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锥形束CT在口腔正畸中的应用
锥形束CT是口腔放射学的一大进步,它的出现有力地促进了口腔正畸治疗的发展.本文讲解了锥形束CT在口腔正畸中的应用,希望能为口腔正畸临床治疗提供一定的借鉴和参考.
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坐姿下肢康复训练系统的结构设计与分析
目的 设计一台基于坐姿的下肢康复训练系统,以帮助各类下肢运动功能障碍患者实现髋、膝、踝关节的有效康复训练.方法 首先设计坐姿下肢康复训练系统的整体结构;然后采用SolidWorks对系统整体结构进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys对主要受力部件进行变形量分析和强度校核;后对实体样机进行调试,验证本训练系统设计的可行性和合理性.结果 该系统主要包括可移动训练座椅、外骨骼机械腿、髋关节间距调节装置以及电控部分.座椅支撑大的等效应力为5.2315 MPa,且大变形量仅为0.0128 mm;移动导杆大等效应力为204.59 MPa,大变形量为1.72 mm;脚踝部分大等效应力为97.326 MPa,脚踝部分大变形量为0.62 mm.该训练系统可以满足身高在155~190 cm内的患者使用.机械腿膝关节运动到大及小极限角度的可靠性组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)分别为0.823和0.895;踝关节运动到背屈、趾屈极限位角度的可靠性ICC值分别为0.861和0.833.结论 本训练系统各主要受力部件的强度和变形量都能满足要求;能够达到髋、膝、踝三关节预定动作范围,可带动受试者实现各种模式的下肢康复训练,具有较好的可行性和合理性.
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空间运动轨迹爬行训练装置的设计
目的 设计空间运动轨迹爬行训练装置,该装置能够实现通过转动轮盘带动上肢把手做椭圆运动,同时带动腿部支撑绕一个可做直线往复移动的点做30°~0°之间的往复摆动,从而可辅助使用者完成整个爬行运动.方法 首先运用SolidWorks对装置的结构进行三维建模;然后通过SolidWorks Motion对整个装置进行运动学仿真,并通过计算完成动力学分析;后从SolidWorks将主要受力部件导入ANSYS Workbench进行静力学分析.结果与结论 设计的空间运动轨迹爬行训练装置可以辅助使用者完成预定的爬行运动,并且关键部件的强度校核满足强度要求.
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多姿态变换声控轮椅车研究
目的:设计一种多姿态变换声控轮椅车,以帮助偏瘫患者或老年人实现高处取物、下肢锻炼、平躺休息.方法:通过四连杆等机构实现坐、躺、站三种姿态变换,并设计了电动轮椅语音模块的硬件电路,包括语音识别模块、MCU控制模块及电动推杆控制电路.采用模块化思想,完成了多功能电动轮椅驱动控制系统的软件设计与开发,并联合硬件电路与软件程序进行实验调试.结果:通过不同语言和特定人员语音命令识别实验,证实本文设计的轮椅可以实现语音控制姿势转换和行驶的功能,并获得语音控制成功率.结论:机械结构结构与控制系统设计合理,方案可行.
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基于MRI图像的主动脉分割与三维建模
目的 基于MRI图像序列建立主动脉的三维几何模型并进行计算网格的划分,以用于主动脉血流动力学特性的模拟.方法 采用心电R波触发和呼吸控制的方式在体扫描得到心动周期20个时相760幅MRI图像,利用Mimics软件对所获取的图像序列进行图像预处理、分割和三维重建,然后将所建立的三维模型导入到ADINA软件中进行计算网格的划分.结果 建立了20个主动脉三维模型,分别代表主动脉在心动周期不同时相的状态,同时,还实现了计算网格的划分.结论 该方法可得到进行主动脉血流动力学仿真所需的三维几何模型和计算网格;同时,该方法也可用于人体其他组织的三维建模和网格划分.
