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定制化单侧膝关节假体设计与快速制造方法研究
目前人工假体的制造还难以达到个体适配化,尤其是带有关节面的半关节,能否与对侧正常关节软骨完全匹配是决定手术治疗成败的关键.本文以临床影像学资料为数据源,应用逆向工程和快速原型技术相结合制作出与人体膝关节面形状完全相匹配的人工假体原型,而后利用传统的制作工艺完成假体关节面及其连接结构的终成型.结合异体骨移植术,将该项研究结果成功地用于股骨下段肿瘤患者,临床资料显示该假体能够与患者对侧关节面良好匹配,患者关节功能恢复较理想.该方法可实现替换关节面和对侧面的匹配,而且假体制造的周期短、成本低,可实现个体定制化,为探索半关节置换及临床提供了制造方面的技术保障.
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一种具有微观仿生结构的定制化下颌骨植入体
为了使下颌骨人工植入体具有定制化的外形,并使其具有一定的生物活性及与人骨内部哈弗氏管和福克曼管类似的三维微观通道,提出了利用快速原型制造仿生下颌骨替代物的方法.该方法首先利用快速原型技术快速准确地制作出与人骨形状相匹配的人工植入体(模型)及内部三维仿生网架,而后运用铸钛技术完成植入体钛框架的终成型,钛网内的三维仿生网架被复合有骨形态发生蛋白的磷酸钙骨水泥所包绕.该项研究结果不仅利用快速原型制作出仿生下颌骨人工植入体,还成功地投入临床应用.结论:虽然仅以下颌骨为例,但快速原型适宜于所有仿生人工植入体的定制化制造.
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基于快速原型技术的定制化人工半膝关节复合系统的研究
目的传统方法制造的人工半膝关节存在个体匹配性、排异性及纯机械固定易松动等问题,为此设计基于快速原型(RP)的定制型人工半膝关节复合系统的制造方法.方法首先利用快速原型技术快速准确地制作出与人体半膝关节形状相匹配的人工植入体原型,然后分别运用钛合金离心铸造和生物材料烧结成型技术制作出人工金属半膝关节和胫骨近端活性人工骨.结果和结论利用快速原型技术制作出了人工半膝关节和胫骨近端活性人工骨.与传统植入体相比,该系统可实现人工半膝关节和对侧半膝关节面的匹配运动,而且功能孔和髓内钉的设计实现了植入体的生物固定和机械固定相结合,大段生物活性人工骨的复合促进了成骨生长,将排异反应减至低.
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基于xPC的助餐机器人实时控制系统研究
目的:研制一种将Simulink控制程序和助餐机器人目标机无缝链接、下载的方法,实现机器人的实时控制,实时满足不同伤残患者的助餐要求.方法:在Matlab/x PC实时目标环境的基础上,开发了助餐机器人的硬件接口模块和上位机软件模块,设计了助餐机器人模块化控制平台及基于脚踏开关、语音识别和图像识别的三种人机交互方式.结果:实现了机械手3个关节控制器、运动学计算、路径规划控制算法,实现了机器人控制程序从Matlab/x PC到机器人嵌入式控制器的实时无缝链接与下载,并完成了基于图像识别的人机交互控制实验.整套设计取得了满意的效果,为进一步实用化奠定了基础.结论:实现了助餐机器人模块化控制平台,实现了快速原型设计、硬件在回路仿真与原理样机的结合.
