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。
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 中追踪手术保留的可见痕迹估算术中 ICV，以此复制手术时的颅骨截骨。然后重新划分截骨的颅骨结构，使用 MSC Marc 中的弹簧/阻尼器连接元件模拟弹簧植入，展示手术和术后 CT 扫描的差异。
表面偏差分析
使用未受手术影响的前鼻棘点和额颧缝处标志点获得体积配准后，在 Simpleware CAD 模块对扩张的FE颅骨模型和术后 CT 重建颅骨进行表面偏差分析。然后通过调整参数以考虑每个模型中整个颅骨的平均负和正的表面偏差，使用热 FE 模型迭代地进行模拟。
结果
重建的颅骨模型展示了术前 CT 时的颅内腔形态，对三名患者的模拟结果进行对比。FE 模型和从 CT 获得术后颅骨模型的分析显示额骨和颞骨的表面偏差率相对较低，在被弹簧扩张的后颅骨上表面偏差增大。
结论
本研究能够基于机械效应，比较术前 CT 成像、手术干预和术后干预，探讨颅缝早闭中颅骨生长模式的复杂性，并通过术后 CT 图像重建验证模拟结果。获得的模拟结果表明，手术后颅骨的最终形状取决于实施的截骨术，相对较长的切口主要导致颅骨中的铰链和扩张，而最小的切口会使截骨边缘之间的间隙扩大。因此，通过依据患者个体化图像数据的研究更好地理解截骨大小和位置是至关重要的。
未来的研究可以开发考虑年龄和骨形成等因素的复杂颅骨模型。该项目展示了使用参数化的有限元模型模拟通过弹簧辅助颅成形术矫正 LC 的手术效果。再现这些过程可以为手术规划调整参数，对较大群体的研究或许能够确定一组特定的值，使模型成为患者的规划工具。基于该模型，未来使用参数化有限元模型对弹簧类型和位置的研究将有助于优化 LC 手术矫正的功能性和美观性。
参考
- 致谢和更多信息请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/craniosynostosis.html
- lBozkurt, S., Borghi, A., van de Lande, L.S., Owase Jeelani, N.U., Dunaway, D.J., Schievano, S., 2020. Computational modelling of patient specific spring assisted lambdoid craniosynostosis correction. Scientific Reports, 10, 18693.