增材制造脊柱侧弯矫形器治疗效果的有限元分析

目的 利用有限元法对骨骼、躯干和矫形器之间的交互作用进行仿真模拟,评估增材制造脊柱侧弯矫形器的治疗效果。方法 结合患者CT数据、躯干三维扫描模型和脊柱全长X线片,建立骨骼-躯干-矫形器有限元模型,并证明其有效性。计算在不同边界和载荷条件下主胸弯脊柱侧弯Cobb角的变化及发展趋势。结果 增材制造矫形器治疗效果良好。随着矫形器预紧力增加,Cobb角和骨盆倾斜的改善情况更加明显。预估70 N预紧力作用于矫形器的6个月后,Cobb角将减少6.18°。在增加骨骼系统刚度的情况下,Cobb角改善不明显,甚至出现恶化。结论 脊柱侧弯矫形器能够有效地治疗骨骼尚在发育的青少年,对于骨骼发育成熟或产生退变的患者,矫形器治疗效果欠佳。     

基于快速成型技术制造生物骨方法的研究

快速成型制造技术以它自由生成固体形状的特点成为骨组织工程中的研究热点之一.本文综述和分析了快速成型技术中的几种主要的制造方法,重点讨论当前国内外热点研究的应用立体光造型(stereo-lithography,SL)、选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)、熔化沉积制造(fusion deposition modeling,FDM)和三维印制(three-dimensional plotting/printing,3DP)等快速成型方法制造生物仿生骨的情况,并且归纳国内外最新的研究方向和成果.     

3D打印技术在牙科制造领域中的应用及未来

文题释义： 熔融沉积成型：是将热熔性材料加工成丝状,经过送丝机构到达热熔喷嘴上,之后热熔性材料被加热装置加热融化,沿着打印机已经设定好的路径进行运动,同时加热融化的丝状材料在成型平台上凝固成型,层层粘接堆积,最终形成产品模型。 光固化立体成型技术：能够在微米级的精细分辨率下制造高表面质量的零件,其成型过程就是树脂材料进行光固化聚合的过程,一般是以点成线、以线成面,然后成型平台根据打印参数决定的打印层厚进行升降。 背景：对于牙齿缺损或缺失的病例,需通过个性化制作修复物达到治疗目的。传统的制作工艺耗时长、费用高、精准度差。3D打印技术引入牙科制造后,能一定程度提高制作效率和品质。 目的：介绍 3D 打印技术在牙科制造中的应用现状,讨论目前应用中存在的技术瓶颈,展望未来3D打印技术在牙科制造应用的发展方向。 方法：作者以“3D printing,metal implant,dental manufacturing,dental restorations,3D 打印,骨缺损,金属内植物,牙科制造,牙科修复”等为关键词,检索1980至2019年期间的Web of Science、万方、CNKI 数据库中的相关文献。初检文章 261 篇,筛选后对60篇文章进行参考总结。 结果与结论：3D 打印牙模、数字化种植导板、蜡型等已在牙科制造中得到应用和推广,3D打印技术在牙科制造已得到较广泛的应用,使用最为广泛的6种工艺分别是树脂光固化成型、叠层实体制造、熔融沉积成型、选择性激光烧结、选择性激光熔化、立体喷墨技术。目前3D打印技术在牙科制造领域的应用存在着一定的技术瓶颈,突破技术瓶颈后,3D打印技术在未来的牙科制造领域将能发挥更大作用。 ORCID: 0000-0002-0781-7537(姚路) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

新型肝脏管道模型的数字化制造研究

目的　设计并制作内部管道与肝实质外形兼备的新型肝脏管道模型。  方法　选取一具新鲜的人体肝脏标本,肝静脉及门静脉灌注后行64排螺旋CT扫描,利用Mimics软件重建门静脉、肝静脉及肝实质三维模型。在Magic4.0软件中设计肝脏管道与肝实质外壳模具的装配结构。将设计好的模型通过快速成型机进行模型的三维打印,并进行组装形成管道铸模模具。将融化的透明果冻蜡注入铸模模具内,待蜡凝固后,除去肝实质壳模具,获得新型肝脏管道模型。  结果　本研究通过三维重建、快速成型及模具技术成功地制作了内部管道与肝实质外形兼备的新型肝脏管道模型。模型清晰地显示肝内管道的分布情况,位置关系,分支关系,管道直径等,快速成型管道的最小直径约为1.2 mm。由透明果冻蜡制作的肝实质外形良好,清晰透明,质地与肝实质相近。   结论　新型肝脏管道模型表现力丰富,容易保存。它拓展了铸型标本在医学教育,科研,临床上的应用。     

