Mimics和Geomagic辅助下建立固定义齿的有限元模型

目的建立固定义齿的三维有限元模型,为后续的牙周组织的生物力学分析提供数字模型。方法利用Mimics医学影像三维重建软件和Geomagic studio逆向工程软件对CT图像进行处理,并运用UG NX进行实体建模及有限元网格划分。结果建立了包含牙槽骨、基牙、牙周膜、固定义齿的三维有限元模型。结论直接运用牙齿原始数据建模,一定程度上可以避免数据丢失,减少模型失真,所得模型具有较好的几何相似性。     

基于CT及逆向工程软件构建正常人体骨盆三维有限元模型

背景:骨盆是人体骨骼中形态及结构最复杂的部分,许多学者一直致力于其生物力学的研究。由于骨盆形状极其不规则,所附着肌肉及韧带解剖结构复杂,建立精确的包含主要肌肉及人韧带的骨盆有限元模型十分困难。目的:建立正常成年人骨盆的三维有限元模型,为后续骨盆的生物力学分析提供数字模型。方法:采集健康成年男性志愿者的骨盆CT数据,将DICOM格式的CT图像导入医学影像三维重建软件Mimics10.0进行图像的分割及三维重建,将导出文件导入逆向工程软件Geomagic studio 11中对图像进行曲面化处理,建立曲面模型,使其更加光顺,将生成的曲面模型导入有限元分析软件Ansys 14.0中进行有限元网格划分。结果与结论:建立了正常成年人骨盆的三维有限元模型,总单元数为818 294个,总节点数为149 290个。课题基于健康成年男性志愿者的骨盆CT图像建立骨盆有限元模型,所得的模型精确度高、逼真、具有良好的解剖及几何相似性,可为下一步骨盆的生物力学分析提供基础。     

个体股骨头坏死三维有限元模型的建立与应用

同时基于个体股骨头坏死患者的X-ray、CT和MRI图像,采用图像配准和融合技术对包含坏死股骨头的髋关节进行三维重建,获取具有高度几何相似性的三维有限元网格模型。选择1例中年女性股骨头坏死患者,分别获取X-ray、CT和MRI三套图像,采用Mimics 13.1和Pro/E 5.1软件分别基于这三套数据建立相关三维实体模型,经图像投影转换后,确定图像之间的匹配点,进行二维图像配准,配准后对成功融合的图像进行三维有限元网格模型显示。建立了具有良好几何相似性的髋关节三维有限元网格模型,包括正常皮质骨、松质骨、关节软骨和股骨头坏死区、断裂骨小梁等六部份,较真实地反映了包含坏死股骨头的髋关节的形态特征及毗邻关系,为进一步的生物力学分析和手术模拟提供了较理想的研究平台。     

髁突骨折术中颞下颌关节盘复位有限元模型的建立与初步分析

目的：建立正常的颞下颌关节有限元模型和髁突骨折切复内固定手术模型,为颞下颌关节系统的生物力学研究提供数字平台。方法获取正常颞下颌关节CT和MRI扫描图像数据,使用Mimics、Geomagic、ANSYS等软件建立颞下颌关节三维有限元模型和髁突骨折外科手术模型并进行初步的生物力学分析,以验证模型的有效性。结果建立了颞下颌关节系统的三维有限元模型和髁突骨折外科模型具有良好的生物形态。结论根据CT、MRI影像和解剖参数,利用医学影像三维建模软件Mimics以及逆向工程软件Geomagic Stadio可以精确、可行地构建颞下颌关节系统的表面网格模型,并在有限元分析软件Ansys中构建颞下颌关节系统的三维有限元模型。该模型还原了TMJ的生物力学环境。     

正常人高分辨率CT中耳三维有限元建模方法

目的探索根据正常人颞骨高分辨率CT二维图像建立中耳三维有限元实体模型的方法。方法获得无中耳传音结构病变志愿者高分辨颞骨CT资料,使用Photoshop、Amira、HyperMesh及Abaqus软件根据二维CT图像建立中耳三维有限元实体模型。结果建立了包含鼓膜、听骨链的中耳三维有限元实体模型,模型几何尺寸在正常解剖数据范围内。结论探索出一种基于正常人颞骨高分辨率CT二维图像的中耳三维有限元实体建模方法,具有快捷、方便、廉价、无创性的优点,为进一步进行中耳声音传导机制有限元分析奠定了基础。     

