计算机辅助设计和快速成型技术制造颜面萎缩衬垫物的可能性

背景：半侧颜面萎缩畸形的整复方法较多,以往常通过制备患者的石膏面模,在上面堆蜡来恢复患者的面形,蜡型用作手术中衬垫的参考。但由于畸形的变化多,矫治设计的难度大,矫治效果不甚理想。 目的：探讨应用计算机辅助设计和快速成型技术制造用于矫正半侧颜面萎缩等凹陷畸形衬垫物的可能性。 方法：对半侧颜面萎缩患者行螺旋CT扫描,利用工作站进行扫描图像的容积三维重建后,重新间隔分层,利用CuteFTP 4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理,对图像的边缘轮廓进行提取,得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图,将该线图数据输入Surfacer 9.0重建软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,从而得到面颅骨的三维三角形面片线框模型及实体模型。将健侧面颅骨的点云数据按镜像对称变换到患侧,这样在患侧骨和健侧镜像之间就形成了充填物的三维模型,为补偿软组织的萎缩,将其外表面点云数据外移1.5 mm。对CAD后的三维Surfacer数据重新分层,在RpDataRepare中完成充填物的轮廓编辑和成型的支撑设置,形成RP项目文件,输出快速原型所需的加工文件.par,制造出衬垫物模板,作为实施手术过程中的参照。 结果与结论：获得了患者颅面骨表面轮廓的三维实体模型,并由计算机辅助设计,快速成型制造出衬垫物模板,并以此为参照完成手术,效果满意。说明应用快速成型技术可以完成半侧颜面萎缩等凹陷畸形的衬垫物的制造,精度高,快捷,在颅颌面外科假体的个体化制造方面有良好的应用前景。     

1000/基于PC机上颅脑CT二维图像的三维重建

目的: 在普通个人计算机上利用颅脑CT二维图像实现对颅骨的三维重建。方法: 利用正常人颅脑CT扫描数据集，采集二维图像数据，利用Amira软件对二维图像数据进行颅骨的图像分割、提取其轮廓线、三维可视化重建。结果：利用颅脑CT二维图像数据在普通计算机上得到了颅骨精细的三维模型。此模型能够多个视角显示和观察，并能单独显示某一分离的结构，同时可对其进行编辑和精确距离测量。结论：在普通计算机上应用软件进行三维重建可以获得颅骨精细的三维模型，解决了传统上只能依赖螺旋CT机进行三维重建的难题，为科研、教学及建立颅脑模型数据库提供方法和积累了资料，为三维重建技术在普通计算机上的广泛应用提供重要理论依据。     

颌面缺损结构光三维测量与螺旋CT扫描图像的配准

背景：目前尚无一种数字化信息采集技术能完全满足颌面缺损赝复的需要。因此,如能将光学三维测量与CT扫描数据的配准应用于颌面缺损,将为该疾病的诊断、治疗计划和赝复提供足够的软硬组织形态信息。 目的：通过结构光三维测量与螺旋CT扫描重建模型的配准,构建一个高象素、复合内部骨结构的三维虚拟颌面缺损模型,并评估配准的精确度。 方法：对上海第九人民医院口腔颌面外科收治的1名大面积复杂颌面缺损患者,分别使用自主研发的结构光三维光学测量系统和螺旋CT进行颌面部扫描和信息采集。分别使用Geomagic studio与自主研发的CAD-FacePros软件重建三维模型。使用CAD-FacePros软件,先通过面部解剖标志进行初配定位,再经迭代近邻点算法进行精确配准,将结构光测量获得的面部三维模型与CT重建后的颌面软组织模型进行匹配。使用CAD-FacePros软件计算两个匹配后模型间的最近点间距,获得模型配准误差。 结果与结论：通过配准构建了一个高象素、复合内部骨结构的三维虚拟颌面缺损模型。平均配准误差为0.5 mm,颌面部大部分区域的配准误差在1.0 mm以内,颊部配准误差稍大。提示通过结构光三维测量与螺旋CT扫描重建模型的配准,构建高象素、复合内部骨结构的三维虚拟颌面缺损模型是可行的。     

