КТ-анализ структурных контрфорсов в травмированном носу

Цель:

1. Изучите трехмерную анатомию спинки носа.
2. Диагностика моделей переломов в спинках носа.
3. Определите контрфорсные переломы, связанные с отклонением внешней морфологии носа.
4. Определите контрфорсные переломы, связанные с искривлением перегородки.
5. Оцените модели воздушного потока и связанное с ним распределение скорости потока, давления и напряжения сдвига стенки в носовой полости для конкретных моделей пациентов с переломом носа.
6. Оценить распределение напряжений в структурах костей носа при различных сценариях условий нагружения.

Методология:

67 последовательных пациентов, поступивших по поводу переломов лица и прошедших рутинную компьютерную томографию лица по нашему протоколу аксиальных и коронарных срезов, выполненных на расстоянии 0,6 мм и на гентри 0, должны быть изучены. Компьютерная томография оценивается для оценки положения, раздробления и смещения 5 указанных контрфорсов.

Контрфорсы классифицируются 1-я степень Простой перелом без смещения 2-я степень Простой перелом со смещением 3-я степень Оскольчатый перелом без смещения 4-я степень Оскольчатый перелом с минимальным смещением 5-я степень Оскольчатый перелом со смещением

Перегородка оценивается от степени 0 Перегородка прямая Степень 1 Перегородка отклонена менее чем на 1 половину расстояния от средней линии до носовой раковины Степень 2 Перегородка отклонена более чем на 1 половину расстояния от средней линии до носовой раковины Степень 3 Перегородка почти касается носовой раковины

Включены оцениваемые переменные

1. Степень тяжести перелома носа и перегородки

   1. Какой самый слабый контрфорс чаще всего ломается?
   2. Какой контрфорс наименее часто ломается и является самым прочным?
   3. Какой контрфорс или контрфорсы вовлечены в перелом перегородки без смещения?
   4. Какой контрфорс или контрфорсы участвуют в переломе перегородки со смещением?
   5. Какие контрфорсы или контрфорсы участвуют в переломе носа без смещения?
   6. Какой контрфорс или контрфорсы участвуют в переломе носа со смещением?
   7. Для смещения контрфорса, сколько трещин в одном контрфорсе?

2. Оценка биомеханической стабильности

   1. Оценка распределения напряжений в носовых контрфорсах при различных сценариях внешних нагрузок
   2. Оценка характера перелома носа при различной травматической силе
   3. Оценка распространения волны напряжения в костях носа при ударе.
3. Оценка назального воздушного потока через носовые дыхательные пути

Методы управления и анализа данных (в т.ч. биостатистическая проверка)

1. Сегментация и реконструкция 3D-модели носа

   По КТ-изображениям пациента сегментируются кости носа и окружающие лицевые кости и реконструируется 3D-модель костей. Это можно сделать с помощью программного обеспечения для сегментации и 3D-реконструкции. Нами разработана предварительная версия программы для сегментации и реконструкции 3D-моделей черепно-лицевых костей на основе метода быстрого марша. Программное обеспечение может быть адаптировано для реконструкции 3D-модели носовых контрфорсов.

2. Нелинейная регистрация с эталонной моделью

   Трехмерная модель трещины регистрируется с помощью обычной эталонной модели для анализа трещины. Требуется новый нелинейный метод регистрации, чтобы отделить нормальные вариации среди нормальных людей и вариации, вызванные переломами. Таким образом, нормальная эталонная модель может быть деформирована в соответствии с нормальными вариациями для регистрации в модели с трещинами. После регистрации зарегистрированная ссылка может служить моделью пациента до травмы. Кроме того, различия между моделью с трещинами и зарегистрированным эталоном будут указывать на изменения, вызванные трещинами. Также можно измерить степень переломов и смещений костей.

   Для выполнения новой нелинейной регистрации необходима обобщенная форма метода разделения источников. В частности, может быть применима идея анализа дискриминантного подпространства (Чжан и Сим), разработанная нашими коллегами для анализа вариантов изображений лица для распознавания лиц. Метод может отделить вариации из-за разных людей и вариации из-за освещения и точки зрения.

   Для повышения точности анализа может потребоваться несколько нормальных эталонных моделей для пациентов из разных этнических групп.

3. Визуализация 3D-моделей

   Общие инструменты визуализации не делают различий между носовыми костями и другими черепно-лицевыми костями. Трудно и неудобно использовать их для визуализации только структуры носа. Таким образом, будет разработан программный инструмент для визуализации носовой структуры моделей с трещинами. Его также можно использовать для визуализации регистрации моделей трещин с нормальным эталоном и другими результатами анализа трещин.

4. Классификация моделей переломов

После обнаружения и измерения сломанных костей модели переломов можно классифицировать в соответствии с характером их переломов. Это можно сделать вручную с помощью классификационного программного обеспечения.

Впоследствии,

1. Уточнение метода нелинейной регистрации

   Будет проведена доработка метода нелинейной регистрации для повышения его точности.

2. Биомеханические исследования

Трехмерные конечно-элементные модели носа, в частности перегородки, будут построены на основе компьютерных томограмм. Будет проведен конечно-элементный анализ для оценки деформации, распространения волны напряжения и распределения напряжения в структурах носа. Моделирование потока с использованием вычислительной гидродинамики также будет проводиться для оценки картины потока в носовой полости из-за перелома носа.

Окончательно,

1. Биомеханические исследования

Трехмерные конечно-элементные модели носа с различными предлагаемыми методами коррекции перелома носа будут выполнены для оценки прочности и слабости образовавшихся структур носа в результате корректирующей хирургической процедуры. Гидродинамика вычислений также будет проводиться для оценки потока или носовой проходимости дыхательных путей после предложенных хирургических коррекций.