基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法

技术领域

本发明涉及困难气道管理方法的技术领域，具体涉及一种基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法。

背景技术

困难气道是麻醉医生永恒的话题，如果处理不当，可导致缺氧、植物人甚至死亡。过去的二十年，随着气道设备如视频喉镜、喉罩的发展和普及，困难气道发生率明显降低，但是由困难气道导致的严重不良事件的比例却有所增加。

根据术前评估可将困难气道分为已预料的困难气道与未预料的困难气道。纤维支气管镜引导的清醒气管插管仍然是已预料困难气道处理的金标准。临床上，个体间气道解剖变异大，尽管目前有一些预测困难气道的评估方法以及困难气道的教学模型，但尚不能准确预测困难气道，且难以解决个体差异性问题。

因此，如何为困难气道患者制定个体化的气道管理策略，对于提高一次插管成功率，减少气道操作相关并发症，保障患者的生命安全，尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法，该方法可结合CT仿真内镜规划插管路径，通过在3D打印模型上进行模拟操作，验证虚拟路径的合理性和可行性，提高操作的稳定性和精准度，从而提高一次插管成功率，降低操作相关并发症。

为实现上述目的，本发明所设计的一种基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法，包括如下步骤：

S1:对困难气道的患者进行头颈部薄层CT扫描，获取CT扫描数据；

S2:通过CT三维重建气管内腔，利用CT仿真内镜技术进行困难气道插管路径模拟，获得规划虚拟路径；

S3:通过CT三维重建气管壁及其内部结构，采用3D打印从咽喉到隆突的气道结构，替换至正常气道结构部分，获得气道模型；

S4:根据步骤S2获得的规划虚拟路径，在步骤S3获得的气道模型上采用纤维支气管镜或视频软镜进行操作练习，确定合理的路径，制定气道管理策略；

S5:根据步骤S4制定的气道管理策略为患者进行气道管理。

进一步地，所述步骤S1中，CT扫描涵盖患者头颈部薄层的整个气道层面。

进一步地，所述步骤S2中，采用软件Volume Viewer software进行三维CT重建。

进一步地，所述步骤S2中，首先确定起点为鼻后孔、终点为隆突，再添加中间视点，根据气体的CT值，生成连接路径。

进一步地，在每个视点进行360度视野观察周围咽腔及形态结构，进行视点位置的调整，确定好各视点后，应用电影模式，生成连续的仿真内镜影像。

进一步地，所述中间视点包括鼻咽、口咽、喉、喉部肿物、声门、气管。

进一步地，所述步骤S3中，采用软件Mimics Medical进行CT三维重建。

再进一步地，所述步骤S3中，采用软材料打印从咽喉到隆突的气道结构。

更进一步地，所述步骤S4中，若纤维支气管镜或视频软镜按照规划虚拟路径能够顺利从起点达到终点，则确定为合理的路径。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法的能够根据患者的气道特征制作出个体化的困难气道模型，用于术前模拟练习，规划气管插管路径，制定气道管理策略，同时还可以用于困难气道的模拟教学。

其二，本发明可结合CT仿真内镜规划插管路径，通过在3D打印模型上进行模拟操作，验证虚拟路径的合理性和可行性；通过反复练习，熟悉路径，提高操作的稳定性和精准度，从而提高一次插管成功率，降低操作相关并发症。

其三，本发明结合了CT仿真内镜与3D打印技术，实现了从虚拟仿真到体外模拟的有机结合，最终解决临床上的真正困难气道问题。

其四，本发明采用CT仿真内镜可实现无创的气道评估方法，能够多角度、全面评估气道内病变，达到纤维支气管镜类似的效果，且能到达内镜无法通过的部位。

其五，本发明可以实现为困难气道患者制定个体化的困难气道管理策略，气道结构可根据病人特征进行替换。

附图说明

图1为一种基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法的流程图；

图2为患者的电子喉镜图，其中图a为会厌肿物整体观，图b为左侧会厌局部观，图c为右侧会厌局部观；

图3为CT仿真内镜规划虚拟路径示意图，其中图a为矢状面显示虚拟路径示意图，图b为冠状面显示虚拟路径示意图；

图4为CT仿真内镜按照虚拟路径自上至下依次所见场景，其中图a-c为仿真内镜位于会厌肿物上方所见，图d-f为仿真从会厌肿物左侧绕过可见声门，图g-i为仿真内镜通过声门后进入气管直至隆突；

