基于"中国数字人"切片建立包含牙列的下颌骨三维模型

目的 利用虚拟人数据资料借助医学三维重建软件快速重建包含下颌牙列的人体下颌骨三维模型,为数字化虚拟人体作出技术探讨.方法 选择合适的尸体标本,经固定、动脉灌注、包埋、数据采集后获得虚拟人数据集,按照不同数据格式保存虚拟人切片图像数据.为今后不同规模的人体解剖结构重建目的 作准备.取虚拟人切片数据图像中下颌骨切片部分图像共计280张经二维图像处理软件去噪、描边后导入专用医学三维重建软件进行下颌骨的三维重建,生成的下颌骨三维模型经表面光滑处理后进行渲染.结果 利用虚拟人的数据得到了包含牙列的下颌骨精细的三维模型,在三维方向上真实地再现了下颌骨的解剖形态.结论 利用中国数字化可视人体图像能建立准确的下颌骨三维模型.     

基于三维下颌骨平均模型的颌骨标志点自动确定方法

目的：探索一种高效、自动确定三维下颌骨数据解剖标志点的方法,并对该方法的定点效果进行初步评价。方法：选取40例颅颌面三维形态正常患者的CT数据(其中30例用来建立三维下颌骨平均模型,10例作为测试本研究方法确定下颌骨标志点效果的测试数据),将数据导入到Mimics软件中进行下颌骨三维重建。在这40例三维重建后的下颌骨数据中,选取与中国人下颌骨特征均值更为接近的30例,在MATLAB软件中基于普氏分析(Procrustes analysis)算法对此30例下颌骨数据进行尺寸归一化处理,并在Geomagic Wrap软件中,构建上述30例下颌骨数据的三维平均形状模型,通过对称化处理、曲率采样、索引标记等过程,构建出具有18 996个类标志点和19个下颌骨解剖标志点索引的三维下颌骨结构化模板。应用开源非刚性配准算法程序Meshmonk,将上述构建的三维下颌骨模板通过非刚性变形与患者三维下颌骨数据进行匹配,获得患者三维下颌骨数据的19个解剖标志点位置。与口腔专家手动标注的标志点位置误差(定点误差)进行比较,评价本方法的准确性。结果：将本研究方法应用于10例无显著下颌骨形态畸形患者数据,19个标...     

成年杂种犬颞下颌关节三维有限元模型的建立

建立正中咬合最大咀嚼肌力作用下成年杂种犬正常及颞下颌关节不同手术后下颌骨的三维有限元模型。采用三维影像重建技术和三维有限元分析方法，结果显示：下颌骨螺旋ＣＴ和有限元模型三维重建影像的几何相似性良好，形态还原性较理想；三维有限元模型网格划分准确合理，加载方式符合生理状况，比较真实地反映和模拟了功能状态下颞下颌关节与Ｈｅ的受力情况。此建模方法可行有效，为分析成年杂种犬颞下颌关节在各种状况下的生物力学行     

人下颌骨撞击伤三维有限元模拟及生物力学分析

目的：利用有限元模拟技术对人下颌骨撞击伤进行仿真,对模拟结果进行生物力学分析,探讨下颌骨撞击伤的致伤机制。方法采用中国可视化数字人数据,建立人下颌骨撞击伤三维有限元模型,动态模拟不同致伤条件下人下颌骨撞击动态损伤过程,采用 Von Mises 应力及有效应变进行生物力学分析。结果建立人下颌骨撞击伤三维有限元模型并成功模拟人下颌骨撞击伤动态损伤过程及骨折,髁状突及下颌角是应力、应变集中及骨折的好发部位。结论 Von Mises 应力及有效应变可作为预测和判定骨组织损伤的生物力学指标之一,利用有限元法可以有效模拟下颌骨动态撞击过程,模拟结果可为颌面部撞击伤基础研究及临床救治提供指导和数据参考。     

人下颌骨及颞下颌关节不同受力模型的有限元分析

目的 分析人下颌骨及颞下颌关节两种不同力学模型有限元模拟的结果.方法 通过CT扫描建立包含密质骨、松质骨的完整人下颌骨三维模型,将所获得的三维模型在ICEM CFD软件中划分网格.在建立的网格模型基础上,对前牙咬合的下颌骨分别建立被动肌力加载和主动肌力加载两种生物力学模型,计算并比较其应力分布.结果 两个模型中的应力分布有明显区别.被动肌力加载模型中,应力主要分布于下颌角、磨牙后三角、下颌切迹以及咬合点附近牙冠.主动肌力加载模型中,应力主要分布于髁状突顶点和颈部、下颌角、磨牙后三角以及咬合点附近牙冠.两者的应力分布有一定相似之处,但在髁状突处则有很大不同,这是由于两种模型下髁状突顶点反力的大小悬殊.结论 主动肌力加载模型更接近下颌骨及颞下颌关节的实际受力状态,主动肌力加载模型为前牙咬合下颌骨的合理生物力学模型.     

