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应用3D打印技术手术前诊断女性生殖道畸

选自:中华妇产科杂志年10月第52卷第10期第-页

作者:王姝邓姗朱兰陆菁菁王悦郎景和

手术前诊断女性生殖道畸形,尤其是复杂的生殖道畸形甚至是合并泌尿系统的多发畸形,通常比较困难。三维(threedimension,3D)打印技术是1种新兴的技术,有助于创建精确的解剖学模型。其基本原理是从CT或MRI创建数据集,CT或MRI扫描图像的数据以DICOM格式保存,并输入至图像处理软件;之后将这些软件处理后的图像数据,传输入3D打印系统,应用打印材料实现原始解剖的3D复制。在医疗保健领域,早在年,3D打印技术最早被应用于整形外科口腔颌面部的手术。3D打印技术的使用目前已经扩展到血管外科、骨科、肿瘤学等专业,被用于术前病变的解剖学评估,以及个体化定制预制骨模型或创建患者专用的植入假体,妇科领域的应用尚较为有限。本研究尝试基于薄层MRI数据进行3D图像重建并完成3D打印模型,以协助术前诊断复杂生殖道畸形。

一、临床资料

1.患者的临床资料

患者33岁,已婚,孕1产0。平素月经规律,周期30d,经期3~5d,量中,有痛经。婚后3年,规律性生活。年9月,因“左侧输卵管异位妊娠”于外院行左侧输卵管切除术,术中描述子宫后位,稍增大,宫底部稍宽,右侧输卵管形态未见异常。年1月,因有生育要求行输卵管碘油造影示:(左侧)单角子宫,单输卵管根部阻塞。年2月,于本院门诊就诊,基础体温双相,丈夫检查精液正常,查体:可见左右2个阴道口,其间为一纵隔;左侧易扩张、通畅,窥器暴露可见阴道顶端且该侧子宫颈外观正常,子宫颈口可见;右侧阴道窄,窥器暴露困难,未显露出子宫颈口。年6月,盆腔超声检查提示:子宫4.7cm×6.0cm×3.6cm,内膜厚约0.8cm,宫腔呈“Y”型,肌层回声均匀;双侧附件区未见囊实性包块。提示子宫发育异常,纵隔子宫可能。双肾输尿管超声检查未见异常。

2.患者生殖器官的3D建模及3D打印

对患者进行层厚1mm的薄层扫描盆腔MRI检查(图1),将MRI扫描图像的数据以DICOM格式保存,并应用3D成像软件Mimics10.01(比利时Materialise公司产品)建立子宫、子宫颈及阴道的解剖学3D图像(图2)。再使用光敏树脂材料应用光固化(stereolithographyappearance,SLA)技术使用PrismlabRP型3D打印机[上海普利生(Prismlab)公司产品]完成患者生殖器官模型的3D打印(图3)。

上述术前评估显示,患者子宫体为单个、宫底外观无异常,即宫底无凹陷、无双子宫体,但有两个完全分离的宫腔,因此考虑完全性纵隔子宫。子宫颈两侧完全分离,结合查体,考虑为双子宫颈可能性大。阴道两侧完全分离,结合查体,考虑为双阴道可能性大。综合分析,术前诊断为少见的复杂子宫、子宫颈、阴道畸形,即完全性纵隔子宫[分类为Ⅴa,按照年美国生育协会(AFS)修订的女性生殖器官畸形分类系统]合并双子宫颈双阴道[1]。类似的病例也见于文献报道[2-6],本课题组也曾在“子宫颈胚胎发育的认识现状和研究进展”一文中有所描述[7]。

3.临床处理

年6月,收入本院后行宫腹腔镜联合检查术,术中见宫底部较宽、凹陷不明显,左侧输卵管缺如,右侧输卵管及卵巢未见异常。阴道完全性纵隔,上达子宫颈,右侧阴道稍狭窄。两侧阴道顶端各可见一子宫颈,均略小,发育尚好。双侧宫腔内膜较厚,输卵管开口可见,中央被子宫纵隔完全分开,宫底部纵隔宽厚,下段纵隔稍薄。术中确诊为完全性纵隔子宫合并双子宫颈双阴道,与术前诊断完全相符。遂行腹腔镜下盆腔粘连松解+输卵管通液术联合宫腔镜下子宫纵隔切除+阴道纵隔切开术。患者于术后6个月(年1月)自然妊娠,目前孕6个月余,孕期顺利,正在接受常规产科检查。