图5为3D打印头颅及气道的闭口模型示意图，其中图a为正面观示意图，图b为反面观示意图；

图6为3D打印头颅及气道的张口模型示意图，其中图a为正面观示意图，图b为侧面观示意图；

图中，1-气道。

具体实施方式

下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示的一种基于CT仿真内镜与3D打印技术的困难气道管理方法，包括如下步骤：

S1:对困难气道的患者进行头颈部薄层CT扫描，涵盖整个气道层面，获取CT扫描数据；本实施例中，患者，女，成年，因吞咽困难入院，诊断为会厌巨大新生物，从图2可见术前电子喉镜的结果，显示了会厌、会厌肿物及周边情况，右侧会厌游离缘至杓会厌皱襞交界处见广基样隆起巨大新生物，遮盖声门，边界清楚，会厌喉面正中区及左杓会厌皱襞未见肿物。

S2:通过CT三维重建气管内腔，利用CT仿真内镜技术进行困难气道插管路径模拟，获得规划虚拟路径；采用的是三维CT重建软件Volume Viewer software(GE Healthcare,USA)或者OsiriX software软件中的3D Volume Rendering功能进行气道内腔重建。本实施例中，选择三维CT重建软件Volume Viewer software的Navigator Smooth功能，首先确定起点为鼻后孔，终点为隆突；再通过添加中间视点，如鼻咽、口咽、喉、喉部肿物、声门、气管，根据气体的CT值，生成连接路径；每个视点进行360度视野观察周围咽腔及形态结构，进行视点位置的调整；确定好各视点后，应用电影模式，生成连续的仿真内镜影像；图3为本实施例的CT仿真内镜规划虚拟路径，其中，气道内白线表示规划的虚拟路径；图4为本实施例CT仿真内镜根据虚拟路径所见场景，显示了虚拟路径上的各视点依次观察到的结构，CT仿真内镜重建的喉部图像效果与图2电子喉镜检查图像相似。

S3:采用计算机软件Mimics Medical通过CT三维重建气管壁及其内部结构，采用软材料3D打印从咽喉到隆突的气道结构，包涵会厌肿物，替换至正常气道结构部分，获得气道模型；图5为本实施例的3D打印头颅及气道的闭口模型示意图，该结构显示为闭口的模型，其中，气道1为软材料打印，可替换的异常结构；图6为3D打印头颅及气道的张口模型示意图，该结构显示为张口模型，头颅、上、下颌骨、颈椎都采用硬材料打印。本实施例，根据正常人体结构3D打印出头颈部，(1)骨性部分包括头颅、颈椎、上、下颌骨为硬材料，可调节颈椎活动度、张口度，模拟颈椎活动受限、张口受限的困难气道模型；(2)从咽喉至隆突部分的气道结构采用软材料打印，该部分可替换，根据病人的气道病变特点进行个体化定制，复制咽部肿物、会厌肿物、气管狭窄、气管偏曲的困难气道类型。该部分可根据个体气道病变特征进行替换，该模型用于气管插管的练习。对于骨性部分结构系统是正常的患者，可以使用通用的模型，将软材料打印的从咽喉至隆突部分的气道结构部分进行替换即可。

S4:根据步骤S2获得的规划虚拟路径，在步骤S3获得的气道模型上采用纤维支气管镜或视频软镜进行操作练习，确定合理的路径，若纤维支气管镜或视频软镜按照规划虚拟路径能够顺利从起点达到终点，则确定为合理的路径，制定气道管理策略。

S5:根据步骤S4制定的气道管理策略为患者进行气道管理。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。