过分割大脑和颅骨的关键区域可以降低这种复杂性。从 3T 扫描仪(GE)获取成年女性头部 MRI数据,导入 Simpleware ScanIP 中进行图像处理,识别分割出感兴趣区域,如组织、小脑、皮肤和颅骨等。 图2:在 Simpleware 软件中创建的头部 FE 网格模型 接下来的挑战是从复杂的分割图像数据中生成可用于仿真的有限元模型。在 Simpleware FE 中利用专有算法同时对不同区域进行精细地网格划分,生成的网格模型可直接用于仿真求解器,无需其他任何后处理。 模拟去骨瓣减压术 将有限元网格模型导入 ABAQUS ,研究具有两种不同颅骨开口的颅骨切除模型:单侧瓣和额部骨瓣。定义材料模型、边界条件、相互作用、约束后,分析不同的溶胀场景。模拟的目的是预测去骨瓣减压手术对大脑的机械负荷,包括白质组织和特定半球的最大体积肿胀。 图3:去骨瓣减压术计算模拟的矢状面和横断面及对应的左侧大脑半球肿胀 结果&结论 该方法研究了位移场、最大主应变以及径向和切向轴突拉伸的影响。模拟可以确定最佳的开口大小,从而控制压力和最大限度地减少轴突损伤的风险。颅骨开口边缘处高强度拉伸的结果表明,预计较大的颅骨切口会减少和分散在大脑中的轴突负荷。研究还发现,打开肿胀同侧的颅骨会产生更好的患者预后。 图4:三种不同脑肿胀场景的中线移位 个性化的头部和大脑模型是改善去骨瓣减压手术效果的有效工具。神经外科医生受益于能够获得辅助术前规划的新数据,同时不同场景的模拟可以实现针对特定患者的手术方案。更长期的临床影响包括减少手术并发症和需要进行的实验测试。在未来,该工作流程可以扩展到任何涉及脑损伤、撞击以及电磁(EM)治疗的场景中。 参考 致谢和更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/simulating-brain-surgery.htmlWeickenmeier, J., Saez, P., Butler, C.A.M., Young, P.G., Goriely, A., Kuhl, E., 2017. Bulging Brains. Journal of Elasticity, 129(1-2), […]

肿瘤手术的术前规划、虚拟仿真和手术导板

Posted · Add Comment

概述 3D LifePrints 公司使用 Simpleware 软件从患者图像获得 3D 打印的解剖模型,用于3D虚拟仿真和手术导板设计。Simpleware 用于诊断的 3D 打印正在帮助3D LifePrints 实现即时医疗(POC)3D 打印以及嵌入式临床。 3D LifePrints 重点关注的专科之一是肿瘤外科,目前已在英国的一些专科医院开展合作。他们的工程师帮助手术团队处理困难和复杂的病例,参与到切割导板的设计和制造。这里展示两个最近的成功案例,包括半骨盆切除术和定向髂骨切除术。 亮点 使用 Simpleware ScanIP 导入和可视化 CT 扫描,分割骨骼使用 Ansys 软件进行骨骼/器械间相互作用的模拟3D 打印包含定制植入物的患者骨骼模型虚拟手术规划辅助最终的手术和植入该工作流程节省时间并可更好的支持临床决策 PI/II 半骨盆切除术 在本例中,3D LifePrints 需要创建灭菌性手术导板,协助切除患者左半骨盆被肿瘤肿块破坏的部分。由于肿瘤切除手术日期紧迫,需要快速完成服务。工程师使用 Simpleware ScanIP Medical 对患者最新的 MRI 和 CT 扫描数据进行分割,创建包含肉瘤的左半骨盆虚拟模型。然后通过安全的手术切缘使肉瘤数字化扩增,突出显示以更好地区分,帮助外科医生评估和确定最佳手术切割平面。 3D LifePrints制作了3种不同的手术导板:(1)通过髂骨侧方的双平面切口(2)通过耻骨的单切口(3)引导通过坐骨的单切口。3种导板均采用可灭菌的USP Class VI生物相容性透明材料Biomed Clear,在该医院内3D Life Prints控制环境设备Formlabs 3B 3D打印机上打印制成。 图:由Simpleware生成的PI/II 半骨盆切除术模型 3D Life Prints能够在5天内创建解剖模型和设计制造导板,满足手术紧迫性的需求。手术团队使用解剖模型和导板作为术前工具,与患者详细讨论肿瘤的复发和转移。在术中,最佳匹配的导板帮助实现单一的后路扩大技术,显著缩短手术时间。 定向髂骨切除术 第二个案例的患者在常规扫描中被发现显示为无症状1级软骨肉瘤,然后进行了单独的进一步检查。肿瘤较小且位于患者的左侧髂骨,因此外科医生希望进行有针对性的、保留骨骼的切除术,确保合适的切缘以保留髂骨的完整性。 因此,3D LifePrints为该手术设计并提供了患者特定的灭菌手术钻孔导板。使用Simpleware ScanIP Medical从患者的CT和MRI扫描中分割出骨骼和肿瘤结构。然后将这些解剖结构组合为虚拟的模型,其中通过肿瘤的数字化生长创建安全的手术切缘。突出显示边界以获得更好的可视化,方便外科医生确定最佳的切除路径。 3D LifePrints使用Biomed Clear材料制作患者专用的圆形钻孔通道导板,并将3D打印的解剖模型交付给手术团队供术中参考。 图:为定向髂骨切除术准备的3D打印模型和手术导板 导板拟合良好,外科医生通过必要的钻孔引导后续的截骨手术,使手术变得简单并在一小时内完成。总的来说,手术团队高度赞扬了导板的精度水平。这种精确性意味着在保留骶髂关节和避开神经血管结构的同时,可以安全地切除肿瘤。术后患者经历了快速的康复期。 总结 3D LifePrints目前的应用和正在开发的专科手术领域,以及它们通过嵌入式中心密切参与临床站点,展示了将患者数字化、设备产品和服务带向即时医疗的巨大潜力。Simpleware软件可以支持3D LifePrints实现快速高效的工作流程,通过医学影像到3D打印等虚拟方法帮助改善患者治疗。 参考 致谢和更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/oncological-surgical-planning.html