下颌钛植入支架树脂模型的设计与制作

目的探讨ANSYS程序和快速成型技术在下颌钛植入支架的设计与制作中的应用。方法利用正常人三维有限元模型,模拟一侧下颌骨体部缺损,建立个体化下颌钛植入支架三维有限元模型,通过图像处理及转换技术,指导快速成型设备加工成型。结果所建立的下颌钛植入支架三维有限元模型,具备个体化并与剩余下颌骨和原缺损下颌骨曲度相匹配;通过该模型,利用快速成型技术加工成功获得该支架的树脂模型。结论利用ANSYS程序和快速成型技术,对下颌钛植入支架进行设计和制作是完全可行的。     

下颌钛植入支架树脂模型的设计与制作

目的 探讨ANSYS程序和快速成型技术在下颌钛植入支架的设计与制作中的应用.方法 利用正常人三维有限元模型,模拟一侧下颌骨体部缺损,建立个体化下颌钛植入支架三维有限元模型,通过图像处理及转换技术,指导快速成型设备加工成型.结果 所建立的下颌钛植入支架三维有限元模型,具备个体化并与剩余下颌骨和原缺损下颌骨曲度相匹配;通过该模型,利用快速成型技术加工成功获得该支架的树脂模型.结论 利用ANSYS程序和快速成型技术,对下颌钛植入支架进行设计和制作是完全可行的.     

数字化导板在手术优先正颌外科中应用的初步探讨

目的 探讨三维打印技术制作的数字化导板用于“手术优先”指导矫正下颌骨不对称畸形的可行性。方法 6例下颌骨不对称畸形患者均进行全头颅三维螺旋CT扫描,将患者的石膏模型扫描数据在Proplan CMF 3.0与头颅CT数据进行拟合。通过该软件对头颅模型进行上下颌的截骨、骨块移动,收集并输出数据,经快速原型机打印形成三维导板。术中先利用三维打印数字化导板进行骨块移动和固定,后应用传统导板检验骨块的新位置,验证三维打印数字化导板的临床实用性。术后3月评估手术效果。 结果 5例患者术前建立的三维打印数字化导板能起到引导手术、预测手术效果的作用。术后3月随访,患者对外形满意。 结论 三维打印数字化导板可以有效引导手术过程,有望代替传统模型外科在牙颌面畸形的作用,为下颌骨不对称畸形的“手术优先”治疗模式提供合理参考。     

54例大致正常成年汉族人下颌骨三维CT形态学测量

目的：建立大致正常成年汉族人群下颌骨三维形态测量方法并初步获取其三维形态测量平均值,为建立三维虚拟可变形下颌骨平均值模型提供前提。方法：利用现有大致正常成年汉族人群头颅三维CT数据库（54例）,应用三维重建和测量软件Mimics 10.01,建立下颌骨外形轮廓三维测量方法。SPSS 13.0统计软件对所获得的数据进行整理分析。结果：获得大致正常成年汉族人群男性和女性下颌骨各部位长度、宽度、高度、深度、厚度、角度等84组均数和标准差,其中66组测量项目在男、女间差异存在统计学意义,16组测量数据男、女间差异无统计学意义,且此16组测量数据在下颌骨表面分布具有对称性。成年男性和女性下颌骨外形轮廓高、宽、深度间不具相关性。结论：大致正常成年汉族人群男性和女性下颌骨形态长、宽、深、高度各具特点,男、女个体下颌骨三维形态各具特征。     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型的构建

目的建立阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea symdrome,OSAHS)患者的下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)的三维有限元模型,为治疗OSAHS从颞颌关节方面提供参考依据.方法对OSAHS患者颞颌关节及上气道行薄层CT扫描,获得OSAHS患者颞颌关节及上气道DICOM格式的图像信息,采用Mimics三维建模软件、Imageware逆向工程学软件、Ansys有限元分析软件建立的三维有限元模型.结果建立了OSAHS患者下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)的三维有限元模型,共得到949 850个单元,932 932个节点.既能精确显示其三维空间结构和形态,又可以模拟下颌前移式口腔矫治器治疗OSAHS,为进一步研究此类方法治疗OSAHS从颞颌关节方面提供参考依据.结论建立准确、可行、灵活模拟操作的OSAHS患者下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)三维有限元模型,为临床治疗OSAHS从颞颌关节方面奠定基础.     

