一种计算机模拟结合3d打印脊柱手术方法
【专利摘要】本发明公开了一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，该方法运用MIMICS软件采集并处理患者脊柱三维CT数据，在计算机中制作脊柱三维重建模型，立体、精确地显示病灶及周围组织情况，据此设计手术方案，明确手术入路、切除范围、术中注意事项等，并在三维重建模型上完成虚拟手术，然后，运用3D打印技术，等比例打印出患者脊柱骨骼及脊髓全仿真模型，进行实体模型预演，验证手术方案的可行性，最终正式实施手术。医生得以在术前清晰、直观地了解病变及周围组织情况，周密制定切合患者实际的个体化手术方案，术中操作精准，大大减小了手术创伤、减少了术中出血、缩短了手术耗时、降低了手术风险，患者术后恢复快，增进了医患沟通效果，提高了患者配合度。
【专利说明】一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印医学领域，尤其涉及一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法。
【背景技术】
[0002]3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
[0003]3D打印在医学领域尤其是骨科领域已经得到越来越多的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，旨在减小脊柱手术中的创伤、缩短手术时间、降低手术风险。
[0005]本发明是这样实现的，一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法基本流程为:运用MMICS软件采集并处理患者脊柱三维CT数据，在计算机中制作脊柱三维重建模型，立体、精确地显示病灶及周围组织情况，据此设计手术方案，明确手术入路、切除范围、术中注意事项等，并在三维重建模型上完成虚拟手术，然后，运用3D打印技术，等比例打印出患者脊柱骨骼及脊髓全仿真模型，进行实体模型预演，验证手术方案的可行性，熟悉操作步骤，最终正式实施手术。
[0006]进一步，所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法的具体步骤如下:
[0007]步骤一、对拟实施手术的脊柱节段进行薄层CT扫描，采集影像资料的DICOM格式文件；
[0008]步骤二、在Mimics软件中导入DICOM格式影像文件。
[0009]步骤三、应用Mimics软件中基础模块的相关功能，根据不同组织的密度差异，分离出脊柱骨骼和椎管内硬膜包绕的脊髓组织，并进行三维重建。然后进行以下三项操作，实现三个目标:手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用、计算机手术模拟、在3D打印的实体模型上演练手术过程。
[0010]进一步，手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用，具体步骤如下:
[0011]步骤一、应用Mimics软件的设计模块，创建与实际手术中拟应用的相同规格的虚拟螺钉；
[0012]步骤二、在计算机中模拟将螺钉置入到重建好的脊柱的准确位置；
[0013]步骤三、根据置入的螺钉，设计导板；
[0014]步骤四、将导板导出为Stl格式文件，并导入3D打印机，打印出实体导板；
[0015]步骤五、在实际手术操作过程中根据导板准确置入螺钉；
[0016]步骤六、实现内固定的精确置入。
[0017]进一步，计算机手术模拟的具体步骤如下:
[0018]步骤一、应用Mimics软件的手术模拟模块，在计算机上设计手术方案，并反复进行手术减压和病灶切除等模拟操作；
[0019]步骤二、确立精确的手术入路和切除范围，明确术中可能遇到的潜在风险，并制定规避方案；
[0020]步骤三、实现计算机手术模拟的目标。
[0021]进一步，在3D打印的实体模型上演练手术过程的具体步骤如下:
[0022]步骤一、将在基础模块中重建的三维影像资料导出为Stl格式，并导入3D打印机；
[0023]步骤二、等比例打印出脊柱骨骼及脊髓的全仿真模型；
[0024]步骤三、在仿真模型上模拟实施椎管减压、内固定螺钉置入和病灶切除等操作；
[0025]步骤四、实现实体模型手术预演，验证手术方案的可行性。
[0026]效果:T总
[0027]本发明借助患者脊柱三维虚拟模型与3D实体模型，医生得以在术前清晰、直观地了解病变及周围组织情况，周密制定切合患者实际的个体化手术方案，并进行模拟演练，确保术前准备充分，术中操作精准，大大减小了手术创伤、减少了术中出血、缩短了手术耗时、降低了手术风险，患者术后恢复快，此外，医生还可借助计算机模拟演示与3D打印模型让患者在术前直观了解了自身病情和手术规划，增进了医患沟通效果，提高了患者配合度，本发明还为临床教学带来便利，可使医学生接受更为有效的手术培训，提升实践教学质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明实施例提供的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法流程图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]图1示出了本发明的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法流程图，如图所示，本发明是这样实现的，一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法基本流程为:运用MMICS软件采集并处理患者脊柱三维CT数据，在计算机中制作脊柱三维重建模型，立体、精确地显示病灶及周围组织情况，据此设计手术方案，明确手术入路、切除范围、术中注意事项等，并在三维重建模型上完成虚拟手术，然后，运用3D打印技术，等比例打印出患者脊柱骨骼及脊髓全仿真模型，进行实体模型预演，验证手术方案的可行性，熟悉操作步骤，最终正式实施手术。