CT扫描结合逆向工程软件建立下胸椎三维有限元模型

背景:脊柱生物力学的研究有赖于三维有限元模型的建立,对于下胸椎的生物力学研究,由于其结构特点,使其对有限元模型的准确性和精确性要求更高。目前脊柱有限元研究通常以颈、腰段为多见,对于下胸段方面的研究,目前文献报道不多。目的:通过CT扫描结合逆向工程软件建立下胸椎三维有限元模型,为其进一步生物力学研究奠定基础。方法:选择内蒙古医学院附属医院影像科标本1例,志愿者无脊柱疾患和骨质疏松,对试验方案知情同意。利用非脊柱疾患病例CT资料,利用医学图像处理软件Mimics实现直接从CT图像中提取数据,再利用逆向工程技术平台Geomagic,在可视化的界面下对模型进行修改,建立人完整下胸椎、椎间盘及韧带的有限元模型。结果及结论:利用Mimics,Geomagic等逆向工程软件,结合CT技术对人下胸椎进行了三维重建,精确再现了下胸椎外形解剖特征,实现了对椎体组织内部不同结构的精细区分,下胸椎共具有112540个四面体单元。提示此方法可以提高建模的效率和可操作性,能够成功的建立符合实验要求的下胸椎有限元模型。     

医学图像三维有限元重建中的数据管理及T10～T12胸椎模型建立

在进行生物力学分析时 ,依靠序列医学图像进行三维有限元模型重建是一种必要的手段 ,但是此过程中图像的数据处理和网格划分等繁重的前处理工作 ,成为了有限元分析工作的瓶颈 ,尤其是形状和其医学图像的数据具有复杂性的胸椎的模型的建立。针对胸椎三维有限元模型建立所必需的数据 ,给出了基于 CT医学图像处理所必需的数据结构和类型 ,分析了数据获得和处理的方法。同时提出了基于分块建模思想的数据管理方法 ,结合MSC.Marc软件实现了网格划分 ,建立了 T10～ T12段胸椎的三维有限元模型 ,其形态特征基本保持了实际骨骼的外形特征 ,满足了生物力学研究分析的要求。针对医学序列图像处理和有限元模型的建立过程中的数据获得与管理 ,是非常有意义的重要工作之一 ,对于其他类似的基于医学图像 (CT、MRI等 )的人体组织的三维有限元重建工作 ,具有拓展意义和实际的指导意义。     

逆向工程法建立下颌第一磨牙种植体有限元模型

背景:逆向工程建模在以往的研究中也较多采用,但针对种植方面建模的研究却鲜见,尤其下颌磨牙种植方面的研究更为少见。而下颌磨牙是牙列中缺失率最高的,所以利用逆向工程建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,对下颌磨牙种植修复的研究具有参考价值。目的:利用逆向工程快速建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,为口腔生物力学的研究提供数学模型基础。方法:通过螺旋CT扫描正常下颌骨,Mimics软件读取断层影像数据、数据分割、三维重建,应用Magics软件优化网格设计,Pro/E软件前处理实体模型,SolidWorks2007软件建立三维有限元模型并划分网格、求解。结果与结论:成功地重建了正常牙槽骨高度的下颌第一磨牙种植体三维有限元模型,与实体模型具有高度的几何相似性,力学性质、网格质量较好,模型可以根据需要进行简便易行的修改。可为研究不同种植设计方式修复下颌第一磨牙种植体周围骨的应力分析,提供极好的模型支持。     

中下胸椎肋椎单元三维有限元模型的建立☆

背景：建立中下胸椎肋椎单元有限元模型对进一步的力学分析意义重大。 目的：通过CT扫描结合逆向工程软件建立中下胸椎肋椎单元三维有限元模型。 方法：选择内蒙古医学院附属第二医院影像科无脊柱疾患和骨质疏松标本1例,利用医学图像处理软件Mimics实现直接从CT图像中提取数据,再利用逆向工程技术平台Geomagic,在可视化的界面下对模型进行修改,建立人完整中下胸椎肋椎单元、椎间盘的有限元模型。 结果与结论：利用Mimics,Geomagic等逆向工程软件,结合CT扫描技术对人中下胸椎肋椎单元进行了三维重建,精确再现了中下胸椎肋椎单元外形解剖特征,实现了对椎体组织内部不同结构的精细区分,中下胸椎肋椎单元共具有132 649个四面体单元。提示此方法可以提高建模的效率和可操作性,能够成功建立符合实验要求的有限元模型。      

