虚拟现实技术在骨科中的运用

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三维模型
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三维测量
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腰椎肿瘤术前评估
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邻近脏器关系
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模拟减压及钛笼植入
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模拟后路椎弓根螺钉固定
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整个模拟手术
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术中所见
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微型齿状突骨折建立
股骨头缺血性坏死三维结构重建
图1-7 骨盆前面观
图1-8 骨盆后面观
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股骨头缺血性坏死三维结构重建
图1-9 骨盆并硬化带
图1-10骨盆并囊性变
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图1-11 髋臼前面观
图1-12髋臼后面观
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9.刘登均 虚拟现实技术在现代外科中的应用，中国数字医学 2012年07卷11期
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谢 谢
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股骨颈中心定位
沿股骨颈 部中心轴 导入模拟 导针
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平台锉打磨
去除股 骨颈近 端骨质 部分约 6mm厚
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桶状锉打磨
观察股骨 颈皮质处 是否有切 迹的形成
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锥形锉打磨
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股骨近端打磨顺序示意图
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股骨近端虚拟打磨后结果
颈丛皮支、动静脉毗邻关系
颈丛皮支、膈神经、脊髓、颈 神经毗邻关系
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臂丛神经根、干、股、束、14支
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臂丛神经和周围结构三维模型 重庆市涪陵中心医院
讨论
病变 评估 视野 拓展 仿真 手术
虚拟 现实
精确手术方案设计、模拟手术操 作、术中三维可视定位、手术导 航，保证手术质量。
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处理
虚拟 现实
手术 定位 空间
匹配
研究资料
CT
影像学资料
工作站
X片
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研究材料
Mimics10.0
重建患者髋关节结构
Geomagic studo 8.0
三维检测及三维测量
3ds max v 7.0
虚拟手术操作平台
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相关病例介绍
1
全髋表面置换术的设计 股骨颈骨囊肿三维模型 腰椎转移瘤的术前评估 齿状突骨折模型的建立
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可视化虚拟仿真手术
• 实验材料：左侧股骨3D模型 • 实验设备：计算机工作站 • 实验软件：（1）Geomagic; （2）3dsmax
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可视化虚拟仿真手术
股骨颈直径确定
-
假体大小确定
股骨颈中心定位 股骨近端打磨
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假体的选择
分别测量 股骨头颈 交界处的 前后，内 外侧的最 大直径
图1-14，1-14， 1-15， 1-16分别髋臼右侧面 观及左侧面观，并股骨颈的病变组织
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股骨头缺血性坏死三维结构重建
图1-17，1-18， 1-19， 1-20分别右侧股骨前后 观及左侧股骨前后观
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图1-21，1-22， 1-23， 1-24分别右侧股骨并硬 化带囊性变及左侧股骨并硬化带囊性变
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2
3
4
全髋表面置换术的设计
实验1
三维重建髋关节3D模型
实验2
HRA可视仿真虚拟操作
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前言背景
全髋表面置换
全髋关节置换
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图1-1 骨盆正位X片
图1-2 髋关节侧位X片
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股骨头缺血性坏死三维结构重 建
图1-3 骨盆CT扫描
虚拟现实技术在骨科中 的运用
重庆市涪陵中心医院骨科
刘登均
2013年12月11日
www.zittle.haodf.com;E-mail:liudengjun213@163.com
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目录
1
2 3
前 言 背 景 研 究 对 象 实 验 步 骤 病 例 介 绍 讨 论 展 望
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参考文献
1. 刘 登 均 , 李 奇 , 林 荔 军 , 等 . 股 骨 颈 骨 囊 肿 三 维 数 字 模 型 的 建 立 [J]. 广 东 医 学.2010.31(19):2052-2054; 2. 刘登均 , 李奇 , 李鉴轶 , 等 . 可视化虚拟手术在全髋关节表面置换中的应用 [J]. 重庆医 学,2010,39(7)787-788； 3.刘登均,贺小兵 ,王明贵 ,等 .Mimics 软件在腰椎转移性肿瘤术前评估中的应用 [J].中国 数字医学.2011,6(1); 4.刘登均 ,李争艳 ,李鉴轶 ,等.全髋关节表面置换术个体化数字手术的设计 [J].中国数字 医学.2011,6(5):89-92; 5.刘登均 ,贺小兵 ,王明贵 ,等.基于 CT断层图像重建股骨头缺血性坏死髋关节的三维结构 [J].局解手术学杂志.2011,20(2):154-156; 6.刘登均 贺小兵 王明贵等，基于术前三维量化的头颈开窗技术治疗早期股骨头缺血性 坏死，中国数字医学 2012年07卷12期 7.刘登均 贺小兵 王明贵等， Mimics 软件在齿状突骨折诊断中的价值，局解手术学杂志 2012年21卷01期 8.刘登均 李鉴轶 贺小兵等， 基于逆向工程 /正向设计的三维重建金属对金属全髋表面 置换假体，中国组织工程研究与临床康复 2011年15卷43期
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股骨头缺血性坏死三维结构重建
DICOM格式的原始数据导入计算机工作站
蒙罩 编辑
区域 增长
计算 三维
重建后的三维模型还要经过光滑处理
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股骨头缺血性坏死三维结构重建
图1-4界定阈值
图1-5 编辑蒙罩
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图1-6 3D计算
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齿状突骨折
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模拟后路短节段固定
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透明后处理
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术后X片及CT重建
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枕小神经、耳大神经形态
颈横神经、锁骨上神经形态
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膈神经、肩胛提肌、斜角肌
颈丛在颈内静脉后方，胸锁 乳突肌深面走行 重庆市涪陵中心医院
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图1-25， 1-26分别右侧股骨颈病变组织 左侧股骨颈病变组织
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图1-27硬化带特性
图1-28囊性变特性
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图像比较
术前，术中，及 三维重建后比较
双侧股骨头前外侧囊性变,囊性变周围夹杂着硬 化带，左侧股骨头皮质破坏明显，前外侧塌陷。
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虚拟仿真特点概述
1
精确化 个性化
2
3
微创化
远程化
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4
前景展望
1、基于虚拟现实的3D解剖能给解剖学教学带来 根本性的变化。 2、虚拟现实将会更多地应用于复杂创伤、脊柱 及关节微创手术
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偏倚或不足
1
前期工作量较大 缺乏统一的软件 针对个案特殊
2
3
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4
5
基本含义
计算机图形学
人工交互技术
虚拟现实
人工智能
传感技术
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虚拟手术在现代外科中的应用
肝胆 外科
颌面 外科
矫形 外科
虚拟 手术
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基本特征
…
异物感
沉浸感 交互性
多感知性
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前言背景
图像 重构手术部位及周围的 组织解剖结构 位置测量、空间映射、 手术干预和定位精度 虚拟现实中进行手术规 划和手术方案的模拟
上面观
下面观
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股骨近端虚拟打磨后结果
前面观
后面观
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虚拟手术前后对比图
前后观
内外观
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虚拟打磨过程概述
虚拟手术 器械设计
3ds max v7.0布尔逻 辑运算系统
近端股骨 虚拟打磨
仿真术后 骨质评估
虚拟 手术
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股骨颈骨囊肿三维数字模型