患者颅缝早闭矫正的计算模拟

Posted · Add Comment

概述 人字缝早闭型颅缝早闭(LC)是一种罕见的非综合征型颅缝早闭,特征是出生时头后部人字缝融合。虽然有像弹簧辅助颅成形术这样的手术选择,但美学效果通常并不理想。为了解决这个问题,研究人员开发的 LC 颅骨参数化有限元(FE)模型可以用来优化将来的弹簧手术。 选择三名接受弹簧辅助颅成形术的患者作为研究对象,在 Simpleware 软件中由他们术前 CT 数据创建颅骨结构模型。然后模拟比较术前 CT 图像和手术的颅骨生长,通过在虚拟场景中重现这一过程,可能有助于改善未来的 LC 手术。 亮点 为了更好地理解颅缝早闭的干预措施,在 Simpleware 软件中使用CT图像创建FE模型在 Simpleware CAD 模块中比较颅骨生长的表面偏差模拟用于比较术前 CT 成像、手术干预和术后干预目标是改善未来的外科实践 数据获取与重建 3 例因颅骨形态异常的 LC 患者在英国伦敦大奥蒙德街医院颅颌面外科接受了弹簧辅助颅成形术,并在术前和术后进行头部 CT 扫描。将 CT 图像导入 Simpleware ScanIP 软件中重建这两个不同阶段的颅骨,经过分割和处理以确定颅骨至上颌骨及骨缝结构的骨骼。 图:使用 Simpleware 软件从 CT 图像重建患者术前和术后的颅骨模型 为模拟划分网格 在 Simpleware FE 中采用结构化的 3D 四面体单元生成颅骨的有限元(FE)模型,对不同的解剖区域赋予合适的材料属性建模。在对颅骨模型进行截骨之前,通过使用热膨胀系数在 MSC Marc 中近似模拟术前成像和手术之间的颅骨生长。将颅内体积(ICV)作为表示不同阶段颅骨大小的参数,包括在 Simpleware ScanIP 中通过选择颅顶内表面进行术前CT重建。 通过在 Simpleware ScanIP […]

基于患者医学图像建模预测膝关节置换术结果

Posted · Add Comment

膝关节运动的计算模拟可以通过患者模型基于全膝关节置换术(TKA)后关节动力学研究 TKA 的结果。澳大利亚的 360 MedCare 公司使用 Simpleware 软件创建模型,并于近日开发了一种采用 3D 图像处理/分析结合预测算法综合考虑患者报告结局与深屈膝计算模拟输出,从而评估手术结果的方法。360 MedCare 的工程师与多家医院、骨科研究机构和企业合作获得了关于TKA手术规划的新见解,并在《The Knee》杂志发表了他们的研究成果。 图:从 3D 图像分割到患者个性化模拟的生成(第一组) 开发术前工具 尽管 TKA 是一种普遍成功率较高的手术,但部分患者术后会出现问题,其中植入位置不佳是主要原因之一。提升针对特定患者膝关节动力学以及它们如何与植入物相互作用的理解对于通过创建数据改进手术规划至关重要。对给定植入物选型与组件对齐结果进行运动学模拟,这样的虚拟术前试验可以查看和比较不同对齐方案的模拟结果。将其与患者报告结局(PROs)联系在一起时,预测算法可能有助于选择未来患者的手术规划。 完整工作流程的简要总结如下: 采用计算机断层扫描(CT)收集不同TKA患者的图像数据,第一组含有术前和术后扫描及结局调查,第二组为随机选择含有术前扫描的膝关节样本(术后扫描不是必要的);在 Simpleware 软件中采用半自动化流程重建患者股骨和胫骨的三维模型,标注解剖标志展示该患者软组织附着物和骨轴;第一组:TKA 后在 Simpleware 软件中将术前骨骼和3D植入物结构文件与分割的术后CT扫描进行配准;利用创建的三维模型运行深屈膝的多体动力学仿真,然后将结果用于机器学习算法的运行,预测术后12个月膝关节损伤与骨关节炎评分(KOSS)中患者可接受症状状态(PASS)评分;第二组:结合术前患者数据和预测模型评估其临床规划的性能;生成的预测算法(动态膝关节评分)包含不同的特征,预测 PASS KOOS 评分达到的曲线下面积(AOC)为0.64。 图:周期伸展(活动)的部分期间患者早期屈曲的模拟 未来影响 研究发现,该方法有可能成为 TKA 手术决策过程中的强大辅助工具,但需要在除现有技术之外以及项目未涵盖非手术因素的背景下使用。该方法的应用可能还包括协助在其他可选的合理手术对齐计划间确定最佳结果。考虑到在髋关节和其他部位的手术规划中越来越多地使用到基于图像的工作流程,以及开发基于机器学习的方法加速常见任务,360 MedCare 的工作展示出未来应用的广阔前景,继续期待他们更好的发展。 参考 致谢和更多信息请参考英文原文:https://www.synopsys.com/simpleware/news-and-events/tka-360medcare.htmlTwiggs J, Miles B, Roe J, et al. Can TKA outcomes be predicted with computational simulation? Generation […]

 
  • 标签

  •