基于鼻骨患者CT检查的过屈过伸位模具设计.pdf

1e基础研究266-BME&Clin Med,May 2023,Vol.27,No.3生物医学工程与临床2 0 2 3年5月第2 7 卷第3期网络出版时间：2 0 2 3-0 4-2 10 9：57：12 D0I：10.13339/j.c n k i.s g l c.2 0 2 30 42 0.0 12网络出版地址：https:/ 例鼻骨扫描患者，其中2 0 例为使用模具患者，2 0 例为未使用模具患者。对正常人的生理弯曲弧度进行测算，依据其生理曲线深度，设计一种符合人体颈椎特点的凸型或凹型模具，用于行过屈或过伸位鼻骨检查。模具支撑材料采用3E椰棕填充，外部用羊绒/竹炭面料、高弹中空棉及乳胶包裹。采用过屈、过伸位模具对鼻骨患者进行螺旋CT(MSCT)扫描。扫描后对患者进行满意度调查；比较两名医学影像科诊断医生对图像质量的评分。结果过伸模具（凹型）颈椎处高度设计为10 cm、宽31cm、厚度5cm，满足不同患者的颈椎深度。过屈位模具（凸型）顶部高度2 5cm、宽度31cm、厚度5cm。行冠状位鼻骨MSCT检查时，颈部安装过屈过伸位模具，鼻骨结构较常规检查显示更加充分，极大提高了临床的诊断效率，减少了误诊率。患者舒适满意度100%；两名影像科医生分别进行图像质量评分，使用模具图像质量评分高于未使用模具的图像质量评分。结论该模型的应用采用棕榈材质，外包橡胶软垫，更符合人体工学设计，增加了患者舒适度的同时，解决了患者不能长久保持过屈过伸位的技术难题关键词：鼻骨影像；过屈过伸；模具；CT；颈椎中图分类号：R318.6;TH781文献标识码：A文章编号：10 0 9-7 0 9 0(2 0 2 3)0 3-0 2 6 6-0 6Design and application of hyper-flexion hyper-extension position mold based on CT examination of nasal borpatientsYANG Lei,YANG Cun,ZONG Hui-qian,DONG Jin-hui,QI Qian,HAN Xue-fang,SHEN Jun-wei3(1.TheSecond Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang050000,Hebei,China,2.Hebei Medical University,Shiji-azhuang050000,Hebei,China,3.Sihaiqiao Clinic,West Beijing Medical District,Chinese PLA General Hospital,Bejing100098,China)Corresponding author:YANG Cun.E-mail:.Abstract:Objective To study and fabricate hyper-flexion and hyper-extension position mold and apply in clinic for solvingdifficult bending of cervical spine in CT examination.Methods The 3E coconut palm and cashmere/bamboo charcoal fab-rics,high elastic hollow cotton and environmentally friendly latex materials were selected.A total of 40 patients with nasalbone scan were enrolled,which included 20 patients with mold and 20 patients without mold.The physiological bending radianof normal people was measured.According to the depth of physiological curve,convex or concave mold that met characteristicsof human cervical spine was designed for nasal bone examination in hyper-flexion or hyper-extension position.The mold sup-porting material was flled with 3E coconut palm,and outside was wrapped with cashmere/bamboo charcoal fabric,high elastichollow cotton and latex.The patients were scanned by spiral CT(MSCT)with over flexion and extension mold,and satisfactionsurvey was conducted after scanning.The image quality scores of 2 medical imaging diagnostic