颅腔三维模型的建立及其变形的有限元方法分析

目的建立真实的人体颅腔三维模型,通过有限元方法分析人体颅腔随颅内压(ICP)变化的应变规律。方法以1例成年健康男性的颅腔CT扫描图像为基础,利用逆向工程软件Mimics 13.0建立人体颅腔三维模型,并通过ANSYS软件模拟临床ICP变化范围2.0～6.0kPa,分析三维颅腔表面的变形情况。结果利用Mimics软件建立了与真实人体颅腔几何结构和材料属性均高度相似的三维颅腔有限元模型,该模型相较于其他简化模型和普通计算机辅助设计(CAD)建模软件建立的模型具有细节更逼真、材料属性更贴切的特点,更具有普遍应用的价值。而且通过ANSYS有限元模拟分析,随着ICP的增高,颅腔表面应变呈上升趋势,在2.0～6.0kPa ICP变化范围内,颅腔表面应变范围为1.27～3.67με。随ICP变化,人体颅腔表面的应变规律和范围与前期研究的计算结果基本一致。结论建立的真实人体颅腔三维模型和模拟颅腔随ICP变化的变形规律具有较高的可信度,为临床研究颅腔变形提供了可靠的数据依据。     

下肢假肢接受腔对残肢肌肉萎缩影响的数值研究

下肢截肢后残肢的肌肉萎缩对患者康复十分不利。为探明残肢肌肉萎缩的生物力学机制,本研究利用大腿截肢患者残肢的磁共振断层影像(MRI),建立了包含肌肉、骨骼以及主要血管的残肢有限元模型,研究分析了下肢假肢接受腔对残肢软组织及血管的生物力学影响。结果发现,旋股外侧动脉降支因挤压而发生的狭窄最为严重,股深动脉的狭窄则相对较小;旋股外侧静脉的降支、股静脉、股深静脉狭窄的程度依次降低,大隐静脉的狭窄程度较为严重。前侧肌群中应力应变最高;下侧肌群在股骨的末端处出现应力集中,并且其他生物力学指标在下侧区域中也相对较高。本研究在一定程度上揭示了接受腔对血管的挤压是导致肌肉萎缩的重要原因,这为进一步研究残肢肌肉的萎缩机制和采取有效的预防措施提供了理论参考。     

计算机断层扫描纹理分析在预测联合靶向化疗后的结直肠癌肝转移灶治疗反应的价值研究

本研究旨在探讨治疗前计算机断层扫描(CT)纹理分析在预测联合靶向化疗后结直肠癌肝转移治疗疗效的价值。回顾性分析2011年3月–2017年10月在四川大学华西医院接受西妥昔单抗治疗且有完整资料的结直肠癌肝转移患者82例。参照RECIST1.1标准,将患者分为治疗有反应组和治疗无反应组。采用CT纹理分析软件,在门脉期对标记病灶进行3D纹理分析。对比治疗有反应组和治疗无反应组间的纹理参数差异,并对差异有统计学意义的参数行受试者工作曲线分析,得出其诊断效能参数。结果显示,治疗前病灶熵(Entropy)、能量(Energy)、方差(Variance)、标准差(std. Deviation)、95th分位数(Quantile95)以及熵和(sumEntropy)在治疗有反应组(n=44)和无反应组之间(n=38)有显著差异(P <0.05);较高的熵、熵和、方差、标准差以及较低的能量似乎预示着较好的治疗反应。当熵和> 0.867时,能够取得较好的诊断效能,敏感度和特异度分别为60.5%、79.5%。因此,CT纹理分析在预测联合靶向化疗的结直肠癌肝转移患者的治疗反应方面具有一定的价值,可作为潜在的疗效预测的生物学标志。     

超声介导微泡对细胞的声致成孔作用中次Bjerknes力的影响

声致成孔通过超声介导微泡的空化作用使得细胞膜产生暂态孔隙,可以提高药物和基因的过膜转运效率。目前常见声致成孔中单个微泡在超声场中的动力学和单个微泡对细胞作用力学的研究,但是未见存在两个微泡相邻时对细胞产生声孔的可能性的研究分析。本文分析超声场中两个微泡相邻情况下的一种声致成孔的情况,即建立微泡受到邻近另一微泡的次Bjerknes力作用时的动力学模型,及其对细胞的力学作用。本文根据实际可能的参数设置,通过数值模拟研究了:(1)超声和微泡等参数对次Bjerknes力值的影响;(2)在相邻稳态振动微泡给予的次Bjerknes力作用下,微泡对细胞膜的作用力;(3)当微泡给予细胞作用力超过细胞膜耐受剪切力阈值时产生声致成孔的可能性。通过模拟分析,本文给出了两个相邻微泡稳态振动时,可能产生声孔的超声照射和微泡参数,并首次发现相对于超声照射参数来说,微泡参数对次Bjerknes力的影响较大。     