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膝关节置换虚拟手术一例报道
虚拟手术通过人机交互，将手术台上医师对病人的诊疗行为数字化，映射到虚拟桌上排演程序对虚人遥控开刀的动画。本文报道一例膝关节置换手术，展示以Mimics中的Simulation性能模拟截骨、植入假体的过程。这类模拟手术在术前获得了手术部位信息，为置换术中的截骨正畸、假体植入等操作提供精准的预判，术中失误将随之减少，实习生也将因此而熟习外科教程，无论对临床或教学都有实用价值。
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数字化鞍区肿瘤模型的构建及在手术规划中的应用
目的 采用虚拟现实技术构建数字化鞍区肿瘤模型,并探讨其在手术规划中的应用价值.方法 60例经MRI诊断为鞍区肿瘤的病例,术前行薄层CT、MRI扫描,以DICOM格式导入Dextroscope图像工作站,进行模型构建,观测入路相关解剖标志及肿瘤的毗邻关系,模拟手术进程,并与术中图像对照分析.结果 所有数字化模型均清晰显示了肿瘤、瘤周血管、骨质、视神经、脑组织等结构的形态及其毗邻关系,可随意观测手术径路各解剖结构;根据肿瘤的特点成功模拟了手术入路,制定了手术规划方案,术前模拟与术中实际情况一致.结论 所建模型图像逼真、立体感强烈,可为术者提供额外的三维立体解剖信息,是常规临床手术规划的有效补充;使用虚拟器械可在模型上重复模拟手术操作,是青年医师学习鞍区解剖和手术的便利工具.
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基于运动力学特征的膝关节结构重建分析
目的 通过分析计算机辅助重建的膝关节来研究膝关节的运动力学特征.方法 将经CT/MR扫描的原始数据输入到Mimics重建出三维模型,再经分割修补、除噪光顺等后处理,后进行数字化测量和有限元分析.结果 这些测量数据和力学分析使膝关节屈伸、滚动、滑动、侧移和轴位旋转等多个自由度的运动模式获得进一步剖析.结论 建立在三维模型重塑基础上的结构分析对膝关节运动力学特征的阐述更加充分.
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虚拟中药材构建技术的研究
随着信息技术的迅速发展,远程教育成为中药教学的重要发展方向之一,本文针对中药远程教学中虚拟中药材的构建问题,利用虚拟现实技术中构建三维模型的方法 得到中药材的几何造型,并结合图像处理技术,获取药材表面纹理图像,将纹理图像映射于几何造型,从而实现虚拟中药材的构建,为中药远程教学中虚拟中药材的构建提供了一种新的思路.
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虚拟建模仿真在心血管内科CT图像分析教学中的应用
目的 探讨虚拟建模技术在心血管内科临床CT图像诊断与分析教学中的方式和效果.方法 选取2017年5月—2018年6月在我院心血管内科规范化培训的研究生56人作为研究对象,将其随机均分为两组.采用常规教学方法的28人作为对照组,采用常规教学和三维虚拟建模仿真教学方法相结合的28人作为研究组.临床CT图像分析的准确率和考核测试评分对于教学效果评价指标作为教学效果评价指标,将两组研究生的数据进行记录及进行统计学分析.结果 研究组理论和技能考试及CT图像分析准确率方面均高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05).研究组学生的总体满意度为92.86％,对照组学生的总满意度为78.57％,研究组学生的满意度高于对照组,组间对比,差异具有统计学意义(P<0.05).结论 应用虚拟建模仿真技术教学环节能够给心血管内科CT图像诊断与分析教学带来良好的诊断准确率和提高教学满意度.
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基于全膝关节置换的三维术前规划实践
目的:通过关节置换虚拟手术,以有限元法全面分析术后的膝关节接触面的受力状况,借此数据制订“三维手术规划”督导关节置换临床手术.方法:以CT/MR扫描患侧膝关节,激光扫描假体,经逆向软件数字化重建假体、膝关节及其韧带并测量下肢力线,根据膝关节置换标准,以Mimics的Simulation性能模拟关节置换手术的截骨、假体植入术程,再将术后模型导入ANSYS划分网格、材料赋值、施加载荷,以有限元法分析接触应力分布.在这些力学数据所提炼成的“三维术前规划”的指导下施行20例(实验组)临床关节置换术,另外20例临床关节置换术作为对照组在无术前规划介导的情况下按传统术式施行.结果:筛选佳的TKA模拟术后3D膝关节有限元模型,ANSYS分析数据与前人在力学实验中对假体直接测试所获得基本一致,其合理性由此确认.从这些基于TKA的虚拟资料所提炼出来的三维术前规划的指导下,实验组的临床手术精度(影像学测量及AKS评分)明显高于对照组.结论:以有限元方法分析出虚拟置换术后膝关节的结构形变、应力分布、内部能量变化等资料,提供了可靠的术前规划依据,有利于临床手术时寻找假体植入的佳位置、优化截骨、预见手术结果,提高了关节置换的成功率.