基于CT三维重建个体化股骨假体的计算机辅助设计

背景：由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配。计算机辅助设计和制造个体化假体克服了其他假体的缺点,可有效地延长人工关节的使用寿命和使用质量,并可能解决人工关节的翻修问题。国内的研究尚处于起步阶段。 目的：基于CT图像的三维重建,探求个体化股骨假体计算机辅助设计在提高假体与病变骨骼匹配度中的作用。 方法：CT扫描对象为1例健康男性志愿者,排除髋关节疾患。采用GE Speed Light 16排螺旋CT对股骨中上段进行层厚3 mm扫描,得到CT数据的二维图像,利用自主开发的数据格式转换软件将CT图像转换为bmp格式。对位图编辑预处理,用Mimics8.1软件进行矢量化处理,提取股骨内外轮廓。然后输入Mimics8.1和Rapidform2004三维反求工程软件中,生成股骨内外轮廓的特征曲线,重建股骨三维模型。将股骨髓腔的特征轮廓曲线dxf文件输入计算机辅助设计建模软件Solidworks2004中,以此股骨髓腔轮廓为基础,完成个体化股骨假体的设计。 结果与结论：利用自主开发的数据格式转换软件,实现了CT图像信息的矢量转换。以CT二维图像为依据,进行三维反求,可获得精确的股骨内外轮廓三维实体模型。采用反求工程与正向计算机辅助设计相结合,可设计出匹配良好的个体化股骨假体。提示反求工程和计算机辅助设计技术为个体化假体的研制提供了一个有效可行的途径,解决假体与病变骨骼的良好匹配,可防止假体松动,提高其长期稳定性。     

构建颅骨凹陷骨折三维有限元模型的方法研究

目的 探讨颅骨凹陷骨折三维有限元模型的构建方法.方法 对志愿者进行螺旋CT扫描,在PC机上将CT扫描获得的完整头部数据导人MIMICS软件,生成颅骨的三维可视化模型,利用ANSYS 9.0制作凹陷骨折的有限元模型,并进行力学分析.结果 在PC机上可以快捷准确的生成可用于有限元分析的颅骨凹陷骨折的有限元模型,右顶部发生颅...     

颅颌面部畸形个体数字化修复技术的临床应用

背景：由于颅颌面部骨骼解剖关系的复杂性,传统诊疗方法不能准确再现颅颌面部畸形的特点,更无法进行术前手术模拟。数字化模型外科技术可以提供给医生一个真实头颅的仿体,反应头颅结构的细节,能够更准确地解决颅颌面部修复对称性等难题。 目的：观察数字化外科技术在颅颌面复杂畸形修复重建中的临床应用效果。 方法：针对四川大学华西口腔医院2008/2009收治的7例复杂颅颌面畸形患者利用CT断层扫描得到颅颌面骨三维数据,通过计算机辅助设计并结合三维重建技术,对畸形进行修复前精确诊断、手术模拟设计,并通过快速成型技术和反求工程技术制作出三维头颅模型及个性化修复体,实现畸形的精确化修复。 结果与结论：基于计算机辅助设计-计算机辅助制造技术的个体数字化修复技术能够完成颅颌面部畸形修复体的设计和制造,可以提高手术精度,缩短手术时间,降低手术风险,改善治疗效果,明显提高了复杂颅颌面外科手术的精确性。提示数字化外科技术针对复杂颅颌面畸形修复重建病例有重要的临床实用价值。     

基于CT增强连续扫描数据的颅面部血管三维重建数字化模型****

背景：通过三维重建技术,可以对人体的任何一个部位进行可视化观察,但国内外基于个人PC的颅面部血管三维重建研究报道尚少。 目的：探讨基于CT增强扫描数据重建颅面部血管三维数字化模型的方法及其应用价值。 方法：选择1例经CT增强连续扫描检查的健康志愿者数据集,以DICOM格式导入 Mimics10.01软件,运用阈值选取技术、手动编辑技术、三维区域增长技术对颅面部血管进行三维重建。 结果与结论：获得了颅面部血管的三维数字化模型。该模型可以进行任意缩放和任意角度旋转,可显示不同结构间的毗邻关系和空间构象,并可进行三维的距离、角度测量。提示在PC上应用Mimics软件可以方便快捷地建立颅面部血管的三维数字化模型,为人体解剖学教学、临床神经外科、口腔颌面外科和影像诊断学提供了形态学参考,并为后期的虚拟手术奠定了基础。     