doctors were compared.Re-sultsThe height of extension(concave)cervical vertebra was 10 cm,width was 31 cm,and thickness was 5 cm,which met thecervical vertebra depth of different patients.The top height of flexion(convex)was 25 cm,width was 31 cm and thickness was 5 cm.During coronal nasal MSCT examination,the cervical spine was installed with hyper-flexion and hyper-extension position mold,and nasal bone structure was more fully displayed than conventional examination,which greatly improved clinical diagnostic effi-ciency and reduced misdiagnosis rate.The comfort satisfaction of patient was 100%,and 2 radiologists scored image quality re-spectively,the image quality score of mold was higher than that of without mold.Conclusion It is demonstrated that the appli-cation of model adopts palm material and is covered with rubber cushion,which is more in line with ergonomic design,increases作者单位：1.河北医科大学第二医院，河北石家庄0 50 0 0 0；2.河北医科大学，河北石家庄0 50 0 0 0;3.中国人民解放军总医院京西医疗区四海桥门诊部，北京10 0 0 9 8作者简介：杨磊（19 8 7），女，河北衡水市，本科，主管技师，主要从事医学影像技术研究。电话：1517 6 19 318 8。E-mail：40 42 58 6 9 5 q q.c o m。基金项目：河北省省级科技计划资助项目（2 0 37 7 7 33D)；河北省医学科学研究课题计划项目（2 0 2 10 8 15)；河北医科大学第二医院院基金项目(2HC202057)实用新型专利：国家实用新型专利（ZL201922489242.2）通信作者：杨存（19 8 7 一），女，河北衡水市，硕士，工程师，主要从事医学影像图像处理及生物医学工程方面研究。电话：157 3118 0 9 56。E-mail：。版权保护，不得翻录。BME&Clin Med,May 2023,Vol.27,No.3生物医学工程与临床2 0 2 3年5月第2 7 卷第3期267the comfort,and solves the problem that the patient cannot maintain long-term hyper-flexion and hyper-extension position.Key words:nasal bone image;over flexion-extension;mold;CT;cervical spine随着医学影像检查技术的临床发展，检查方法和检查手段在逐渐更新。尤其是在做头部或鼻骨位检查时，需保持完全静止状态，在要求患者检查时保持颈椎过屈、过伸位时，检查姿势对一些患者而言难度极大，且保持时间不能长久，易造成患者颈部不自觉抖动，从而形成图像上的运动伪影，影响检查效果 9 。因此在提高检查效率的基础上，能够正确地保持体位显得尤为重要110 17 。为更好保持特定检查体位的患者，笔者设计了一种过屈过伸位模具，以解决上述影像检查中存在的难题1材料与方法1.1实验材料与仪器1.1.1实验材料内部支撑材料采用3E（e n e r g y，e f f i c i e n t e n g i n e）椰棕进行填充，材质偏硬，外部包裹采用羊绒/竹炭面料、高弹中空棉及环保乳胶材料1.1.2主要仪器CE公司OptimaCT660功能型6 4排12 8 层螺旋CT机。ADW4.6工作站进行图像后处理1.1.3临床材料选择40 例鼻骨扫描患者，其中2 0 例为使用模具患者,2 0 例为未使用模具患者。病例中男性18 例,女性2 2 例；男性平均年龄48.8 9 岁（标准差51.35岁），女性平均年龄53.36 岁（标准差11.9 5岁）。1.2方法1.2.1正常人颈椎生理弯曲测算方法颈段脊柱生理曲度采用Borden氏测量法。对正常颈椎弯曲弧度建立平面模型，而颈椎生理曲线的深度是笔者研究中模具尺寸大小的关键依据。在Borden氏测量法中提到正常人颈椎生理曲度值受种族、年龄、性别、身高、体质量及弧顶点分布不同等因素的影响,测量值有所不同。一般认为颈椎曲度弧顶点的位置应该在C4（图1)。