基于有限元仿真的数字化脊柱侧弯矫形研究

目的:对脊柱侧弯患者全脊柱进行数字化信息提取,研究矫形角度与矫形力的关系,并基于CT断层扫描数据信息对患者侧弯脊柱进行三维重建,验证矫形方案的可靠性,从而为患者提供最优的个体化脊柱侧弯矫形方案。方法:根据患者CT断层扫描数据,在Matlab软件中对患者侧弯脊柱进行数字化建模,以力学原理推导矫形力与矫形角度的关系式,从而确定脊柱侧弯矫形方案。利用Mimics19.0、3-Matic等医学三维软件,对患者脊柱侧弯部分进行完整三维重建并在AnsysWorkbench中进行有限元仿真,验证矫形方案效果。结果:重建出的脊柱三维模型能够准确反映患者实际脊柱侧弯情况,Matlab软件计算得到的最优化矫形方案能够在有限元仿真中得到验证。结论:基于数字化三维重建的脊柱侧弯矫形能够针对患者个体情况提供最优化的矫形方案,辅助临床医生选择满足患者实际需求的治疗方案。     

可降解聚合物多孔骨框架的快速制造

通过组织工程方法制作骨框架结构为骨缺损和骨疾病患者和骨科医生提供了新的选择。选用生物可降解的聚合物聚乳酸，根据CT数据反求的CAD模型，通过计算机控制多功能快速成形机，经过专门设计的喷头喷射成孔具有微孔的基底框架。再将这一框架通过化学沉积方法与胶原－羟基磷灰石复合材料复合，即可作为大段骨修复的理想材料。动物实验表明了这一结论的正确性。     

快速成型技术在人工骨制造过程中的应用研究

通过对快速成型技术原理的介绍和对国内外 RP 技术在人工骨制造过程中的研究现状及实际应用的描述。探讨快速成型技术(RP)在人工骨制造领域的应用价值。提出了此研究领域存在的问题和发展方向。证明快速成型技术在人工骨制造领域具有很好发展前景。     

快速成型技术在医学中的应用

快速成型是 2 0世纪 80年代末发展起来的新技术 ,它在医学上已得到广泛应用。本文对快速成型进行了简单介绍 ,主要综述了在手术计划、假体制造和生物工程中的应用 ;对某些领域中的不足也进行了讨论 ,主要是相对于工业快速成型技术可达到的精度 ,医学 CT扫描的层距显得过厚。     

快速原型技术在颅颌面整复中的应用

快速原型(rapidprototyping,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。     

基于水平集的快速成型技术在颅骨缺损修复中的应用

目的 探索利用水平集方法和快速原型技术得到颅骨缺损修复假体用于颅骨修复。方法 基于有颅骨缺损的患者的CT数据,利用水平集方法结合病人脑组织信息得到完整的颅骨原始轮廓,还原出颅骨缺损部位信息,三维重建后应用三维打印机进行定制的颅骨缺损修复假体的快速原型制造。结果 所得颅骨缺损修复假体非常适合颅骨缺损的部位,使用水平集方法和快速原型技术得到的颅骨缺损修复假体有很好的个体适配性。结论 水平集方法和快速原型技术精确制造颅骨缺损修复假体是可行的,对颅骨缺损修复手术提供术前规划、减少术中危害具有重要意义。     

基于AnyBody~(TM)技术的人体运动建模方法

人体运动的建模与仿真是当今运动生物力学研究的一个热点。利用数值模型研究人体的运动规律,是人体运动研究的一个重要手段和有效工具。其关键技术在于应用逆向运动学方法求解人体运动,并获取人体运动中各个肌肉力学上技术参数。文中主要探讨基于AnyBody~(TM) System软件人体运动仿真的建模方法来研究人体运动力学规律,结合The Any-Body~(TM)system对人体运动具体应用,说明The AnyBody~(TM) system技术在人体运动仿真领域的优势。     

基于XML技术的正常人脑MRI图像数据库

建立正常人标准脑是全球人类脑计划（HBP）的重要组成部分,建立适合中国人自己的标准脑结构模板更具有重要意义。本研究基于对所采集的3000例正常成人脑结构数据,以及对这些海量数据的有效管理这一关键问题,通过解析医学数字成像和通信标准（DICOM）图像特殊的数据结构,引入了可扩展标记语言（XML）,使用拥有自主知识产权的应用软件,设计和完成了NXD（Native XML Database）数据库,以对获取到的大量的脑结构数据进行管理和使用。系统以数据采集、序列分析、案例提取、案例编辑、案例管理为流程,有效减少了数据占有空间和数据冗余,提高了数据处理的速度和效率,使得数据库系统具有可扩充性、结构稳定性、功能独立性和存储效率高等特点。     

基于 OpenSim 的轻度青少年特发性脊柱侧凸个性化建模与分析

目的 建立青少年特发性脊柱侧凸患者的个性化脊柱运动学和动力学建模方法并验证其准确性,为脊柱侧凸的非手术矫形治疗提供治疗机制分析与效果评估的工具。 方法 基于患者影像学数据计算并调整 Schmid 开发的 OpenSim 青少年脊柱模型的骨骼与肌肉参数,使模型与特定患者相匹配;基于文献数据添加椎间刚度并在侧凸 段进行修正,使模型符合脊柱侧凸患者椎关节力学特征,进而建立患者侧凸脊柱的个性化运动学和动力学仿真分析模型;基于运动捕捉数据计算逆运动学,并使用静态优化计算肌肉激活度,将计算结果与影像学及肌电(electromyogram,EMG)数据进行对比验证。 结果 站立状态逆运动学计算得到的各椎骨冠状面角度平均误差为0. 164°,符合运动学误差要求;站立状态胸椎段与腰椎段竖脊肌凸侧与凹侧肌肉激活度比值分别为 0. 489 与0. 631,与 EMG 数据吻合;侧屈运动中对椎间刚度进行修正后的模型与未修正模型相比,肌肉激活更接近 EMG 数据。 结论 本文方法建立的模型满足运动学与肌肉力的准确性要求。     

