三维耳郭导板的制作及其在耳郭再造术中的应用.docx

论著doi:10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.01三维耳郭导板的制作及其在耳郭再造术中的应用陈克光傅窈窈杨琳戴培东张天宇【摘 要 】目 的参 照 小 耳畸形患者健侧耳郭影像数据 ，制作三维耳郭导板 ，并打印为三维实体模型 ，为患侧耳郭再造 提 供 手 术 指 导 。 方 法 应 用 Mimics 软件对患者健侧耳郭 CT 数 据 进 行 分 割 、镜 像 、膨 胀 等 处 理 ，获 得 患侧耳郭和导板的 三 维 虚 拟 模 型 ，将 其 导 入 3D 打 印 机 生 产 三 维 实 体 模 型 ，并 应 用 于 临 床 。 结 果成 功 制 作 出 个 体 化 仿 真 度 较 高 的 患 侧 重建耳郭和导板的三维实体模 型 ，并 应 用 于 临 床 耳 郭 再 造 术 ，用 以 指 导 术 中 精 细 雕刻耳郭软骨支架 ，并 协 助 患 侧 再 造 耳定 位 。 结 论 基 于 Mimics 软 件 和 3D 打印技术制作的耳郭和导板的数 字 与实体三维模型 ，有 助 于 指 导 术 中 精 细 雕 刻 耳 郭软骨支架和定位 。【关 键 词 】小 耳 畸 形 耳 郭 三 维 打 印【中 图 分 类 号 】 R319 【文 献 标 识 码 】 A【文 章 编 号 】 （）373Application of Three-dimensional Auricular Guide Plate in Auricular Reconstruction CHEN Keguang1, FU Yaoyao1,YANG Lin2, DAI Peidong2, ZHANG Tianyu1. 1 Department of Otorhinolaryngology Head & Neck Surgery, Eye & ENT Hospital, Fudan University, Hearing Medicine Key Laboratory, National Ministry of Public Health, Shanghai 200031, China;2 Experimental Center, Eye & ENT Hospital, Fudan University, Hearing Medicine Key Laboratory, National Ministry ofPublic Health, Shanghai 200031, China. Corresponding author: ZHANG Tianyu (E-mail: ).【Abstract】 Objective To provide guidance for auricular reconstruction by using three -dimensional auricle and guide plate based on auricular image data of the healthy side, and the three-dimensional solid model was printed. Methods The virtual three-dimensional model of the auricle and guide plate of the affected side was established by segmenting, mirroring and expanding CT data from the healthy auricle using Mimics software, which was further imported into a 3D printer to produce a three -dimensional solid model for clinical applications. Results An individualized and delicated three - dimensional solid model of a reconstructed auricle and guide plate of the affected side was successfully produced. It was used in auricular reconstruction for finer carving and localization of the affected auricle. Conclusion The digital and solid three -dimensional model of the auricle and guide plate obtained by Mimics software and 3D printing technology, may contribute a lot to the fabrication and localization of the affected auricle in microtia surgery.【Key words】 Microtia; Auricle; Three-dimensional printing小耳畸形是较为常见的出生缺陷 ，发 病 率 为取 自 体 肋 软 骨 雕 刻 移 植 。 