应用CAXA2011绘图软件，以O点为坐标原点，确定A、B、C 3点坐标(Xn,Yn）（n 3）绘制整圆，自枢椎齿突后上缘到Cz椎体后下缘画一条直线，为AB线，沿颈椎各椎体后缘画一条连线，为AB弧，在AB线、AB弧间最宽处的垂直横交线为C线，此即为颈椎生理曲线的深度，乙AOB为颈椎生理弯曲弧度18 。根据3个坐标点来计算一个圆模型，设任一个圆的圆心坐标为（xo,yo），半径为r。尹那么圆的公式为：(x1-xo)2+(yi-yo)2=r2(x2-x0)2+(y2-yo)2=r2(x3-X0)2+(y3-yo)2=r2AC2C3C4.C0C5C6C7B图1颈椎弯曲示意图Fig.1Schematic diagram of cervical spine bending1.2.2模型设计1.2.2.1设计思路目前医学影像CT检查过程中，经常会出现特殊体位的扫描，部分患者在检查过程中需要最大限度地低头和仰头，从而形成医学上的颈椎的过屈过伸，但此种体位对于较长时间保持的情况下困难较大，而且极易产生不适感。如在检查过程中没有一个舒适的模具支撑，患者往往难以达到标准的过屈位或过伸位，从而影响检查结果。因此设计一款过屈过伸位模具来解决检查中面临的问题。1.2.2.2材料内部支撑材质采用棕榈材料，外层软垫布艺包裹，增加使用的舒适度，1.2.2.3结构设计该过屈过伸位模具由支座、支撑结构和底部紧固粘贴设计。下侧半圆弧度与CT检查床完整贴合且加固定黏贴装置，使得模具在安装过程中可以与床体固定连接。包括支座、支撑结构，模具上方设计了颈椎固定槽，模具下方与检查床固定。过屈位模具上部有头部挡板，起到固定头部的作用。由于模具的支撑结构使得患者在检查过程中颈部保持固定姿势，提高了患者的舒适程度,不会产生酸困感，更利于患者配合医生检查。1.2.3应用试验1.2.3.1方法对鼻骨患者进行多层螺旋CT(multi-268-BME&ClinMed,Mayy2023.Vol.27.No.3生物医学工程与临床2 0 2 3年5月第2 7 卷第3期sliceCT,MSCT)扫描。扫描参数：管电流18 0 mA，扫描层厚0.6 2 5mm，层间距0.312 mm，螺距0.516：1，机架转速1s,扫描野12 cm,重建间隔0.6 2 5mm。采用横断位扫描加冠状位扫描，横断位扫描，患者取仰卧位，听毗线垂直扫描床面，扫描范围：眼眶上缘至硬聘水平（包全上颌骨）。冠状位扫描，患者取仰卧位，头后仰，使用模具于颈下，使听毗线平行扫描床面。扫描范围：鼻根部至上颌骨额突1.2.3.2满意度评分与图像清晰度评分扫描后对患者使用模具舒适程度的满意度调查；请2 名医学影像科诊断医生对图像质量进行评分。评价标准为是否能够清晰显示鼻骨间缝隙、鼻颌缝、骨折线、骨折情况等，满分5分1.3统计学方法应用SPSS22.0统计软件进行统计学处理。对病例进行均值和标准差的分析及独立样本t检验。P0.05为差异有统计学意义2结果2.1模具设计结果在过屈过伸位模具的设计过程中，搜集正常人的颈椎CT数据30 例，测算矢状面C4位置到床板的深度，C线平均值为（6 0 5)mm。过伸位模具（凹型）颈椎处高度设计为10 cm、宽31cm、厚度5cm，满足不同患者的颈椎深度。过屈位模具（凸型）顶部高度2 5cm、宽度31cm、厚度5cm。见图2。过伸位模具过屈位模具图2 过伸位、过屈位模具平面图Fig.2Diagrams of hyper-extension mold and hyper-flexion mold2.2采用模具前后影像对比图3中A、B所示为未使用模具的定位图像，头部悬空下垂；C、D 为使用模具的定位图像，对比可见为使用模具的患者头部悬空下垂严重，且需保持姿势至检查结束，极易出现抖动和不适。使用模具后患者躺势平稳，定位快捷准确。E、F为使用模具患者的鼻骨图像，可清晰显示双侧鼻骨远端塌陷，可见数条骨折线，断端轻度错位，且左侧可见小骨碎片；鼻中隔前部骨质连续性中断，未见明显错位及成角，周围软组织肿胀并散在积气；双侧鼻背部及鼻前庭软组织明显肿胀增厚。2.3满意度调查在对使用过屈过伸位模具扫描的患者满意度调查显示，2 0 例患者对模具的舒适程度均表示满意，满意度达到10 0%2.4两名影像医生对影像质量评分比较2名医学影像科医生分别对使用过屈过伸位模具的2 0 例图像质量进行评分，医生1评分（4.8 50.37)分（均值标准误差为0.0 8 1），医生2 评分（4.8 0 0.41)分（均值标准误差为0.0 9 1）。两者比较，两名专家对使用过屈过伸位模具患者的图像质量评分显示意见一致。选取2 0 组未使用过屈过伸位模具的2 0 例图像质量进行评分，医生1评分（4.150.8 7)分（均值标准误差为0.19 6），医生2 评分（4.150.7 4)分（均值标准误差为0.16 7）。使用过屈过伸位模具的图像质量评分高于未使用过屈过伸位模具的图像质量评分。3讨论笔者设计的过屈过伸位模具根据人体的生理构造进行的设计与成型，极大地贴合人体，符合人体形态学特点，采用的乳胶材料也可保护患者的颈部免受二次伤害。患者在行CT检查过程中，舒适程度也得到极大改善，满意度达到10 0%。在成像质量上，过屈过伸位模具的使用也减少了患者由于姿势摆位不达标而造成的图像伪影等问题，减少了误诊的可能性，影像医生对使用模具的图像评分均高于未使用模具的图像评分。患者在进行过伸、过屈位检查时，可高质量地完成整个检查流程，上机时间得到较大改善。