CN109273092B - 一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法 - Google Patents

一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻模型的方法，包括以下步骤：（1）建立听小骨三维模型；（2）建立耳道的三维模型；（3）勾画出鼓膜所在位置的边界；（4）得到鼓膜形态；（5）得到鼓膜雕刻参考模具；（6）3D打印成型。本发明基于3D打印技术，精确地制作出个体化的重建鼓膜的三维实体模型以及鼓膜雕刻参考模型，可以准确反映患者鼓膜的三维立体形态和大小，并能进行多角度观察，确定锤骨柄在移植物上的嵌入位置，应用到耳内镜下耳屏软骨‑软骨膜修复鼓膜大穿孔手术，可以为定制耳屏软骨‑软骨膜移植物提供有意义的参考模板，有效实现了耳内镜手术中定制移植物的模拟，为术中移植物设计提供精确的模型。

Description

一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法
技术领域
本发明涉及一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考 模型的方法。
背景技术
慢性化脓性中耳炎伴鼓膜大穿孔患者目前广泛采用耳内镜下耳屏软骨-软骨膜修复手术，但是手术有一定的局限性，如镜头在外耳道内易起雾，需反复清洁；因镜头自身占据一定空间，外耳道狭窄术野狭小，手术难度大、耗时长，尤其术中取出耳屏软骨-软骨膜移植物后，需要雕刻成适宜的形态和大小，以往术者需要镜下目测患者鼓膜的形态和大小，然后在体外根据想象、凭借记忆雕刻耳屏软骨，雕刻耳屏软骨缺乏精确的数据指导，通常需要反复植入术腔、多次裁剪才能得到合适的移植物，此操作非常繁琐，术中耗时较多，容易产生并发症，如果移植物修剪过多还可能导致手术植入失败。如果能够构建一种与患者鼓膜形态大小基本符合的鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模具，作为移植物雕刻参考物，则可完全避免上述问题，但是现有文献并没有相关报道如何构建与患者鼓膜形态大小基本符合的鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模具。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的缺点和不足，而提供一种制备鼓膜参考 模型以及鼓膜雕刻参考 模型的方法。
本发明所采取的技术方案如下：一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法，包括以下步骤：
（1）建立听小骨三维模型：将患者的CBCT影像数据导入到医学影像三维重建软件中，以骨组织灰度值为参考调整重建阈值，逐层观察保证阈值蒙板范围刚好包含听小骨所有结构组织，逐层/多层擦除听小骨以外的蒙板，并通过平滑蒙板以及精细化裁剪得到完整听小骨蒙板，然后将听小骨蒙板进行三维重建计算得出听小骨三维模型；
（2）建立耳道的三维模型：新建一个蒙板，以软组织灰度值为参考，获取包含耳道的蒙板信息并进行三维重建获得耳道的三维模型；
（3）勾画出鼓膜所在位置的边界：通过横断位CBCT、听小骨三维模型、耳道的三维模型，定位鼓膜生长位置，在耳道三维模型中，利用三维空间平滑曲线勾画出鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段；
（4）得到鼓膜形态：提取鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段至三维工程设计软件中，以鼓膜边界曲线为基准，通过锤骨柄与鼓膜相交曲线段作扫描放样处理，锤骨柄与鼓膜相交曲线段，然后根据CT情况进行曲面等距扩展后对整体曲面自定义厚度抽壳处理，得到鼓膜形态；
（5）得到鼓膜雕刻参考模具：根据鼓膜参考需求，以鼓膜形态为基准，以鼓膜单一面为固定面进行放样拉伸并加入以便握持手柄，得到鼓膜雕刻参考模具；
（6）3D打印成型：通过3D打印机打印出鼓膜模型和鼓膜雕刻参考模具。
优选地，还包括以下步骤：将步骤（1）得到的听小骨三维模型、步骤（2）得到的耳道的三维模型进行布尔加处理得到鼓膜植入验证模型，然后通过3D打印机打印出鼓膜植入验证模型和鼓膜模型，在体外进行鼓膜植入操作，若植入模型不相匹配，则继续修改鼓膜模型形态和大小，直至鼓膜模型与植入验证模型完全吻合。
本发明的有益效果如下：本发明基于3D打印技术，精确地制作出个体化的重建鼓膜的三维实体模型以及鼓膜雕刻参考模型，可以准确反映患者鼓膜的三维立体形态和大小，并能进行多角度观察，同时确定锤骨柄在移植物上的嵌入位置，应用到耳内镜下耳屏软骨-软骨膜修复鼓膜大穿孔手术，可以为定制耳屏软骨-软骨膜移植物提供有意义的参考模板，有效实现了耳内镜手术中定制移植物的模拟，为术中移植物设计提供精确的模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明的流程示意图；
图2为3D打印出的鼓膜三维模型及验证雕刻模具的示意图；
图3为3D打印出的多组鼓膜模型；
图4为将本发明的鼓膜模型应用到手术中的参考作用，其中左图为在术腔比对鼓膜模型，右图为术中植入按鼓膜模型雕刻成的移植物；