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项目教学法及3D打印在《计算机辅助医学》中的创新实践
探讨了项目教学法及新的3D打印技术在课堂与教学实践中的应用，总结了项目教学法及3D打印技术与现有的教学资源的整合途径及原则，并以生命科学相关课程《计算机辅助医学》为例，探索了基于项目教学法的三维建模结合3D打印技术的新教学模式的创新实践，发现新教学模式在激发学生的兴趣、有效教学、培养创新思维等方面有显著效果。
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医用方舱参数化三维模型数据库与可视化研究
介绍了在MDT平台上建立医用方舱参数化三维模型的基本方法、关键技术,二次开发了医用方舱参数化三维模型库的调用界面,在3DS MAX中实现医用方舱三维模型的动态漫游。
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下颌第一磨牙三维模型的建立
目的建立人体磨牙的三维模型,作为今后进一步对人体牙齿进行力学分析的基础.方法采用年轻女性右侧下颌第一磨牙为对象,应用CT扫描技术、CT图像处理,经过滤除噪声、重新排列、二值化等操作,用MathWorks公司的Matlab的体积可视化功能来进行三维模型的建立.结果采用CT薄层扫描资料建立起来的三维模型,形态逼真,能真实反映牙齿外形及髓腔三维结构.结论人体磨牙三维模型的建立,可以为今后的牙齿生物力学分析提供一个逼真的模型,且可进一步进行计算机辅助设计处理,为进一步研究奠定基础.
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肱骨骨折的三维有限元分析与内固定植入物的选择
目的探讨三维建模及有限元分析对肱骨骨折治疗的临床意义,为肱骨骨折治疗轴向加载提供一定理论依据.方法以肱骨横截面CT图像为基础,建立肱骨模型,利用ANSYS5.6软件进行计算,选取三维十结点四面体单元,共划分2729个结点、49041个单元,分析骨折断面与轴线成30°,45°,90°及X、Y、Z3方向固定时肱骨轴向受压的应力分布及大小.结果肱骨断面与非断面处应力差异较大,断面处应力较集中,且以断面为中心呈非严格对称分布,应力较大区域分布在距骨折部位10mm左右,是其它应力区的两三倍.结论肱骨骨折治疗中应视不同情况估算所需载荷大小以选择合适内固定植入物.
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虚拟置换后的膝关节力学分析
背景：仿真力学具有可重复性和对模型无损伤性的优势，加上个性化结构模型提高了有限元分析的可靠性，选择虚拟置换后对膝关节的力学分析不失为一种优化尝试。
目的：通过膝关节置换虚拟手术，用有限元法全面分析术后的膝关节接触面的受力状况，为下一步“手术规划”实验提供客观资料。
方法：CT/MR扫描患侧膝关节，激光扫描假体，经逆向软件数字化重建假体、膝关节及其韧带并测量下肢力线，根据膝关节置换标准，用Mimics中的Simulation性能模拟膝关节置换手术的截骨、置入假体之后，再将所得的模型导入ANSYS划分网格、材料赋值、施加载荷，以有限元法分析接触应力分布。
结果与结论：获得佳的全膝关节置换后3D膝关节有限元模型，测得的力学数据与前人在力学实验中对假体直接测试所获得的结果基本一致。以有限元方法分析出虚拟置换后膝关节的结构形变、应力分布、内部能量变化等情况，有利于寻找假体置入的佳位置、优化截骨、预见手术结果，成为手术规划不可缺少的数据。 -
计算机3D模型在模拟寰椎椎弓根钉佳进钉方向中的应用
背景：寰枢椎解剖结构特殊，同胸腰椎相比，置钉点缺乏固定的解剖标志，而且椎弓根结构变异较大，目前一致的观点是建议个体化的置钉方案。骨科数字软件技术的发展为术前设计提供了新的技术手段。