CAD/CAM预制个体化钛合金修复体颅骨缺损

背景：传统的颅骨缺损修复方法存在反复修整塑形时间长、术后效果取决于术者经验等弊端。计算机辅助设计与快速成型技术引入颅颌面外科,使颅骨缺损个体化三维仿真设计与修复成为可能。 目的：拟利用CT数据、计算机辅助设计/与制造预制个体化钛合金修复体,探讨其对创伤后颅骨缺损的重建效果。 方法：连续薄层扫描获得断层数据,在三维重建图像上设计修复体至外观形态满意,获得修复体的三维数据,将数据传输至快速成型机进行修复体的三维原型制造,最后利用医用钛合金铸造修复体。术中将修复体植入缺损区域,钛钉固定。共26例创伤后颅骨缺损患者运用该方法进行修复,缺损面积6 cm×8 cm~12 cm×15 cm。 结果与结论：所有患者伤口1期愈合,修复体与缺损区域有良好的适配性,术中无需修正、固定即可。术后随访4年,修复体形态良好,无感染和修复体外露发生。提示计算机辅助设计/与制造预制个体化修复体重建创伤后颅骨能最大限度的恢复患者外形,术中无需再加工,缩短了手术时间,修复效果良好。     

以螺旋CT数据建立的颅底三维有限元模型

背景：近年来国内外学者进行了大量生物力学实验研究,试图解释颅脑损伤的发生过程和受力大小与损伤部位的相关性。但是目前针对颅底骨折原因的研究主要是直接暴力,对于间接暴力作用于颅底后颅底的应力分布情况尚无报道。 目的：利用螺旋CT数据、三维重建软件及有限元分析软件,在普通PC机建立颅底三维有限元模型。 方法：选择正常成年女性作为建模对象,无头颈部损伤、手术及其他病史,CT扫描前进行X射线常规检查排除器质性疾病。头部螺旋CT薄层扫描后,将图像数据输入医用图像与三维重建软件MIMICS中,建立颅底的三维可视化模型。将该模型简化优化后,导入有限元分析软件ANSYS 10.0中,建立颅底的三维有限元模型。 结果与结论：建立了由额骨、蝶骨、筛骨、颞骨、枕骨等共同组成的颅底实体模型,由于成年人骨缝闭合,所以将其视为一个整体。对实体模型划分网格,得到颅底的三维有限元模型,共有51 053个单元,80 273个节点。提示所建立的颅底有限元模型外形逼真,几何相似性好,可以用来进行颅底骨折的生物力学研究。     

多层螺旋CT颅骨三维图像重建在颅骨骨折中的应用研究

目的分析和对比多层螺旋CT（Multi-slice Spiral Computed Tomography,MSCT）与多层螺旋cT颅骨三维图像重建（Three dimensional reconstruction）在颅骨骨折中的影像表现,探讨多层螺旋CT颅骨三维图像重建在颅骨骨折中的临床应用价值。方法收集2009年12月～2012年10月我院收治的300例急性颅脑外伤（traumatic brain injury TBI）检查资料,均于伤后6h内行多层螺旋CT及颅骨三维图像重建检查,检出颅骨骨折病例82例,将数据运用统计学方法分析,比较两种检查方法的差异。结果多层螺旋CT颅骨三维图像重建在颅顶骨折（P=0．026）、颅底骨折（P=0．004）的检出率高于常规多层螺旋CT,具有统计学差异（P〈0．05）,并且有较高的特异性及敏感性。结论螺旋CT颅骨三维图像重建在颅骨骨折的诊断中优于MSCT,具有可靠的临床价值。     