图5为将本发明的鼓膜模型应用到手术中后，鼓膜修补术前后鼓膜对比；
图6为将本发明的鼓膜模型应用到手术中后，鼓膜修补术前后骨气导听阈的比较。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法，包括以下步骤：
（1）建立听小骨三维模型：将患者的CBCT影像数据导入到JOYE3D医学影像三维重建软件中，以骨组织灰度值为参考调整重建阈值，逐层观察保证阈值蒙板范围刚好包含听小骨所有结构组织，逐层/多层擦除听小骨以外的蒙板，并通过平滑蒙板以及精细化裁剪得到完整听小骨蒙板，然后将听小骨蒙板进行三维重建计算得出听小骨三维模型；
（2）建立耳道的三维模型：新建一个蒙板，以软组织灰度值为参考，获取包含耳道的蒙板信息并进行三维重建获得耳道的三维模型；
（3）勾画出鼓膜所在位置的边界：通过横断位CBCT、听小骨三维模型、耳道的三维模型，定位鼓膜生长位置，在耳道三维模型中，利用三维空间平滑曲线勾画出鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段；
（4）得到鼓膜形态：提取鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段至三维工程设计软件中，以鼓膜边界曲线为基准，通过锤骨柄与鼓膜相交曲线段作扫描放样处理，锤骨柄与鼓膜相交曲线段，然后根据CT情况进行曲面等距扩展后对整体曲面自定义厚度抽壳处理，得到鼓膜形态；
（5）得到鼓膜雕刻参考模具：根据鼓膜参考需求，以鼓膜形态为基准，以鼓膜单一面为固定面进行放样拉伸并加入以便握持手柄，得到鼓膜雕刻参考模具；
（6）3D打印成型：通过嘉一高科SLA光固化3D打印机打印出鼓膜模型和鼓膜雕刻参考模具。
还包括以下步骤：将步骤（1）得到的听小骨三维模型、步骤（2）得到的耳道的三维模型进行布尔加处理得到鼓膜植入验证模型，然后通过嘉一高科SLA光固化3D打印机打印出鼓膜植入验证模型和鼓膜模型，在体外进行鼓膜植入操作，若植入模型不相匹配，则继续修改鼓膜模型形态和大小，直至鼓膜模型与植入验证模型完全吻合。
3D打印出的鼓膜模型和鼓膜雕刻参考模具以及鼓膜植入验证模型如图2所示。
将上述技术应用到耳内镜下耳屏软骨-软骨膜修复鼓膜大穿孔手术，目前已经应用了25例。术前，根据手术患者的CBCT影像数据3D打印出的鼓膜模型，其中的6例患者的鼓膜模型如图3所示，通过图示可见每位患者鼓膜的形态和大小具有明显的个体化差异。术中，先将鼓膜模型放入术腔，比对模型的大小和形态是否合适，若略有差异，可用剪刀对模型做部分修剪，若完全吻合，则取患者自体耳屏软骨-软骨膜复合体，参照打印出的鼓膜模型和鼓膜雕刻参考模具进行雕刻，完成雕刻后，进行移植物的植入，鼓膜模型的参考作用如图4所示，术中发现3D打印鼓膜模型与患者鼓膜形态大小基本符合，均能完全修补鼓膜穿孔，模型楔形切迹与锤骨柄位置高度一致，说明本发明可以有效实现耳内镜手术中定制移植物的模拟，为术中移植物设计提供精确的模型。术后，进行随访，如图5所示，鼓膜愈合良好，术后干耳快。如图6所示，术前0.25、0.5、1.0、2.0和4.0kHz纯音听阈骨气导差值均数为28.2dB，术后2～3个月复查骨气导差值均数为10.4dB，显示术后骨气导差值明显缩小、听力显著提高，所有患者均手术修补成功，无明显并发症发生。
以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）建立听小骨三维模型：将患者的CBCT影像数据导入到医学影像三维重建软件中，以骨组织灰度值为参考调整重建阈值，逐层观察保证阈值蒙板范围刚好包含听小骨所有结构组织，逐层/多层擦除听小骨以外的蒙板，并通过平滑蒙板以及精细化裁剪得到完整听小骨蒙板，然后将听小骨蒙板进行三维重建计算得出听小骨三维模型；
（2）建立耳道的三维模型：新建一个蒙板，以软组织灰度值为参考，获取包含耳道的蒙板信息并进行三维重建获得耳道的三维模型；
（3）勾画出鼓膜所在位置的边界：通过横断位CBCT、听小骨三维模型、耳道的三维模型，定位鼓膜生长位置，在耳道三维模型中，利用三维空间平滑曲线勾画出鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段；
（4）得到鼓膜形态：提取鼓膜边界曲线以及锤骨柄与鼓膜相交曲线段至三维工程设计软件中，以鼓膜边界曲线为基准，通过锤骨柄与鼓膜相交曲线段作扫描放样处理，锤骨柄与鼓膜相交曲线段，然后根据CT情况进行曲面等距扩展后对整体曲面自定义厚度抽壳处理，得到鼓膜形态；
（5）得到鼓膜雕刻参考模具：根据鼓膜参考需求，以鼓膜形态为基准，以鼓膜单一面为固定面进行放样拉伸并加入以便握持手柄，得到鼓膜雕刻参考模具；
（6）3D打印成型：通过3D打印机打印出鼓膜模型和鼓膜雕刻参考模具。
2.根据权利要求1所述的制备鼓膜模型以及鼓膜雕刻参考 模型的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将步骤（1）得到的听小骨三维模型、步骤（2）得到的耳道的三维模型进行布尔加处理得到鼓膜植入验证模型，然后通过3D打印机打印出鼓膜植入验证模型和鼓膜模型，在体外进行鼓膜植入操作，若植入模型不相匹配，则继续修改鼓膜模型形态和大小，直至鼓膜模型与植入验证模型完全吻合。
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