CN109830157A - 一种腰5骶1前路融合模型的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，包括以下步骤：1)采用CT扫描患者拟L5S1节段腰椎，获取DICOM格式数据；2)将数据导入图像分割软件3D Slicer中，重建L5S1三维模型；3)以L5节段腰椎上终板及骶骨为界进行分割建模；4)模拟手术摘除椎间盘并模拟植入Stand Alone融合器；5)采用3D打印机进行实物打印，最终生成腰5骶1前路融合模型。与现有技术相比，本发明具有便于术前观察、模型真实、个性化定制等优点。

Description

一种腰5骶1前路融合模型的制作方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助技术及医疗器械领域，尤其是涉及一种腰5骶1前路融合模型的制作方法。

背景技术

腰椎前路椎间融合术(Anterior lumbar interbody fusion,ALIF)自报道以来，随着多年的临床应用，人们对其认识日渐深入，目前已成为一种椎间融合的标准技术，广泛应用于椎体滑脱、椎间盘源性下腰痛、脊柱失稳等病症的治疗。ALIF具有许多其他腰椎融合术所没有的优势，能保存腰椎后侧结构完整性，缩短手术时间，减少失血量，避免椎管内瘢痕形成，同时切除间盘组织彻底，椎间融合面积大，提高融合率，并利于恢复椎间高度及腰椎生理曲度。

目前ALIF常用的Stand Alone融合器，在融合器的基础上加入了内固定螺钉，该固定装置使得融合器生物力学性能更加优越，因此需要在术前规划融合器的大小和内固定螺钉的入钉轨迹。但在实际临床操作中内固定螺钉的轨迹大多数凭借外科医生的经验来选择，缺乏客观性，这样不可避免的会造成术中再融合或者补充固定使手术时间相应延长，术后恢复不理想。

由于血管解剖学，Stand Alone ALIF仅适用于L4L5和L5S1节段，但腰椎前方的血管变化较大、每一位患者的椎体高度也不尽相同，如何在术中避免血管损伤和个体化恢复椎体的高度是临床上较为棘手的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种腰5骶1前路融合模型的制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，包括以下步骤：

1)采用CT扫描患者拟L5S1节段腰椎，获取DICOM格式数据；

2)将数据导入图像分割软件3D Slicer中，重建L5S1三维模型；

3)以L5节段腰椎上终板及骶骨为界进行分割建模；

4)模拟手术摘除椎间盘并模拟植入Stand Alone融合器；

5)采用3D打印机进行实物打印，最终生成腰5骶1前路融合模型。

所述的步骤3)具体为：

采用3D Slicer软件中Segment Editor功能，选择Scissors功能以L5上终板以及骶骨为界进行分离，使用piant功能，分别设定椎体、神经根以及血管的相关灰度值后，进行涂抹，最后进行3D成像获得包括椎体前血管在内的L5S1三维模型。

所述的L5S1三维模型中的椎体、神经根和血管的灰度值不同，用以相互区分。

所述的步骤4)具体为：

将STL格式文件导入逆向工程软件ABAQUS，定位三维参考平面，确定L5S1椎板间融合器的材质以及适应上下椎板面，确定L5S1节段椎体前方的进钉点及钉道方向并模拟置钉，并在其表面制作标志点，保存为STL格式文件。

所述的步骤5)中，3D打印机实物打印所用材料为光敏树脂材料。

所述的步骤1)中，CT扫描层厚度为0.625mm，像素为512*512。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的腰5骶1前路融合模型，利用图像分割软件及3D打印，通过制作患者个性化腰5骶1前路融合模型，达到手术前规划ALIF stand alone融合器的大小形状以及内固定置钉的轨迹方向的目的，使患者得到理想的腰椎高度和功能恢复。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为实施例中构建的L5S1模型。

具体实施方式

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，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，显而易见地，本发明专利包括但是不仅仅限于下面所描述的实施例子。

本发明通过术前分析个性化设计的L5S1前路融合模型在生理功能状态下的力学特性，提供一种有效、快速的一种个性化L5S1前路融合模型的制作方法，以达到手术前规划ALIF stand alone融合器的大小形状以及内固定置钉的轨迹方向的目的，帮助外科医生在术中快速、准确的操作，提高安全性，降低手术风险及成本。