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快速原型及种植导板辅助血管化骨移植在下颌骨节段性缺损重建中的作用
目的：评价快速原型及种植导板在下颌骨肿瘤切除节段性缺损同期血管化自体骨移植修复重建过程中的作用。方法22例下颌骨肿瘤的患者，术前行螺旋CT扫描并三维重建成像，采用快速原型技术制成与患者颌骨形态相同的实体及镜像模型，根据临床和影像学表现在模型上确定病变切除范围、预成型重建钛板；采用模型压模法制作外科种植导板，按设计行下颌骨节段切除，血管化腓骨肌瓣采用双层平行法或髂骨肌瓣修复骨缺损，依照重建板和种植导板进行移植骨塑型、摆位，确定牙槽重建高度和种植位点，固定移植骨及重建板于正常下颌骨，并进行血管吻合。术后定期复查随访。结果基于快速原型进行的模型外科可准确地辅助真实手术操作，由预制的重建钛板及种植导板引导进行的移植骨分段塑型、固定后所重建的颌骨形态与下颌骨外形匹配并获得适应的种植骨床；6例患者同期行种植体植入，7例行二期种植体植入，随访期共13例行义齿修复；术后患者面部外形对称，术后影像学显示下颌骨形态良好，牙槽高度和方向适合种植及义齿修复要求。术后定期复查显示患者面型和功能逐渐恢复或改善。结论快速原型技术为下颌骨肿瘤切除术后骨缺损个体化修复重建提供了有力的技术支持，基于原型制作的种植导板的应用可较好地重建义齿修复所适应的组织结构，从而为功能性颌骨重建提供了保证。
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建立个性化眶三维模型的研究
目的研究和制备完整精确的眶模型,为临床眶畸形缺损的整形进行个性化整复的手术设计.方法螺旋CT扫描干性头颅,采集层厚1 mm的CT数据;用分割微调阈值和"砌墙法"预处理CT数据;用MedGraphics软件建立三维可视模型;然后用快速原型机制作出三维实体眶模型.对干性头颅、三维可视模型和快速原型(RP)模型上的解剖点间距和眶内壁间的夹角进行对比测量,评估模型的精确度.结果建立了解剖结构完整而精确的眶模型.头颅与三维可视模型之间的平均差值为(0.10±1.02)mm,头颅与RP模型之间的平均差值为(0.22±1.04)mm.头颅、三维可视模型与RP模型三者的两两组间差异无统计学意义.头颅与RP模型上的眶内各壁夹角的差异无统计学意义.结论在外科医师与工程技术人员的密切配合下,选择层厚1 mm的CT数据和"砌墙法"等图像预处理,采用多种软件及快速原型机能制备出满足临床需要的完整而精确的眶模型,在外形和功能上,可以提高临床眶畸形的整复效果.
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基于反求工程和快速原型的下颌骨缺损的修复
目的探讨应用反求工程和快速原型技术进行下颌骨缺损修复的设计和植入体制作的可行性.方法应用反求工程和快速原型技术完成2例下颌骨缺损的修复体设计和制作,并行修复体植入术.结果经计算机设计和严密制作的修复体术中仅数分钟顺利就位,各部件达到设计位置,术后患者面部外形与健侧对称,咬合关系良好,下颌偏斜纠正.结论反求结合快速原型能够完成下颌骨缺损的修复体的设计和制造,提高了手术精度,节省了手术时间,在颌骨缺损的个体化和定制化修复中有独特的优势.
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快速原型技术在颅颌面整复中的应用
快速原型(rapid prototyping,RP)技术作为一种全新的成形制造技术,具有多方面的优越性和适用性,已深入到医学领域的诸多学科,其中颅颌面整复方面的研究更显活跃.概括介绍快速原型技术及其在颅颌面整复方面的研究近况并展望其应用前景.
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应用反求工程初步建立髋臼三维图像数据库
介绍一种应用反求工程技术建立髋臼三维图像数据库的方法.选择正常成人的骨盆进行CT扫描,获得三维数据,通过反求工程来完成髋臼形态的曲面重构和实体造犁,建立髋臼图像数据库.根据患者特点从数据库中选择合适的髋臼三维模犁,利用快速原型技术制造出髋臼仿真模型.提示应用反求工程可以建立髋臼三维图像数据库,有助于对髋臼骨形态的重新认识,可为髋臼臼骨折的手术设计和髋臼缺损的解剖重建提供重要的参考.
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碳/碳复合材料人工骨骼RPM-CVI复合成形技术的初步研究进展
文章提出RPMCVI复合成形技术以解决碳/碳(C/C)复合材料人工骨骼制备过程中的瓶颈问题.将快速原型制造与化学气相渗透技术有机地结合起来,可以在较短的周期内制备出形状复杂的碳/碳复合材料人工骨骼.并通过数值模拟技术,对沉积温度、反应气浓度等工艺参数对该工艺致密化过程的影响进行了分析.
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基于眼球三维空间精确定位测量的外伤性眼眶缺损的个体化重建
目的:探讨外伤性眼眶缺损损伤程度的精确评估以及个体化重建方法.方法:对2003年7月-2012年6月间收治的97例外伤性眼眶缺损患者进行回顾性研究,患者手术前、后均进行螺旋CT扫描,采用眼球空间定位方法测量眼球的三维位置,计算眶容积的变化量,利用计算机辅助技术和快速原型技术制作个体化眶模型,进行模型外科,制订手术方案,并预制植入物和接骨板等.术中回纳疝出的眶内容物,植入预制的钛网、Medpor或其他植入物,精确重建缺损区的眶外形,恢复正常的眶和眶内容物的比例关系.根据术后外形、患者满意度、眼功能检查及CT检查结果评估疗效,分析并发症.结果:除1例患者面部外形欠满意,2例陈旧性患者眼球内陷矫正不佳,术后6个月复视仍无明显改善,2例术后轻度下睑外翻外,其余病例均取得满意疗效.缺损区的眶外形、眶及内容物的比例关系恢复满意,未发生明显并发症.结论:对外伤性眼眶缺损患者进行眼球三维空间位置、眶容积变化等损伤程度的精确数字化评估,通过个体化模型外科制定手术方案,早期手术,减少创伤,在恢复眶容积、维持和纠正眼球位置的同时精确重建眶壁解剖外形,可实现眶缺损个体化的重建,提高眶畸形整复效果.