基于2-back任务下ERP特征的脑力疲劳客观评价研究

利用事件相关电位(ERP)技术研究2-back任务下长时间的工作记忆所诱发的脑力疲劳的脑电特征变化,从而获取脑力疲劳评价的客观指标。32名健康男性受试者,年龄22～28岁,均分为两组:疲劳组和正常组。疲劳组通过连续执行100 min 2-back任务来诱发脑力疲劳,而正常组在前后分别执行10 min的2-back任务,中间80 min休息。采集实验过程中的主观疲劳评分值、行为绩效及脑电信号并进行分析。任务后疲劳组与正常组相比,思维清晰度和注意力明显减弱,困倦程度增加,综合疲劳感上升,且操作2-back的反应时明显延长,正确率下降,即从主观评价和行为绩效相结合的角度验证了所诱发的脑力疲劳模型的有效性。进一步比较疲劳组与正常组的ERP特征参数的变化情况,结果表明:相比正常组,随着脑力疲劳的加深,疲劳组的P300(F=2.539,P <0.05)和错误相关负波(ERN)(F=10.040,P <0.05)的波幅都明显下降,其他参数则未发生明显变化(均有P> 0.05)。因此,P300和ERN被证实可以作为评价长时间工作记忆任务下脑力疲劳模型的潜在指标,为后期研究脑力疲劳对抗措施提供依据。     

靶向捕获内皮祖细胞磁性纳米粒子的生物学修饰及其细胞相容性评价

采用共价接枝将CD34抗体接枝到聚乙二醇修饰的四氧化三铁磁性纳米粒子上,构建具有CD34抗体与PEG共同修饰的功能型磁性纳米粒子。通过红外检测(FT-IR)、纳米粒子粒径分析(动态光散射和透射电子显微镜)等方法对修饰后的磁性纳米粒子进行检测,并将其与内皮祖细胞(EPCs)共混培养,评价纳米粒子的细胞相容性以及对EPCs短时间的结合效果,然后在动态外加磁场的作用下评价修饰后磁性纳米粒子对EPCs的定向引导效果。结果表明,CD34抗体成功修饰到磁性纳米粒子表面,修饰后的纳米粒子在一定的浓度范围内有较好的细胞相容性,短时间对EPCs具有较好的识别结合作用,并且能在外加磁场作用下初步实现在动态环境下对EPCs的定向引导。     

基于AdaBoost算法的药物—靶向蛋白作用预测算法

对靶向蛋白的药物作用进行预测可以促进药物新作用的发现。新近的研究更倾向于单独将特定的矩阵填补算法应用在靶向蛋白和药物的相互作用预测中。单模型的矩阵填补算法准确度较低,因此应用在药物—靶向蛋白作用预测方面也难以获得满意的结果。AdaBoost算法是一种由多分类器组合生成强分类器的算法框架,其在分类应用领域的实用性和有效性已被证明。靶向蛋白的药物作用预测是一个矩阵填补问题,即是一种评分预测过程,因此本文在使用AdaBoost算法对药物—靶向蛋白作用进行预测前,将药物—靶向蛋白作用预测的矩阵填补问题转化为分类问题,将AdaBoost算法应用在靶向蛋白的药物作用预测评分上,充分利用AdaBoost算法框架对多个弱分类器进行融合从而提升性能,得以进行准确的药物—靶向蛋白作用预测。基于公测数据集的实验结果表明,本文提出的算法在预测准确度方面超过了大多数经典算法和新近算法,较好地克服了新近基于机器学习方法单算法的局限性,更好地挖掘隐含因素,有效提升了预测准确度。     