笔者试验的不足之处在于数据量较少，在后续研究过程中可增加标本数据量，完善数据体系综上所述，笔者设计的过屈过伸位模具的使用在BME&ClinMed,May2023,Vol.27,No.3269生物医学工程与临床2 0 2 3年5月第2 7 卷第3期ABCDEFA、B：未使用模具的定位图；C、D：使用模具的定位图；E：加扫鼻骨冠状位图；F：容积重建（volumerenderingtechnique,VRT），重建三维图像图3使用和未使用模具的CT鼻骨平扫及三维重建图Fig.3CT nasal bone scan and three-dimensional reconstruction images with and without mold冠状位联合横断位扫描中，能充分显示不同方向骨折线，二者起到互补的作用，且使鼻部解剖结构充分显示，对患处观察全面，提高了诊断正确率，对司法鉴定也有较大帮助过屈过伸位模具的设计和临床试用，使得患者能够完成较长时间的特殊体位的检查，极大地降低了患者在检查过程中的不适程度，更加有利于患者对医生的配合，缩短检查时间也能够获取更加清晰、准确的临床图像，提升检查结果的准确度118 2 1。4丝结论笔者研发了一种医学影像检查时过屈过伸位模具。目前现存的检查手段中患者检查时需自身过度低头和仰头而造成困难，难以形成颈椎部位的过屈过伸；笔者研究解决了这一技术难题。过屈过伸位模具的设计使得患者在CT检查过程中，避免了头托使用中头部过度后坠的不适，提高了患者检查的舒适度，也满足了临床的诊断要求，对鼻骨患者的应用及过270-BME&Clin Med,May 2023,Vol.27,No.3生物医学工程与临床2 0 2 3年5月第2 7 卷第3期屈位、过伸位检查有重要意义。参考文献：1陈松清，黄志鹏，汪敬锋，等.提高鼻骨CT扫描图像质量的探讨.现代医用影像学，2 0 16,2 5（6)：110 0-110 2.CHEN Song-qing,HUANG Zhi-peng,WANG Jing-feng,etal.Study 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flexionand over extension mold:China,CN201922489242.2P.2020-04-17.结合合成生物学开发基于蓝藻的新生物材料据Goodchild-MichelmanIM2023年2 月11日（MaterialsTodayBio,2023，19:10 0 58 3-10 0 58 3.）报道，蓝藻更容易进行基因操作，开发新生物材料。蓝藻具有碳捕获潜力，例如使用基因工程蓝藻生产食用染料和调味品的Spira；使用蓝藻递送治疗分子的生物药物公司LumenBioscience，还有从蓝藻中提取工业生物化学品的Photanol公司。1用于碳捕获的生物复合材料鉴于蓝藻的光合效率，已经有许多开发蓝藻培养系统的碳封存的尝试。一种新型的碳捕获生物复合材料已经被设计出来，它使用生物乳胶黏合剂将蓝藻包裹在丝瓜海绵支架上。丝瓜的多孔性，即干燥的丝瓜果实，使其具有较大的高表面，为蓝细菌的光合作用提供良好的通气性。这种生物复合材料固定碳的效率高、污染少、用水少。若把系统中使用的野生型菌株替换成一种经过设计能将二氧化碳转化为有用的生物产品的菌株，该生物复合材料将在商业上可行。另外，如果工程蓝藻可以利用固定碳促进生物矿化或合成不易生物降解的难降解生物聚合物，则该系统可适用于长期碳封存和储存。不过，这种生物复合材料的一个问题是黏附力减弱，几周后一些细胞从黏合剂中流失到生长介质中，这会降低生物复合材料的碳固定效率。一个潜在的解决方案是使用自然形成生物膜的蓝藻，或者在聚球菌中设计细胞外聚合物质（EPS)的分泌来促进黏附2生物光电技术在生物膜中，某些蓝藻在光合作用时将电子转移到膜上，产生光电流。当生物膜生长在电极上时，这种光电流可以被 收获。目前，已有3D打印电极柱制成，以有效地利用来自Synechocystis sp.PCC6803或Nostocpunctiformme生物膜的光电流。研究者使用气溶胶喷射打印方法，用氧化钢锡颗粒“墨水”打印出一个新颖的分支支柱结构，使光和电解质渗透到整个过程。其获得的光电流输出是半人工光合作用系统中报道的最高的，与现有生物燃料系统的效率相媲美。为了扩大这项技术的规模，使其与其他能源竞争，需要改进这些材料中的电子转移。目前，在对外膜蛋白进行基因编码以增强细胞外电子转移和结合碳纳米管等非生物材料来改善功能方面，已经展开了一些工作。3细胞内生物材料蓝藻有由蛋白质外壳组成的微室，围绕着具有特定功能的酶,就像真核细胞中的细胞器一样。其中两个微区室，羧基体和气体囊泡，是生物技术应用的强有力的候选者。羧基体使蓝藻能够有效地固碳，若将羧基体引入植物叶绿体，则可能会改善植物的碳固定。最近，一组最小的4个羧基体基因被插入烟草后成功地产生了简化的羧基体结构。气囊让蓝藻可以在水柱中垂直移动。最近有研究发现，从蓝藻中纯化的囊泡可以散射声音，使它们成为非侵人性超声成像的候选造影剂。针对在医疗设备中使用纯化的蓝藻气囊作为超声波和MRI的稳定高造影剂，已经有了初步研究。此外，一项体内研究表明，气体囊泡在活的哺乳动物宿主中具有跟踪微生物细胞位置的潜力。对蓝藻进行工程改造，以调节它们对特定刺激的气囊的产生，可以使生物材料具有响应性浮力