如图1所示，本发明中提供一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，包括以下步骤：

(1)对患者拟L5S1节段腰椎进行CT扫描，获取DICOM格式数据，螺旋CT扫描层厚为0.625mm，矩阵为512*512，矩阵相当于像素；

(2)将数据导入图像分割软件3D Slicer中，重建L5S1三维模型；

(3)以L5上终板及骶骨为界进行分割建模：

使用3D Slicer软件中Segment Editor功能，选择Scissors功能以L5上终板以及骶骨为界手工分离，再使用piant功能，分别设定“椎体”、“神经根”、“血管”相关灰度值后，进行手动涂抹，最后进行3D成像获得包括椎体前血管在内的L5S1三维模型。

模型为一个，以不同的颜色代表椎体、神经根及血管，便于观察。

(4)模拟手术摘除椎间盘并模拟植入Stand Alone融合器：

将STL格式文件导入逆向工程软件ABAQUS，定位三维参考平面，设计L5S1椎板间融合器的材质以及适应上下椎板面，设计L5S1节段椎体前方的进钉点及钉道方向并模拟置钉，并在其表面制作标志点，保存为STL格式文件；

(5)传入3D打印机进行实物打印，实物打印所用材料为光敏树脂材料。

实施例1

实验时间和对象：2017年3月～2017年6月，应用3D打印腰5骶1前路融合模型术前规划再行ALIF手术组25例。

记录患者手术时间、术中出血量。随访一年，通过术后影像资料观察StandAlone融合器置入后的融合率、椎间隙高度等。

统计25例患者的手术时间和手术出血量，分别为(148±25)min和(563±34)ml，术中无输尿管和大血管损伤，术后无交感神经受损、腰椎不稳等并发症。随访结果表明，25例患者术后1年椎体间融合率100％(25/25)，评价椎间隙高度为(15.5±0.34)mm，表明手术临床治疗效果优秀，术前规划带来的手术优化效果显著。

从以上可以看出，在腰椎前路融合手术前提前应用3D打印个性化腰5骶1融合模型，相较于传统手术的术前规划，能够更好的避免血管损伤，减少术中出血量，以及恢复椎间隙高度和腰椎前凸角，加快患者术后功能恢复速度。

本发明中的个性化腰5骶1前路融合模型的制作方法在术前通过影像分析软件获得了准确的患者个性化腰椎三维模型，在逆向工程软件中设计融合器大小并规划入钉轨迹，并将该模型通过3D打印机制作出实物模型；术前通过本模型进行设计和规划手术方法可以得到良好的手术效果；另外本模型制作简单，外科医生无需接受特殊训练即能制作并使用，可快速、准确辅助施术者观察受术者的骨骼和血管的解剖结构，选择融合器及入钉轨迹，提高手术效率，降低手术风险；基于数字化的设计制造，可以实现远程协助设计制作，医院不必购置快速成型机及相关软件，降低了医院成本。可以减少手术时间和术中出血，更好的恢复椎间盘高度和腰椎曲度，改善患者由椎间盘突出引起的神经症状。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用CT扫描患者拟L5S1节段腰椎，获取DICOM格式数据；

2)将数据导入图像分割软件3D Slicer中，重建L5S1三维模型；

3)以L5节段腰椎上终板及骶骨为界进行分割建模；

4)模拟手术摘除椎间盘并模拟植入Stand Alone融合器；

5)采用3D打印机进行实物打印，最终生成腰5骶1前路融合模型。

2.根据权利要求1所述的一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：

采用3D Slicer软件中Segment Editor功能，选择Scissors功能以L5上终板以及骶骨为界进行分离，使用piant功能，分别设定椎体、神经根以及血管的相关灰度值后，进行涂抹，最后进行3D成像获得包括椎体前血管在内的L5S1三维模型。

3.根据权利要求2所述的一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，所述的L5S1三维模型中的椎体、神经根和血管的灰度值不同，用以相互区分。

4.根据权利要求1所述的一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，所述的步骤4)具体为：

将STL格式文件导入逆向工程软件ABAQUS，定位三维参考平面，确定L5S1椎板间融合器的材质以及适应上下椎板面，确定L5S1节段椎体前方的进钉点及钉道方向并模拟置钉，并在其表面制作标志点，保存为STL格式文件。

5.根据权利要求1所述的一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，所述的步骤5)中，3D打印机实物打印所用材料为光敏树脂材料。

6.根据权利要求1所述的一种腰5骶1前路融合模型的制作方法，其特征在于，所述的步骤1)中，CT扫描层厚度为0.625mm，像素为512*512。