目的：原创设计出3D矩阵模型，观察寰椎椎弓根通道、置钉安全区，测量佳置钉方案，简化寰椎椎弓根螺钉进钉方案的术前设计。
方法：将三峡大学人民医院影像归档和通信系统中12例健康成人的寰椎CT连续断层扫描数据导入Mimics 10.01软件，其中男7例，女5例；年龄30-65岁，平均45岁，三维重建后利用.dwg文件导入3dmax2009。确定三维参照坐标和进钉点，用3dmax中参考建模命令建立17×17×2，间距2.5°，水平面角0°-40°，矢状面角0°-40°，共578个元素模拟椎弓根螺钉阵列模型，通过透视图观察直径为3.5 mm，长度为22 mm模拟螺钉在椎弓根通道中的情况，从而确定安全区，测量佳置钉方案及螺钉角度。
结果与结论：12例受试者矩阵研究元素总数目为17×17×2×12，共6936个元素单位。其中175个元素符合进钉要求，左、右侧椎弓根内螺钉数目比较，差异无显著性意义(P>0.05)。提示利用数字3D建模技术能有效、简单、精确的进行寰椎椎弓根置钉的术前设计。 -
人工股骨头的特殊设计及三维建模
背景：骨水泥型人工髋关节前倾角的调整难度较大，部分地区依靠术中三维导航定向来确保前倾角的准确性，但其高昂的成本使得这一技术的推广前景存在疑问。目的：设计一种人工股骨头，即具有术中自由调节前倾角、假体柄锁定防止股骨假体脱位、松动的特殊功能，并通过计算机辅助制成三维动态图像，直观展示这种人工股骨头的特殊设计理念。方法：①根据设计理念采用AutoCAD软件进行绘图，获取人工股骨头设计图纸。②采用3DMAX软件进行三维建模，观察模型的形态及拟真度。结果与结论：在AutoCAD软件上根据设计要求和设计理念，绘制出人工股骨头设计图纸：①3个锁止孔通道的假体柄，其基底部为刻度盘，旋转刻度盘可改变假体颈的前倾角。②假体颈为齿状圆柱形。使用3D Max软件构建人工股骨头三维模型，其模型的设计、形态及拟真度符合设计要求。说明人工股骨头的三维模型整体结构清晰、设计合理，为人工股骨头的进一步设计提供理论参考依据。
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基于三维建模手部康复训练装置的设计与分析
背景:现有的人工康复训练方法效率较低,且会占用治疗师大量的时间,使治疗师无法专注于治疗方案的改进和优化.目的:针对存在手部运动障碍的患者,设计了一种用于康复训练的手部康复训练装置.方法:基于对手部的运动功能分析,得出了掌指关节与指间关节的活动范围,并在此基础上对手部康复训练装置进行设计,主要包括外骨骼执行系统的设计和控制检测系统的设计,后对设计完成的训练装置进行了运动学仿真分析.结果与结论:①仿真结果表明,虽然手部康复训练装置的指节活动范围与人手的测试轨迹之间存在一定的误差,但大差值仅为5.13 mm,且结构设计中预留有调节余量,可有效弥补上述差值;②此外,该手部康复训练装置的每个指部件均由气缸单独控制,可用于辅助患者完成某些简单的日常生活活动能力;③试验设计的手部康复训练装置能够帮助患者完成简单的抓握动作和拿捏动作,且与现有的康复设备相比,传动机构较简单、质量较轻、穿戴轻便,具有较强的实用性特点,可用于患者的手部康复训练.
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3D打印模块与关节周围皮肤缺损
文章探讨了通过3D打印技术进行设计及制备的滑轮模块在绑鞋带技术治疗皮肤缺损中的可行性。分别测量分析硅胶袢直径和皮肤吻合器钉子等实物的相关参数后，在UG软件中对滑轮和底座进行三维建模，将模型3D打印并装配。替代传统绑鞋带技术中用皮肤吻合器制作的扣环，将3D打印的滑轮装置和传统的绑鞋带技术装置在人工皮肤制备的皮肤缺损模型中进行对比实验，验证滑轮装置均匀传导硅胶袢张力的性能。