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应用快速原型技术指导腓骨平行折叠重建下颌骨的探讨
目的:研究如何将快速原型技术与腓骨平行折叠技术相结合,以更好地指导下颌骨重建.方法:下颌骨肿瘤切除术后复杂缺损重建患者6例,术前计算机辅助模拟手术,应用快速原型技术制作腓骨平行折叠后的颌骨模型并预制钛板形态,参照模型,指导术中腓骨骨段精确摆放位置.结果:所有患者创口一期愈合,结合放射核素扫描及数字全景片检查,证实移植腓骨与剩余颌骨完全愈合,腓骨位置与术前设计吻合,患者术后咬合关系良好,面形恢复满意.结论:利用快速成型技术指导腓骨平行折叠,能够更精确地重建下颌骨的外形,有利于保持咬合关系和髁突位置,为二期种植义齿修复奠定基础.
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快速原型技术辅助复杂下颌骨重建术后颞下颌关节功能的评价
目的:研究快速原型技术对复杂下颌骨缺损重建术后患者髁突位置和颞下颌关节功能的影响.方法:对下颌骨良性肿瘤切除同时需保留髁突的复杂缺损重建术患者50例,其中20例用快速原型技术指导下颌骨重建(快速原型组),30例用传统方法进行下颌骨重建(对照组).所有患者手术前、后均行下颌骨及颢下颌关节三维螺旋CT扫描,测量髁突的三维空间位置,并用F4cton颞下颌关节功能量表进行术后颞下颌关节功能检查,计算颞下颌关节功能障碍指数(DI)、肌压痛指数(PI)及颞下颌关节紊乱指数(CMI).采用SPSS11.5软件包,用配对t检验分析组内手术前、后差异,Mann-Whitney非参数检验分析组间差异.结果:所有肿瘤术后无复发,移植骨成活,(牙合)关系良好.快速原型组外形对称,下颌运动功能正常,髁突位置正常.对照组6例面型不对称,8例CT显示患侧髁突有较明显的移位.快速原型组手术前、后的髁突前距离,内距离,上、下距离及长轴夹角数值无统计学差异.对照组手术前、后前距离有统计学差异(P＜0.05),上、下距离及长轴夹角有显著性统计学差异(P＜0.01),内距离无统计学差异(P＞0.05).快速原型组及对照组组间术前髁突位置无统计学差异(P＞0.05),而术后前距离及上、下距离有统计学差异(P＜0.05).长轴夹角有显著性统计学差异(P＜0.01),内距离无统计学差异(P＞0.05).快速原型组及对照组间术后颞下颌关节各项功能指数中,DI及CMI差异有统计学意义(P＜0.05),PI差异无统计学意义(P＞0.05).结论:快速原型技术能通过保持髁突三维空间位置,改善术后颞下颌关节功能,提高下颌骨重建效果.
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计算机辅助模型外科设计及虚拟(牙合)板的临床应用
目的:通过计算机辅助软件进行正颌手术模型外科设计,经快速原型技术制作(牙合)板,探讨该(牙合)板的临床应用价值.方法:15例颌面畸形需要正颌手术的患者均进行全头颅三维CT扫描(层厚0.625mm),将DICOM格式的CT数据输入电脑软件Simplant CMF(Materialise Medical,Leuven.Belgium).通过软件对头颅模型进行上下颌骨的分离、截骨线的设计、截骨、骨块移动等操作,收集并输出数据,经快速原型机制作(牙合)板(虚拟(牙合)板).同时,每例患者还进行传统石膏模型外科以及传统(牙合)板制作.术中首先利用虚拟(牙合)板进行骨块的移动和同定,然后应用传统猞板检验骨块的新位置,验证虚拟(牙合)板的临床实用性.结果:15例患者中,4例单颌手术(双侧下颌支矢状劈开术)、10例舣颌手术(Le Fort I型整体截骨术+双侧下颌支矢状劈开术)以及1例双颌手术(Le Fort I型分块截骨术+双侧下颌支矢状劈开术).手术中,12例患者的虚拟袷板完全符合临床要求.3例患者(包括1例双侧下颌支矢状劈开术和2例Le Fort I型整体截骨术+双侧下颌支矢状劈开术)的虚拟猞板与传统(牙合)板之间有部分偏差,遂通过传统袷板进行骨块的重新同定.结论:计算机辅助设计可完成Le Fort I型整体(或分块)截骨术和双侧下颌支矢状劈开术的模型外科,虚拟(牙合)板基本可实现传统(牙合)板的功能.通过对软件的进一步熟悉、更多病例的积累,计算机辅助模型外科可能取代传统的石膏模型外科.
