患者特定腰椎的3D打印模型
Summary
这项研究旨在创建一个患者特异性腰椎的3D打印模型，其中包含从高分辨率计算机断层扫描（HRCT）和MRI-Dixon数据融合的椎骨和脊神经模型。
Abstract
选择性背神经根切断术 （SDR） 是一项困难、危险且复杂的手术，其中椎板切除术不仅应暴露足够的手术视野，还应保护患者的脊神经免受伤害。数字模型在SDR的术前和术中起着重要作用，因为它们不仅可以使医生更加熟悉手术部位的解剖结构，还可以为机械手提供精确的手术导航坐标。本研究旨在创建患者特定腰椎的 3D 数字模型，可用于 SDR 操作的计划、手术导航和培训。3D打印模型的制造也是为了在这些过程中更有效地工作。
传统的骨科数字模型几乎完全依赖于计算机断层扫描（CT）数据，这些数据对软组织不太敏感。CT的骨结构与磁共振成像（MRI）的神经结构融合是本研究模型重建的关键要素。针对手术区域的真实面貌重建患者特定的三维数字模型，并显示结构间距离和区域分割的精确测量，可有效帮助SDR的术前计划和训练。3D打印模型的透明骨结构材料使外科医生能够清楚地区分手术段的脊神经和椎板之间的相对关系，增强他们对结构的解剖理解和空间感。个体化三维数字模型的优点及其脊神经与骨骼结构的准确关系使该方法成为SDR手术术前计划的良好选择。
Introduction
痉挛性脑瘫影响了一半以上的脑瘫患儿1，导致肌腱挛缩、骨骼发育异常、活动能力下降，严重影响患儿的生活质量2。选择性背神经根切断术（SDR）作为治疗痉挛性脑瘫的主要手术方法，已被许多国家充分验证和推荐3，4。然而，SDR手术的复杂性和高风险性，包括叶片的精确切割，神经根的定位和分离以及神经纤维的切断，对刚刚开始在临床实践中参与SDR的年轻医生来说是一个重大挑战;此外，SDR的学习曲线非常陡峭。
在传统的骨科手术中，外科医生必须在精神上整合所有术前二维（2D）图像并制定3D手术计划5.这种方法对于涉及复杂解剖结构和手术操作（如SDR）的术前计划尤其困难。随着医学成像和计算机技术的进步，可以处理二维轴向图像，例如计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI），以创建具有患者特定解剖结构的3D虚拟模型6。通过改进的可视化，外科医生可以分析这些处理后的信息，以便根据患者的病情做出更详细的诊断、计划和手术干预。近年来，多模态图像融合技术在骨科中的应用逐渐受到关注7。该技术可以融合CT和MRI图像，大大提高了数字3D模拟模型的准确性。然而，该技术在SDR术前模型中的应用尚未得到研究。
在SDR手术过程中，椎板和脊神经的准确定位以及精确切割对于成功的结果至关重要。通常，这些任务依赖于专家的经验，并在手术过程中由C型臂反复确认，导致手术过程复杂且耗时。3D数字模型是未来SDR手术导航的基础，也可用于椎板切除术的术前计划。该模型融合了CT的骨骼结构和MRI的脊神经结构，并根据手术计划为标记为切割的腰椎部分分配了不同的颜色。这种用于SDR的全息3D打印模型不仅便于术前计划和模拟，还可以将精确的3D导航坐标输出到术中机械臂进行精确切割。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究为建立脑瘫患者腰椎术前3D打印模型提供了工作流程，旨在促进SDR手术的术前计划，并根据患者的具体模型加强解剖学训练。该研究旨在建立一个高度可靠的3D打印模型，准确展示患者的腰椎和神经结构。通过在手术前测量叶片和脊神经在模型中的位置，可以实现叶片切割的精确规划，从而优化手术程序并掌握SDR手术技术。
本研究中研究的主要关键步骤是CT和Dixon序列的…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本刊由北京市自然科学基金（L192059）资助。
Materials
| J55 Prime 3D-Printer | Stratasys | J55 Prime | Manufacturing the model |
| MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
| Mimics | Materialise | Mimics Research V20 | Model format transformation |
| Tools for volum fusion | Intelligent Entropy | VolumeFusion V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
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