构建不同矢量骨吸收的牙周炎下颌骨3D数字解剖学模型

目的：构建不同矢量骨吸收的牙周炎下颌骨3D数字解剖学模型。方法：采用CT扫描志愿者下颌骨获取扫描图像数据,利用医学三维图像重建软件Materialise Mimics10.0、逆向工程软件Geomagic Studio12.0、有限元前处理软件HyperMesh 11.0等生成含完整解剖结构牙列的下颌骨模型。根据牙槽骨不同矢量骨吸收水平,构建体外典型以牙槽骨吸收水平为标准的无牙周炎模型以及轻度牙周炎、中度牙周炎、重度牙周炎患者下颌骨3D数字解剖学模型。结果：建立了不同程度骨水平吸收的牙周炎下颌骨3D数字模型。正常下颌骨模型节点总数55 034个,面单元总数108 273个;轻度牙周炎下颌骨模型节点总数53 703个,面单元总数105 608 个;中度牙周炎下颌骨模型节点总数52 362 个,面单元总数102 821个;重度牙周炎下颌骨模型节点总数50 445个,面单元总数99 099个。结论：建立的模型可有效实现对不同程度骨吸收牙周炎下颌骨的数字解剖学和生物力学研究。     

Application of Phase Measuring Profilometry in Reconstructing a 3D Digitizing Face Model with Open Eyes

Objective To investigate whether a phase measuring profilometry based digitizer is suitable for capturing digital facial image to reconstruct a 3D digital face model for computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prostheses. Methods A Phase measuring profilometry based digitizer was used to acquire the primitive point data of face profile of a patient with left orbital defect. The point data were then consequently edited in a 3D image processing software and a reverse engineering software. Results A 3D digital face model ready for computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prostheses was successfully reconstructed. Conclusion The phase measuring profilometry is safe and highly efficient to capture a 3D digital image of facial defects, and would be helpful to the computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prostheses.     

Application of Phase Measuring Profilometry in Digital Data Acquisition for CAD/CAM of Unilateral Orbital Prostheses with Remaining Eye Open

Objective To investigate whether a phase measuring profilometry-based digitizer is suitable for capturing digital facial image to reconstruct a 3D digital face model for computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prostheses when the remaining eye keeps open. Methods A phase measuring profilometry-based digitizer was used to acquire the primitive point data of the face profile of a patient with left orbital defect and the primitive point data was then used to construct a 3D digital facial model consequently with 3D image processing software and a reverse engineering software. With this digital model, a resin model was produced by rapid prototyping system and was used to fabricate the final prosthesis. Results A 3D digital face model ready for computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prosthesis was successfully reconstructed with data acquired from the phase measuring profilometry-based digitizer and the final orbital prosthesis fabricated with the help of this digital model fitted the patient very well. Conclusion The phase measuring profilometry is safe and highly efficient to capture a 3D digital image of facial defects, and would be helpful to the computer-aided design and manufacture of unilateral orbital prostheses.     

人下颌骨枪弹伤的三维有限元建模与数值分析

目的利用计算机辅助工程技术,动态仿真不同入射角度子弹侵彻三维下颌骨模型过程。方法对正常志愿者颌面部进行薄层CT扫描,将获得的下颌骨数据以DICOM标准通过Mimics软件进行三维实体重建,在LS-DYNA软件中模拟7.62 mm弹丸以不同入射速度(713.8、1 400 m/s)和不同入射角度(90°、67.5°、45°)致伤下颌骨模型过程。结果建立了形态细致逼真、相似性好的人下颌骨三维有限元模型,成功模拟了人下颌骨弹丸的致伤过程,当7.62 mm弹丸入射角度一致时,入射速度越大,撞击能量越大;当入射速度一致,入射角度为45°组的致伤能量明显高于90°及67.5°组。下颌骨枪弹伤模型出口面积大于入口面积。结论薄层CT、DICOM标准的应用使得有下颌骨限元模型的建立更为精确,利用有限元仿真技术动态模拟人下颌骨弹丸致伤的方法是可行的。     