基于有限元分析的3D打印脊柱侧弯矫形器局部优化设计

目的 对计算机辅助设计的3D打印脊柱侧弯矫形器进行优化设计,从而使其实现具有良好力学强度和模型轻量化等优点。方法 利用手持式三维扫描仪对志愿者躯干体廓进行扫描,构建志愿者体表模型;根据三点力原理、牵引及免荷原理,对志愿者体表模型进行修型,设计出压力区和释放区,初步设计出脊柱侧弯矫形器模型;采用正交试验方法 对32种不同尺寸的镂空组合进行局部优化对比研究,根据优化结果 ,对脊柱侧弯矫形器模型进行镂空处理和生物力学分析,对比镂空设计的3D打印脊柱侧弯矫形器的应力分布,验证矫形器模型的优化效果。结果 采用半径为9 mm的圆孔和间距23 mm的局部镂空优化设计（局部减重约40%）,可得到质量更轻、透气性更好和足够强度的3D打印脊柱侧弯矫形器。结论 基于有限元生物力学分析,采用非压力区域的局部圆孔镂空优化设计,可以实现3D打印脊柱侧弯矫形器的打印材料减少、透气性增加等优点,最终可提高患者的穿戴舒适度和依从性。     

基于对象的精细可伸缩性编码

医学影像是医生用于诊断的重要工具，高质量的影像对于远程医学在Internet上的普及具有重要意义。然而，当影像在丢包网络如Internet上传输时，接收端有时需要经过长时间的等待才能获得整个码流来重建影像。对于需要实时获得影像的医生，这是无法忍受的。本研究提出一种基于对象的精细可伸缩性编码方法，该方法将对象编码与位平面编码相结合。一方面，这种方法具有精细增强图像质量的能力；另一方面，它又可以通过指定对象优先级和提升位平面来更为灵活地控制码流结构。首先描述整个编码框架，然后对该框架所涉及的位平面编码、选择性增强和码流结构等关键技术分别进行重点讨论，最后给出不同码流结构在不同断点处的重建图像之间的比较。     

基于深度学习的肺炎图像目标检测

肺炎是一种严重危害身体健康的疾病,通常使用肺部X光片进行检查。肺炎诊断是肺炎治疗前非常重要的环节,但是由于肺部其他疾病的干扰、医疗数据的爆发式增长以及专业病理医生的缺乏等,导致肺炎的准确诊断较为困难。深度学习能够模仿人脑的机制准确高效地解释医学图像数据,在肺炎图像检测方面获得了广泛应用。构建了3种基于深度学习的图像目标检测模型,单发多框探测器(SSD)、faster-RCNN和faster-RCNN优化模型,对来自Kaggle数据集的26 684张带标签的肺部X光图像进行研究。原始X光图像经预处理后输入3种深度学习模型,分别对单处和两处病灶区域进行目标检测。随机选取500张测试图像,利用损失函数、分类准确率、回归精度和误检病灶数等指标对各模型的性能进行评估。结果表明,faster-RCNN的性能指标优于SSD;Faster-RCNN优化模型的性能指标均优于其他两种模型,其损失函数值小且可快速达到稳定,平均分类准确率为93.7%,平均回归精度为79.8%,且误检病灶数为0。该方法有助于肺炎的准确识别和诊断。     

Automatic Cobb Measurement of Scoliosis Based on Fuzzy Hough Transform with Vertebral Shape Prior

To reduce variability of Cobb angle measurement for scoliosis assessment, a computerized method was developed. This method automatically measured the Cobb angle on spinal posteroanterior radiographs after the brightness and the contrast of the image were adjusted, and the top and bottom of the vertebrae were selected. The automated process started with the edge detection of the vertebra by Canny edge detector. After that, the fuzzy Hough transform was used to find line structures in the vertebral edge images. The lines that fitted to the endplates of vertebrae were identified by selecting peaks in Hough space under the vertebral shape constraints. The Cobb angle was then calculated according to the directions of these lines. A total of 76 radiographs were respectively analyzed by an experienced surgeon using the manual measurement method and by two examiners using the proposed method twice. Intraclass correlation coefficients (ICC) showed high agreement between automatic and manual measurements (ICCs > 0.95). The mean absolute differences between automatic and manual measurements were less than 5°. In the interobserver analyses, ICCs were higher than 0.95, and mean absolute differences were less than 5°. In the intraobserver analyses, ICCs were 0.985 and 0.978, respectively, for each examiner, and mean absolute differences were less than 3°. These results demonstrated the validity and reliability of the proposed method.Key words: Cobb angle, scoliosis, fuzzy Hough transform (FHT), shape prior, radiograph