[二、讨论]1

3D打印技术的原理及发展现状:3D打印技术是1种新兴的技术,有助于创建精确的解剖学模型,大多数的模型从CT创建数据集,越来越多的模型也有基于其他方式的数据集,如超声或MRI。CT或MRI扫描图像的数据,以DICOM格式保存,并输入图像处理软件(例如:Amira、Avizo、Mimics、Simpleware、3DSlicer等软件)。这些医学影像学检查不能提供颜色信息,但可以使用外套增加符合或接近于原始解剖的颜色。最后将这些软件处理后的图像数据,传输入3D打印系统,完成彩色印刷,实现原始解剖的3D复制,3D打印机的原理类似于传统的喷墨打印机。

影响3D打印质量的关键是每个标本各个特征扫描的数字字符。3D打印模型既可以显示某个标本可见的表面特征,也能获得高质量的解剖学标本模型,这取决于影像学扫描的技术及收集到的影像学数据。解剖教学教具3D打印模型所需分辨率的精确阈值目前尚未可知,但大多数3D打印机的分辨率能够在μm等距,最新一代的3D扫描设备(如固定或手持式表面扫描仪)能够采集更高分辨率的数据集。理论上,只要打印机的分辨率较扫描分辨率更高,例如:3D打印机的分辨率高于MRI或CT的分辨率,那么,3D打印不会导致上述影像学技术所获数据的精度损失。也就是,当从DICOM数据进行3D打印时,3D打印质量至关重要的是打印机的扫描分辨率(切片厚度)是否接近于所选3D打印机的层厚。但在实际打印过程中,仍会有信号的损失[8]。

3D打印最早被应用于整形外科口腔颌面部的手术[9]。3D打印使用的报道目前已经扩展到血管外科、骨科、肿瘤学等领域,被用于术前定制组织器官模型,协助术前评估诊断疾病、建立病理实物模型,用于协助患者教育、术前制定手术方案,甚至创建患者特制的植入假体。但妇科领域应用3D打印技术的尝试尚较为有限[10-13]。

2

3D打印技术应用于复杂生殖道畸形患者术前评估的尝试:女性生殖道畸形,尤其是对于复杂的生殖道甚至是合并泌尿系统的多发畸形,术前诊断通常比较困难。目前,常用的诊断方法为常规或麻醉状态下的妇科查体,联合超声检查,必要时行MRI检查。但往往由于影像学技术的局限,难以准确反映畸形的部位、类型和并发情况。本例通过使用薄层MRI(层厚1mm)检查获得了影像学数据,应用3D成像软件针对患者的生殖器官进行3D图像建模,然后用树脂材料进行3D打印,形成了子宫、子宫颈及阴道的3D实物模型,将抽象的二维影像学信息数据转化为直观的3D模型实物,对于术前诊断复杂生殖道畸形有帮助,也有利于患者及临床医师简洁、直观、准确地理解二维影像学检查发现的器官发育异常。

本例患者应用3D打印技术所成的模型与手术所见基本相符,总结有以下相关经验。首先,3D打印技术需要更多的影像学信息以满足3D数字建模的需要,临床所使用的常规MRI或CT检查不能满足3D打印的要求,通常需要薄层MRI或CT数据集重建。由于MRI对软组织的分辨能力数倍于CT,因此,对于女性生殖器官畸形或子宫体子宫颈肿瘤的评估,MRI优于CT。而且MRI可以显示任意角度的切面图像,而CT只能显示与身体长轴垂直的横断层图像[14-16]。因此,本例患者选用MRI获得影像学数据集。在预试验中,本课题组发现层厚1mm的MRI数据集能满足3D重建的要求,但2mm及以上的层厚都不能形成满意的生殖器官3D图像。随着软件处理技术的改进,有学者认为,层厚较厚的常规MRI扫描也可以满足3D成像的数据集要求,如此可减少因行薄层扫描而耗费的检查时间,节约医疗资源,同时减少患者的不适,这也期待更多研究结果的发表。此外,在3D成像软件图像建模时,妇科医师与有经验的放射科医师合作,对MRI图像中的目标数据进行尽量准确的筛选,这是形成高质量3D模型的关键步骤,也是保证最终的3D打印器官模型尽可能准确表现器官解剖结构的重要环节。另外,本研究选用光敏树脂材料作为3D打印的原料,光敏树脂成形后的产品可呈现透明至半透明磨砂状,产品外观平滑。对于类似于本例需要同时反映器官外部轮廓和内部管腔结构的情况,则非常适合。

本例在薄层MRI基础上进行3D图像重建并完成了3D打印模型,术前诊断患者为完全性纵隔子宫合并双子宫颈双阴道,与其后宫腹腔镜联合检查的诊断相符。本课题组首次初步尝试应用3D打印技术协助术前诊断的结果提示,基于薄层MRI的3D打印技术有可能成为无创诊断女性生殖道畸形的新技术。当然,在未来的工作中,尚需对此项技术在妇科疾病诊治中的应用范围、技术细节和费效获益等方面进行更深入的研究和探讨

参考文献:略

本文编辑:沈平虎

妇产科空间

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