髋关节表面置换三维可视化设计

背景：髋关节表面置换过程中二维图谱只能观察到三维解剖结构的某一个侧面,不能全面地把握整体的三维结构。 目的：利用个人计算机结合图像处理软件Amira 4.1对髋关节表面置换进行三维重建,建立髋关节表面置换的可视化数字模型。 方法：对1例髋关节表面置换后患者骨盆进行多排螺旋CT扫描,观测内置物的位置形态,将原始数据以.dicom格式输入个人PC,利用Amira软件,经剪切、分割、表面重建及体绘制等步骤,根据解剖结构特点,对骨盆及髋关节进行三维重建,获得立体形态的髋关节及内置物位置结构。 结果与结论：重建了骨盆、髋关节及内置物的形态构成,重建的三维结构可以多彩色、透明或任意组合显示,经不同角度观察,整体显示清晰、实体感强。在三维表面重建的图像中可清楚观察表面假体的位置形态,特别是可以立体直观显示全髋关节表面置换假体的大小、倾角、稳定性以及磋磨股骨头形态,并可精确测量。提示髋关节表面置换三维重建对基础研究、临床试验及手术规划具有重要价值,应用Amira软件可为三维建模提供基础。     

人体颌骨三维模型重建及种植牙的仿真*☆

摘要：利用螺旋CT扫描技术获得的人体下颌骨扫描数据,通过与快速成型,UG/Imageware逆向工程等技术相结合,在计算机上重建一个可编辑的三维实体模型,在重建模型中分别进行体绘制、面绘制以及三维测量,并选取理想植入点,记录理想植入点坐标数据和定位点的坐标数据,并模拟牙种植手术,在UG中对其进行种植体数控仿真,将仿真结果经过坐标换算后,导入数控机床加工。在计算机上重建了一个可编辑的三维实体模型,它具有精确度高,可编辑等特点,并且可以直接用于实体的生物制造。提示结合CT三维重建技术与计算机辅助设计制造技术,让医生在术前对患者颌骨有全面的、三维方向的认识,方便医生确定手术方案,提高手术的成功率。     

Computerized densitometry and color coding of [14C] deoxyglucose autoradiographs

A computerized image processing system has been developed for quantitative analyses of autoradiographs obtained with the [¹⁴C] deoxyglucose method. The system is composed of standard, commercially available components and includes a scanning microdensitometer, computer, image memory and display system, and monochrome and color monitors. The associated computer programs are written in PASCAL. Autoradiographs are automatically scanned, and the optical density of each spot is digitized at a maximum resolution of 65,536 readings per 6.4 X 6.4 mm area and stored in memory. Images can be reconstructed from the data in memory, displayed on the monitors, and utilized for microdensitometric analyses or manipulated for image enhancement, enlargement, or weighted averaging of selected regions. The digitized data can also be utilized to solve the operational equation of the [¹⁴C] deoxyglucose method, and color-coded images of autoradiographs can be reconstructed so that each color represents a narrow range of the rate of glucose utilization. By means of this system, it is possible to generate quantitative metabolic maps that display the distribution of actual rates of local glucose utilization throughout the entire central nervous system in regions as small as 100 μm or less.     

Computer reconstruction of the three-dimensional structure of mouse cerebral ventricles

In the brain, the cerebral ventricles are important as the site of cerebrospinal fluid production. The cerebral ventricles consist of the lateral ventricles, the third ventricle and the fourth ventricle, and their stereoscopic structures and the connections between them are not visible from outside of the brain. Observation of the stereoscopic structure of cerebral ventricles is possible by producing a mold preparation of the ventricular system [Systematic Human Anatomy (1984) 589; A Colour Atlas of Human Anatomy (1993) 79; J. Anat. 68 (1934) 480; Brain 75 (1952) 259]. However, this method does not facilitate visualization of the position of the ventricles within the brain or the positional relationships between the cerebral ventricles and other structures. Murine brains are often used in studies of hydrocephalus [Mol. Cell. Biol. 22 (2002) 2769; Brain Res. 891 (2001) 247]. Rolf et al. have reported that a few L1 mutant mice display severe hydrocephalus and suggested that, in such mice, massively enlarged ventricles create deformations of the brain, which secondarily cause stenosis of the aqueducts followed by severe hydrocephalus [Brain Res. 891 (2001) 247]. The three-dimensional structure of murine cerebral ventricles reconstructed on a computer display would be extremely useful not only for stereoscopic observation of the cerebral ventricles in murine brains but also in morphological analysis of murine cerebral ventricles using additional software for three-dimensional measurement. We therefore attempted a three-dimensional computer reconstruction of the cerebral ventricles from serial histological sections of whole mouse brain in order to facilitate research into hydrocephalus using mouse models. In this study, mouse brain is fixed in formalin and then embedded in paraffin after immersion in celloidin. Serial histological sections are produced and digitized, and outlines of the brain surface and cerebral ventricular faces are traced on printouts. Serial drawings are again digitized, and the three-dimensional structure of the brain surface and cerebral ventricles is reconstructed on the computer using reconstruction software. Using this technique, we accurately described the mouse brain surface and cerebral ventricle faces on a computer display.     