激光三维扫描系统重建下颌骨

目的 利用激光三维扫描技术重建下颌骨三维结构，探索建立有限元几何模型的新方法。方法 利用激光三维扫描系统．多次、分区域地扫描人体下颌骨标本并形成下颌骨表面轮廓点云文件，然后对扫描点云文件进行拼接，重建下颌骨表面轮廓。结果 建立了一个人体下颌骨骨性表面的三维模型。此模型造型逼真，并可以适当的文件格式应用于有限元结构力学仿真分析。结论 在生物力学仿真实验中，激光三维扫描系统可以用于建立有限元几何模型，可解决常规CAD(computer aided design)方法难以建立非规则人体结构模型这一难题。     

3D重建垂体瘤数字化模型在医患沟通中的应用价值

目的 通过3D重建技术,重建垂体瘤数字化模型,并探究数字化模型在医患沟通中的应用价值。方法 选取 5名垂体瘤患者的CT、MRI数据,以DICOM格式导入MIMICS21.0软件中,得到3D垂体瘤数字化模型;招募32名垂体瘤患者家属(每名患者对应一名家属),采用数字随机表法,分为对照组(n=16)与实验组(n=16),实验组应用3D模型,对2组家属得分数据做出统计分析。结果 经MIMICS 21.0软件重建出了高保真的数字化模型,统计分析显示,使用模型后,患者家属对垂体瘤解剖结构(t=4.233, P<0.001)、临床表现(t=5.121, P<0.001)、并发症(t=5.504, P<0.001)、治疗方案(t=4.659, P<0.001)的理解显著提高。结论 通过3D重建软件将二维图像重建为具有空间结构的数字化模型,生动、直观,可以更好地辅助医生进行患者病情告知,同时,患方亦更容易理解自身病情,医患沟通的效果得到了显著提升,患者对医生的治疗方案认可度、配合度更高。     

Mimics软件结合薄层CT扫描构建下颌第一前磨牙桩核冠三维有限元模型

目的 Mimics软件结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙桩核冠的三维有限元模型.方法应用Mimics软件直接读取通过CT扫描所获取的建模所需一维影像图像(共72张,层厚0.3 mm,无间隔)的边界数据;再利用Ansysworkbench的曲面造型和加减布尔运算建立桩核冠各个三维实体模块模型,并进行三维重组;最后在Ansys软件中建立三维有限元模型同时划分力学单元并进行力学分析.结果建立了包括全瓷冠、桩核、粘固剂、牙周膜、牙胶尖、牙槽骨的三维有限元模型.结论应用薄层CT结合Mimics软件建模的方法方便快捷,能较好地实现有限元模型的几何相似性、边界约束和载荷相似性、力学性能相似性要求.     

激光三维扫描系统重建下颌骨

目的 利用激光三维扫描技术重建下颌骨三维结构,探索建立有限元几何模型的新方法。方法 利用激光三维扫描系统,多次、分区域地扫描人体下颌骨标本并形成下颌骨表面轮廓点云文件,然后对扫描点云文件进行拼接,重建下颌骨表面轮廓。结果 建立了一个人体下颌骨骨性表面的三维模型。此模型造型逼真,并可以适当的文件格式应用于有限元结构力学仿真分析。结论 在生物力学仿真实验中,激光三维扫描系统可以用于建立有限元几何模型,可解决常规CAD(computer aided design)方法难以建立非规则人体结构模型这一难题。     

Use of finite element analysis in presurgical planning: treatment of mandibular fractures

Background  The current clinical procedure for mandible fracture fixation is plate application. 3D reconstructions are used to validate procedures numerically preceding experimental analysis. This study outlines the methods used to reconstruct a numerical model of the mandible. Methods  A CT scan from a 22-year-old male patient with a healthy unfractured mandible was obtained. A 3D reconstruction was carried out using Mimics via thresholding and segmentation techniques. Boundary conditions and muscle forces were applied, and simulations were performed using ABAQUS. Results  3D reconstruction allows for precise anatomical dimensions, which can be used for further engineering analysis. Using the surgical Champy technique as an example, results showed that the mandible model returned to normal function post-plating. Conclusions  The study shows the clinical relevance of 3D reconstructions to plan surgical procedures. Results illustrate the benefit of carrying out numerical validations as a prerequisite to experimental modelling and as a method of pre-validating surgical procedures.