用于甲状腺手术术前评估的个性化3D打印模型

摘要

本文提出了一种建立个性化3D打印模型用于甲状腺手术术前评估的新方法。有利于术前讨论，降低甲状腺手术难度。

摘要

甲状腺癌手术区域的解剖结构很复杂。术前全面仔细地评估肿瘤位置及其与囊、气管、食道、神经和血管的关系非常重要。本文介绍了一种基于计算机断层扫描（CT）DICOM图像的创新3D打印模型建立方法。我们针对每位需要甲状腺手术的患者建立了个性化的颈椎甲状腺手术领域3D打印模型，帮助临床医生评估手术的关键点和难点，选择关键部位的操作方法作为依据。结果表明，该模型有利于术前讨论和手术策略的制定。特别是，由于甲状腺手术视野中喉返神经和甲状旁腺位置的清晰显示，可以避免在手术过程中对它们的伤害，降低甲状腺手术的难度，并降低术后甲状旁腺功能减退症和喉返神经损伤相关并发症的发生率。此外，这种3D打印模型非常直观，有助于患者在手术前签署知情同意书。

引言

甲状腺结节是最常见的内分泌疾病之一，其中甲状腺癌占14%-21%¹。甲状腺癌的首选治疗方法是手术。但由于甲状腺位于颈前部区域，手术区有靠近甲状腺的重要组织和器官，如甲状旁腺、气管、食道、颈大血管和神经^2、3等，使得手术难度较大，风险较大。最常见的手术并发症是由甲状旁腺功能损伤引起的甲状旁腺功能下降或喉返^{神经损伤引起的}错误切除和声音嘶哑4。减少上述手术并发症一直是外科医生的目标。甲状腺手术前最常见的成像方法是超声成像，尽管其对甲状旁腺和神经的显示^{非常有限5}。此外，甲状旁腺和喉返神经在甲状腺手术区的位置变化很大，阻碍了识别^6，7。如果在手术过程中能够通过模型实时向外科医生清晰显示每个患者的解剖位置，将降低甲状腺手术的操作风险，降低并发症的发生率，提高甲状腺手术的效率。

此外，在手术前向患者彻底解释手术过程也具有挑战性。一些没有经验的外科医生发现很难向患者解释和传达手术的确切细节，特别是因为甲状腺及其周围结构的复杂性。每个患者都有自己独特的解剖结构和个人需求⁸.....

方案

这项研究不需要获得患者的批准或任何形式的同意即可使用和发布他们的数据，因为本研究和视频中的所有数据和信息都是匿名的。

1. 图像数据的收集

1. 通过增强型计算机断层扫描（CT）扫描患者的甲状腺，以获得DICOM格式的图像数据。确保此过程在操作前 1 周内完成，并控制切片厚度，使其为 ≤1 毫米。

2. DICOM数据的处理

1. 将扫描的患者图像数据导入软件（见 材料表），并根据甲状腺与周围组织或器官之间的灰度值差异设置适当的阈值。由于不同的灰度值是人体不同区域密度差异的反映，因此将 灰度阈值 （单位:hu;在软件上）设置为 226-1，500 以呈现骨骼图像;将 阈值 设置为 -200-226 以显示甲状腺图像。让软件自动识别框框区域，如果识别不满意，则手动勾勒出目标区域的边界。
   注意:模拟自动选择甲状腺区域并使用3D区域生长技术分割图像并计算3D重建。同时，对3D图像进行优化，降低粗糙度和台阶感，获得自然、流畅、真实的3D数字可视化模型，使外科医生能够更直接地观察3D模型。
2. 从重建的数据模型生成 STL 文件。在软件....

结果

本文提出了一种构建患者甲状腺个性化3D打印模型的方案。图1显示了为患者甲状腺建立个性化3D打印模型的流程 图 。 图2 显示了用于患者甲状腺的个性化3D打印模型打印设备。 图3 显示了为甲状腺患者建立个性化3D打印模型的软件界面。视频中详细介绍了显示的界面。 图4 显示了患者甲状腺个性化3D打印模型的成品。它显示了同一患者3D模型的不同解剖水平和状态。左边是肌肉切除后的甲状腺手术区域。右侧是被胸锁乳突肌包裹的甲状腺手术区。 图5 显示了甲状腺癌患者的案例，该患者在手术前通过增强CT构建了甲状腺区域的完整3D打印模型。A为冠状切片，B为横断面，C为患者CT扫描矢状面。 D表示基于CT构建和打印的3D模型。 基于CT，叠加每次CT扫描的横截面以建立3D模型。与传统CT相比，它更具立体性和直观性，可以通过360°旋.......

讨论

对于大多数接受甲状腺手术的患者来说，超声可能是唯一的术前成像程序¹⁵。然而，少数分化良好的病例可能患有晚期疾病，这些疾病侵入周围组织或器官并阻碍手术¹⁶。这种模式可能更适合远晚期甲状腺癌患者。当疾病进展时，额外的CT扫描有助于进一步诊断。该模型基于CT扫描，与目前可访问的批量生产的甲状腺模型相比，CT扫描提供了更多的解剖学和形态学信息。它还可以清楚地显示甲状腺肿瘤与甲状腺之间的关系，以及甲状腺肿瘤与周围组织之间的关系。

由此产生的模型可用于预测手术前的主要结构变化和畸形。在临床实践中，大大提高了医生针对不同患者进行个性化手术评估的效率。外科医生的经验表明，这种模式减少了手术的不可预测性，缩短了手术时间。该模型的意义在于通过提供有关患者自身解剖结构和变异的充分信息来改善患者的预后，更好地了解术后结果，包括可能与手术自然过程相关的并发症，并制作反映基于CT的解剖结构的真实甲状腺模型。

此外，制作3D打印的甲状腺癌模型可以帮助患者更好地了.......

材料

本文使用的材料清单

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