腰椎间盘膨出节段数字模型及三维可视

背景：从生物力学入手研究腰椎间盘膨出意义重大。 目的：探讨构建腰椎间盘膨出节段数字模型及三维可视化研究方法。 方法：基于L3~4的16排螺旋CT连续断层114层二维图像,Mimics软件分别对腰椎骨性结构及各种软组织进行重建,并导入有限元分析软件进行模型验证。 结果与结论：建立了L3~4间盘膨出节段三维数字模型,包括两个椎体、终板、纤维环、髓核及6种韧带,数字模型外形逼真,实体感强,可进行三维测量、复位、手术模拟以及输出用作CAD(计算机辅助设计),RP(快速成型)及FEA(有限元分析)研究。说明薄层CT,Mimics 软件阈值分割、区域增长使数字模型的建立更为精确、快捷,数字模型可被输出用于进一步研究。     

虚拟三维人体解剖学展示系统的设计*

背景：应用计算机虚拟技术配合双向交互式人机界面,设立虚拟实验室,使抛弃面对面教学成为了可能。 目的：使用虚拟三维技术实现人体解剖学标本演示,在清晰度、质感、素材输入难易度上全面超越常规三维建模方法制作的电子标本,最终实现远程教育网上虚拟解剖实验室的应用。 方法：自行开发半自动控制的三维标本数据录入硬件系统,全方位的录入解剖标本、模型的素材资料,形成资料库。用软件系统虚拟三维展示解剖标本、模型,并提供相关文献资料、语音解说等素材。 结果与结论：完成了三维标本数据录入机的制作,可以在5 min内将一个实体标本转化为数字化图像数据,数据无需处理,直接输入数据库即可通过虚拟三维演示系统实现远程标本立体显示。三维动画相对于传统二维图片,具有立体,直观,使用方便,不会损耗,易于扩展等优点,在人体解剖的教学及医学科普教育上有良好的应用前景。     

修复颅骨缺损材料的临床应用分析

目的：探讨各种颅骨修补材料在颅骨成型术中的应用价值。方法：总结我院2000年2月-2010年6月间因颅骨缺损而行颅骨成型术的78例临床资料,其中硅胶板修补颅骨19例,二维钛网26例,数字化三维钛网33例。结果：数字化三维钛网组较硅胶板及二维钛网组在手术时间上明显缩短,外观上完全恢复解剖,但数字化三维钛网组费用明显高于硅胶板及二维钛网组,而且数字化三维钛网硬度较弱,抗碰撞能力较二维钛网组低。结论：数字化二维钛网可以避免在手术中塑型缩短手术时间,外观上完全恢复解剖,费用较低,且硬度大,抗碰撞能力强,是临床上值得推荐使用的颅骨修补材料     

A three-dimensional digital visualization model of cervical nerves in a healthy person*

Three-dimensional reconstruction nerve models are classically obtained from two-dimensional images of ＂visible human＂ frozen sections. However, because of the flexibility of nerve tissues and small color differences compared with surrounding tissues, the integrity and validity of nerve tissues can be impaired during milling. Thus, in the present study, we obtained two-dimensional data from a healthy volunteer based on continuous CT angiography and magnetic resonance myelography. Semi-automatic segmentation and reconstruction were then conducted at different thresholds in different tissues using Mimics software. Small anatomical structures such as muscles and cervical nerves were reconstructed using the medical computer aided design module. Three-dimensional digital models of the cervical nerves and their surrounding structures were successfully developed, which allowed visualization of the spatial relation of anatomical structures with a strong three-dimensional effect, distinct appearance, clear distribution, and good continuity, precision, and integrality. These results indicate the validity of a three-dimensional digital visualization model of healthy human cervical nerves, which overcomes the disadvantages of milling, avoids data loss, and exhibits a realistic appearance and three-dimensional image.