采用二维胶片法 （在 X 光片上描绘正常耳郭的外形 ），对健侧耳郭的二维信息 进行记录 ，然后以此为参照雕刻耳郭支架 。但耳郭的 外观是由其三维形态所决定的 ， 单独按二维模型 雕刻出一个具有理想层次感和立体感的耳郭支架并对0.5/10 0001/10 0001。 目 前 ，小耳畸形主要通过 耳郭再造术进行整复 。 然而，耳郭的形态复杂 ，耳郭再 造术是耳科和整形外科最富挑战性 的 课 题 之 一 2。由于移植材料的组织相容性等问题 ，耳郭再造常 采其进行定位主要依赖于术者的经验 ，对术者的空 间基 金 项 目 ：复 旦 大 学 “985 工 程 ”三 期 项 目 ；国家自然科学基金面 上 项 目 （编 号 ：81070786）；教育部创新团队 （编 号 ：IRT1010）.作 者 单 位 ：200031 上海市 复旦大学附属眼耳鼻喉科医院耳 鼻 喉 科 ， 卫生部听觉医学重点实验室 （陈 克 光 ， 傅 窈 窈 ， 张 天 宇 ）；200031 上海市 复旦大学附属眼耳鼻喉科医院实验中心 ， 卫 生 部 听觉医学重点实验室 （杨 琳 ，戴 培 东 ）。通 讯 作 者 ：张 天 宇 （E-mail：）。感觉 、审美能力也有极高的要求 。 因此 ，制备患侧的三维耳郭和导板模型对于提高耳郭再造水平具有重 要意义。本研究运用逆向工程技术 ，在 Mimics （Materi鄄ournal of Tissue Engineering and Reconstructive Surgery, February 2014, Vol .10 No.1 38 alises interactive medical image control system ） 软 件平台上 ，利用三维重建技术和图形图像处理等技术 ，将其导入 3D 打印机制造出三维 实体模型（图 2）。制作患侧重建耳郭和导板的三维模型 ，为术前预 测耳郭成形效果和术中精确雕刻耳郭软骨支架并协助再造耳定位提供参照 。11.1材料与方法设备及软件Mimics 12.3（Materialise 公司 ，比利时 ），3D 打印A：患 侧 （右 侧 ）畸 形 耳 郭 ；B：健 侧 （左 侧 ）正 常 耳 郭 ；C：佩 戴 重 建耳 郭 和 导 板 ；D：患侧重建耳郭和导板 A: malformed auricle (right side); B: normal auricle (left side); C: wearing the reconstructed auricle and guide plate; D: reconstructed auricle and guide plate of the affected side图 1 患侧重建耳郭和导板的三维数字模型示意图 Fig. 1 The schematic diagram of three-dimensional digital model of a reconstructed auricle and guide plate of the affected side机 （Quick450，西 安 交 大 ）。 3D 打 印 机适用原材料为 光 敏 树 脂 ， 打 印 层 厚 0.050.3 mm， 精 度 0.1 mm（L100 mm，L 表示打印长度）或0.1%（L100 mm），支持带有 STL 接口的所有三维造型软件 。1.2CT 扫描颞 骨 高 分 辨 率 CT （Siemens somatom10， 德 国 ），按听眦线行颅底水平位扫描 ，扫描范围包括整个 耳郭 ，层 厚 0.75 mm，层 间 距 0.5 mm，电 压 140 V，电流 100 mAs，矩阵 512512，每层扫描 1317 sec。窗位 700 HU，窗宽 4 000 HU。 扫描所得连续断层数据图像以 DICOM 格式输出 ，存于移动硬盘中 。A：产 品 展 示 ；B：显 示 导 板 ；C：显 示 耳 郭A: product display of the whole plate; B: display of the guide plate; C: display of the auricle数据处理及三维重建将 CT 扫 描 获 得 的 DICOM 数 据 导 入 Mimics 软 件中，新建 Mask，选择阈值范 围 为-435330，界 定 软 组织，提取健侧耳郭和颜面部的三维信息 。作一过鸡 冠顶点 、枕骨大孔后缘中点 、枕外隆突点的正中矢状1.3图 2患侧重建耳郭和导板的三维实体模型 Fig. 2 The three-dimensional solid model of a reconstructedauricle and guide plate of the affected side整个制作过 程耗 时 较短 ，制作三维数字模型 耗时约 0.5 h，制作三维 实体模型耗时约 4 h。 将耳郭和导板的三维 实体 模型应用于耳郭再造术中 ，通 过 观面为镜面 ，将健侧耳郭和颜面部的三维信息镜像 至察 对比，雕刻出更接近于健侧耳郭的软骨支架 ，并可协助患侧再造耳定位 ，缩短了手 术时间 。患侧 ，从而获得患侧重建耳郭和颜面部的三维数据 。应 用 “Morphology Operation” 中 的 “Dilate” 功 能 对 患侧重建颜面部的 Mask 进 行 像 素 点 的 膨 胀 ，得 到 新3讨论的颜面部 Mask， 再将新的颜面部 Mask 和 患 侧 重 建颜 面 部 的 Mask 进 行 “Boolean”计 算 ，并 在 此 基 础 上 进行旋转 、切割等操作 ，切割时鼻部上缘以双内眦连线水平为标准 ，得到导板的三维信息 。