面向鲤鱼机器人控脑技术的磁共振坐标转换方法研究及应用

为解决鲤鱼脑组织坐标准确定位问题,本文提出一种将鲤鱼脑组织磁共振成像坐标转换为应用脑立体定位仪进行电极植入所需坐标的方法。本研究应用3.0T磁共振成像仪对鲤鱼颅脑成像,自主建立颅脑三维立体定位坐标系、颅骨表面辅助三维坐标系和脑组织内部辅助三维坐标系,经两次坐标转换,将脑电极植入位点磁共振图像坐标转换到三维立体定位坐标系中以引导电极植入。实验分A、B两组,A组为磁共振成像仪结合脑立体定位仪组,B组为脑图谱结合脑立体定位仪组,每组鲤鱼20尾(n=20),分别应用两种方法将电极植入小脑运动区。进行鲤鱼机器人水下实验检验,结果表明A组和B组植入电极准确度分别为90%和60%,A组成功率明显高于B组(P <0.05)。故本文的新方法能够准确定位鲤鱼脑组织的坐标。     

腹主动脉瘤性别差异性的生物力学研究进展

腹主动脉瘤具有性别差异性,男性发病率较高,而女性的破裂发生率与术后死亡率均较高,这一性别差异性现象会影响到腹主动脉瘤患者的诊断、治疗及术后康复。本文综述了腹主动脉瘤性别差异性的研究现状,从阈值判定及生物力学、力学生物学等方面探究了腹主动脉瘤性别差异性这一现象,并指出男女腹主动脉尺寸差异、解剖结构及血管结构成分不同而导致的生物力学以及力生物学的差异,可能是导致两性腹主动脉瘤呈现出差异性的重要原因。针对腹主动脉瘤性别差异性的生物力学研究,将会为腹主动脉瘤诊断、治疗及器械设计、患者护理和康复提出基于性别差异的改进建议。     

小剂量西地那非联合常规综合治疗对持续性肺动脉高压新生儿血气指标和体循环收缩压的影响

目的探讨小剂量西地那非联合常规综合治疗对持续性肺动脉高压(PPHN)新生儿血气指标和体循环收缩压的影响。方法选取82例PPHN新生患婴随机分为对照组和观察组,每组41例,对照组给予常规综合治疗,观察组在对照组的治疗基础上给予小剂量[1.0mg/(kg·次)]西地那非治疗,观察两组治疗前及治疗后(治疗3d后)的血气指标、体循环收缩压、肺动脉收缩压、临床有效率和治疗前后的血清生化指标。结果治疗后,两组患婴动脉血氧分压(PaO2)显著升高(P<0.05),二氧化碳分压(PaCO2)和肺动脉收缩压(SPAP)显著降低(P<0.05),观察组变化幅度显著大于对照组(P<0.05),组间及组内治疗前后的体循环收缩压(SBP)对比,差异无统计学意义(P>0.05);观察组的临床总有效率(90.24%)显著高于对照组(73.17%)(P<0.05);治疗后,两组血清缺氧诱导因子(HIF-1α)、内皮素(ET-1)、促红细胞生成素(EPO)、N-末端脑钠肽前体(NT-proBNP)、C反应蛋白(CRP)及基质金属蛋白酶-9(MMP-9)水平显著降低(P<0.05),观察组变化幅度显著大于对照组(P<0.05)。结论小剂量西地那非联合常规综合治疗PPHN新生患婴疗效显著,可有效改善患婴缺氧状态和肺动脉压,同时不影响其循环稳定,利于患婴心功能改善和炎症水平降低,适于推广于临床。     

基于先验边界条件的冠脉光学相干断层影像血管内膜轮廓序列提取

光学相干断层影像(OCT)是一种应用于血管的影像新技术,其高分辨率和可量化分析等特点,使其能够检测血管内膜和斑块表面的特殊结构并发现微小病变。特别是随着其在识别冠状动脉粥样硬化斑块、优化经皮冠状动脉介入(PCI)治疗、辅助医生制定相关诊断和治疗策略以及支架术后评估等方面的应用相继展开,OCT已经成为心血管疾病诊断的有效工具。本文提出了一种基于先验边界条件的冠脉OCT内膜轮廓序列提取算法,在Chan-Vese模型基础上通过改进演化权函数把轮廓曲线的局部信息引入模型,控制曲线边界演化速度,并在模型中加入梯度能量项和基于先验边界条件的内膜轮廓形状限制项,进一步约束曲线演化轮廓的形状,最终实现冠脉血管内膜轮廓的序列提取。与作为金标准的专业医生手动分割结果进行实验对比,结果表明本算法在冠脉OCT内膜轮廓模糊、失真、有导丝阴影及有斑块干扰等情况下均能准确提取冠脉血管内膜轮廓,提示本研究成果或可应用于临床辅助诊断和精确诊疗之中。