[0031]进一步，所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法的具体步骤如下:
[0032]步骤一、对拟实施手术的脊柱节段进行薄层CT扫描，采集影像资料的DICOM格式文件；
[0033]步骤二、在Mimics软件中导入DICOM格式影像文件。
[0034]步骤三、应用Mimics软件中基础模块的相关功能，根据不同组织的密度差异，分离出脊柱骨骼和椎管内硬膜包绕的脊髓组织，并进行三维重建。然后进行以下三项操作，实现三个目标:手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用、计算机手术模拟、在3D打印的实体模型上演练手术过程。
[0035]进一步，手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用，具体步骤如下:
[0036]步骤一、应用Mimics软件的设计模块，创建与实际手术中拟应用的相同规格的虚拟螺钉；
[0037]步骤二、在计算机中模拟将螺钉置入到重建好的脊柱的准确位置；
[0038]步骤三、根据置入的螺钉，设计导板；
[0039]步骤四、将导板导出为Stl格式文件，并导入3D打印机，打印出实体导板；
[0040]步骤五、在实际手术操作过程中根据导板准确置入螺钉；
[0041]步骤六、实现内固定的精确置入。
[0042]进一步，计算机手术模拟的具体步骤如下:
[0043]步骤一、应用Mimics软件的手术模拟模块，在计算机上设计手术方案，并反复进行手术减压和病灶切除等模拟操作；
[0044]步骤二、确立精确的手术入路和切除范围，明确术中可能遇到的潜在风险，并制定规避方案；
[0045]步骤三、实现计算机手术模拟的目标。
[0046]进一步，在3D打印的实体模型上演练手术过程的具体步骤如下:
[0047]步骤一、将在基础模块中重建的三维影像资料导出为Stl格式，并导入3D打印机；
[0048]步骤二、等比例打印出脊柱骨骼及脊髓的全仿真模型；
[0049]步骤三、在仿真模型上模拟实施椎管减压、内固定螺钉置入和病灶切除等操作；
[0050]步骤四、实现实体模型手术预演，验证手术方案的可行性。
[0051]本发明借助患者脊柱三维虚拟模型与3D实体模型，医生得以在术前清晰、直观地了解病变及周围组织情况，周密制定切合患者实际的个体化手术方案，并进行模拟演练，确保术前准备充分，术中操作精准，大大减小了手术创伤、减少了术中出血、缩短了手术耗时、降低了手术风险，患者术后恢复快，复查内固定钉棒位置及螺钉植入方向和长度与术前模拟方案完全匹配，脊柱畸形矫正满意，脊柱稳定性得到完美重建，此外，医生还可借助计算机模拟演示与3D打印模型让患者在术前直观了解了自身病情和手术规划，增进了医患沟通效果，提高了患者配合度。此项技术还为临床教学带来便利，可使医学生接受更为有效的手术培训，提升实践教学质量。
[0052]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，其特征在于，所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法运用MMICS软件采集并处理患者脊柱三维CT数据，在计算机中制作脊柱三维重建模型，立体、精确地显示病灶及周围组织情况，据此设计手术方案，明确手术入路、切除范围、术中注意事项，并在三维重建模型上完成虚拟手术，然后，运用3D打印技术，等比例打印出患者脊柱骨骼及脊髓全仿真模型，进行实体模型预演，验证手术方案的可行性，熟悉操作步骤，最终正式实施手术。
2.如权利要求1所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，其特征在于，所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法的具体步骤如下: 步骤一、对拟实施手术的脊柱节段进行薄层CT扫描，采集影像资料的DICOM格式文件； 步骤二、在Mimics软件中导入DICOM格式影像文件。 步骤三、应用Mimics软件中基础模块的相关功能，根据不同组织的密度差异，分离出脊柱骨骼和椎管内硬膜包绕的脊髓组织，并进行三维重建。然后进行以下三项操作，实现三个目标:手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用、计算机手术模拟、在3D打印的实体模型上演练手术过程。
3.如权利要求1所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，其特征在于，手术导板的制作及在内固定螺钉置入过程中的应用，具体步骤如下: 步骤一、应用Mimics软件的设计模块，创建与实际手术中拟应用的相同规格的虚拟螺钉； 步骤二、在计算机中模拟将螺钉置入到重建好的脊柱的准确位置； 步骤三、根据置入的螺钉，设计导板； 步骤四、将导板导出为Stl格式文件，并导入3D打印机，打印出实体导板； 步骤五、在实际手术操作过程中根据导板准确置入螺钉； 步骤八、实现内固定的精确置入。
4.如权利要求1所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，其特征在于，计算机手术模拟的具体步骤如下: 步骤一、应用Mimics软件的手术模拟模块，在计算机上设计手术方案，并反复进行手术减压和病灶切除的模拟操作； 步骤二、确立精确的手术入路和切除范围，明确术中遇到的潜在风险，并制定规避方案； 步骤三、实现计算机手术模拟的目标。
5.如权利要求1所述的计算机模拟结合3D打印脊柱手术方法，其特征在于，在3D打印的实体模型上演练手术过程的具体步骤如下: 步骤一、将在基础模块中重建的三维影像资料导出为Stl格式，并导入3D打印机； 步骤二、等比例打印出脊柱骨骼及脊髓的全仿真模型； 步骤三、在仿真模型上模拟实施椎管减压、内固定螺钉置入和病灶切除的操作； 步骤四、实现实体模型手术预演，验证手术方案的可行性。
【文档编号】B22F3/00GK104441664SQ201410728474
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】马学晓 申请人:马学晓