将导板和患侧重 建 耳 郭 进 行 “Merge” 操 作 ， 得 到所需三维数字模 型，即患侧耳郭和导板的三维数字模型 ，最后根据所 建模型的用 途 导出 相 应的格式 文 件 。 本研究 中三维 数 字 模 型 以 STL 格 式 导 出 ， 再 将 其 导 入 3D 打 印 机 中 ，设 置 打 印 层 厚 为 0.1 mm，喷 头 流 速 为 10.0 m/s， 喷头温 度为 25 ，即 可生产 出三维 实体 模型 。耳郭是人体表面形状最 复杂的器官，由耳轮、对耳轮、耳屏、对耳屏、三角窝、耳甲腔、耳甲艇、耳垂等构成，且个体之间形态差异较 大。耳郭畸形是影响小耳畸形患者美观的主要问题 ，目前主要通 过耳郭 再造术进行整 复 。随着 整形技术的进 步 、患 者对耳郭 美观要求 的 日趋增 高 ，二 维 胶片法难 以 满足 精细 整 形手 术 的 需 要 。 近 年 来 ， 随 着 3D 打 印 技 术 的 不 断 发展，使 得 快速 制造 3D 实体 模型成为 可能 。Mimics 软 件 是 目 前 最 常 用 的 三 维 医 学 影 像 处 理 系 统 之 一 ，能 直 接 读 取 DICOM 格 式 的 影 像 数 据 ，结果2通 过数据分割 、提取等操作 直接 快速地生 成三维 数本 研 究 应 用 小 耳 畸 形 患 者 颞 骨 CT 扫 描 所 获 得的 DICOM 格式图像数据，使用 Mimics 软件对其进行 处理，建立了患侧耳郭和导板的三维数字模型（图1），字 模 型 ，若 连 接 3D 打 印 机 即 可 制 造 出 三 维 实 体 模型 。 傅窈窈 等3在 Mimics 软 件 平 台 上 对 108 例 单 侧先 天 性 外 中 耳 畸 形 患 者 的 CT 影 像 数 据 进 行 研 究 ，组 织工程与重建外科杂志 14 年 2 月 第 10 卷 第 1 期 39 发现镜像处理对侧正常耳郭形态后 ， 均可获得患 侧小耳畸形患者患侧重建耳郭和导板三维实体模耳郭软骨支架的三维 模 型 。吴 国 锋 等联 合 采 用4型的建立 ，不但有助于耳郭再造术中肋软骨的精 细Mimics 软 件 和 Geomagics 软 件 ，对单侧耳郭缺失患 雕刻和组装 ，患侧再造耳的定位 ，还可用于术前耳郭整形效果的预测 。 三维耳郭导板实体模型制作过程 简单快捷 ，耗时少 ，方便掌握 ，利于推广 。者进行了缺耳反求设计 。Jiao 等5使用 CT 数 据 重 建耳缺损患者健侧外耳的三维模型 ， 并利用该模型 完成了耳赝复体的计算机辅助设计 ，再使用分层实 体参 考 文 献制造了纸质实体模型 ，最后翻制为硅橡胶赝复体 ，该赝复体在形态上与患者健侧外耳非常相似 ， 并且 与1Kosling S, Omenzetter M, Bartel-Friedrich S. Congenital malfor-mations of the external and middle ear J. Eur J Radiol,2009,69 (2):269-279.王 晓 军 ,刘 志 飞 ,乔 群 ,等 .先天性小耳畸形修复中的耳甲 腔 重 建J.整形再造外科杂志 ,2005,2(3):165-166.傅 窈 窈 ,戴 培 东 ,张 天 宇 .计算机辅助设计在先天性中外耳畸形 整复术中的应用 J.中 国 数 字 医 学 ,2010,5(4):48-50.吴 国 锋 ,赵 铱 民 ,渠 乐 ,等 .应 用 层 去 图像法和反求工 程 完 成 单 侧耳 缺 损 修 复 的三维反求设计 J. 中 国 临 床 康 复 ,2004,8 (14):2670-2671.Jiao T, Zhang F, Huang X, et al. Design and fabrication of auricular prostheses by CAD/CAM system J. Int J Prosthodont,2004,17(4):460-463. 张 海 林 ,王 晓 军 ,贾 懿 ,等 .应 用 逆 向 工 程 技 术构建三维耳郭 模 型 J.中 国 美 容 医 学 ,2007,16(5).649-652.（收 稿 日 期 ：2013 年 12 月 18 日 ；修 回 日 期 ：2014 年 1 月 27 日 ）缺损区匹配良好 。张 海 林 等 6 应用三维测量方法构 建了小耳畸形患者健侧耳郭的三维数字模型 ，和 与2之完全对称的耳郭树脂实体模型 。然而，以上方法由于操作步骤繁琐冗长 ，不利于掌握和普及 。 因此，本 研究采用了简洁实用的方法 ，利 用 Mimics 软 件 对 小耳 畸 形 患 者 CT 扫 描 获 得 的 DICOM 图 像 数 据 进 行 分 割 、提 取 、重 建 等 操 作 ，直接快速生成患侧耳郭和 导 板 三 维 数 字 模 型 ， 并 将 其 与 3D 打印机连接制造 345出三维实体模型 。 整个制作过程方便快捷 ，耗时 较6短。本研究中导板鼻部上缘平双内眦连线水平 ，有利于实体模型的定位与固定 。!新 年 寄 语本刊 10 周年的一点感想随着马年春节的来临 ，本刊迎来了创刊以来的第 10 个年头 。 春节假期中 ，看着今年第 1 期 的 小 样 ，回 想 起本刊自申办以来的点点滴滴 ，颇多感慨 ，信手写来 ，成此小文