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个体化复位模板在颧骨复合体骨折治疗中的应用
目的:将反求工程和快速原型技术引入颧骨复合体骨折的治疗,以求恢复患者理想的面中部外形.方法:自2003年9月起,选择8例陈旧性颧骨复合体骨折病例,通过术前三维CT扫描,对患者头颅进行重建.应用反求工程得到患者的头颅数据,并通过快速原型技术制作个体化理想的头颅模型.在此基础上,制作个体化骨折复位模板,指导术中移位颧骨的复位和固定.结果:所有患者伤口均一期愈合,患者面中部外形恢复理想,双侧瞳孔位于同一水平线;根据手术后CT检查测量,颧骨突度和面中部宽度均左右对称.结论:在反求工程和快速原型技术基础上制作的颧骨骨折复位模板,可以确定颧骨的三维空间位置,是颧骨复合体骨折复位和固定的可靠标志,有利于简化手术过程,并取得满意的手术效果.
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计算机辅助设计结合三维打印手术导板在面部不对称畸形矫治中的应用
目的：本研究旨在观察双颌手术结合三维打印技术制作的定位手术导板在矫治上颌骨垂直向发育过度和下颌前突型不对称畸形的临床应用效果。方法选取14名因单侧上颌骨垂直向发育过度伴发下颌前突的不对称畸形患者，在快速原型技术制作的定位导板的辅助下，于短面侧行上颌Le Fort Ⅰ型骨切开术和下颌支矢状骨劈开术，于长面侧行上颌Le Fort Ⅰ型骨切开术和下颌支垂直骨切开术。分别在手术前、术后7d、术后1年测量并对比上颌牙合平面偏斜度、下颌支倾斜度、下颌骨偏离度、颏部偏斜度等参数。结果所有患者的颌面不对称均得以矫治并达到满意效果。两侧术前的参数有明显差异（P＜0．05），然而术后并无明显区别（ P＞0．05）。结论计算机辅助技术结合三维打印技术制作的手术定位导板将有助于进一步提高手术可预测性与准确性。
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快速原型技术在口腔医学中的应用进展
快速原型技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术,是集成计算机、数控、激光和新材料等新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术.近年来在口腔医学领域的应用日渐广泛,本文就其在口腔医学中的应用进展作一综述.
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颌面外科领域应用的几种快速原型制造技术
快速原型造技术(rapid prototypin manufacturin technology,RPMT)又有直接CAD制造、自由成型制造等不同称谓[1].1981年起源于日本[2],是制造技术领域20多年来的重大突破.1990年RPMT开始应用于医学领域[3],1992年前后用于口腔科领域中[4],Harris等[5]预测RPMT技术快捷、准确的特点将使其在口腔颌面外科有着广阔的应用前景.
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数字化制造技术在外科中的应用
随着计算机技术和信息技术的发展,数字化制造技术的应用已逐渐渗透到科学领域的各个分支,在制造业中的典型代表是计算机辅助设计(CAD)技术/计算机辅助制造(CAM)技术.CAD/CAM起源于20世纪中叶,我国在80年代后得到快速发展,回顾我国CAD/CAM技术的发展历程,在内容上,从CAD造型、设计,到CAM,到CAE,并出现了反向工程、快速原型等新的分支技术;在应用领域,从航空航天、模具、机械到建筑、化工等工业界各领域.
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数字几何处理技术及在颌骨缺损修复手术中的应用
提出一种精确匹配的定制型医用内植物设计与制造方法.采用医学图像处理和数字几何处理技术从CT图像序列中获得以三角面描述的骨组织面模型.对几何模型进行三角面精简、碎片清除、切割、镜像和合并等几何运算后,用LOM法制作实际大小的快速原型模型.快速原型有利于精确匹配的内植物制作,对手术实施也有导向作用.利用该技术已进行30多例颌骨修复手术,效果良好.
