髋关节骨内植入体模型的创建

目的利用CT/MRI医学影像数据,在建立人体髋关节三维模型的基础上,运用Mimics软件中MedCAD模块创建个性化的人体髋关节植入体模型。方法应用Mimics软件,对髋关节组织扫描图像进行处理,根据病体使用MedCAD模块创建植入体CAD模型,然后选择合适的植入体将其放入病体髋关节骨的合理位置上。结果首先创建病体髋关节模型,在此基础上运用Mimics的MedCAD模块在髋骨三维模型上进行植入体的操作,可根据患者的个性化对植入体的大小、形状进行选择或设计,对植入体所放的位置进行定位。结论该研究强调针对不同患者进行个性化的产品研发与设计。依据关节解剖结构的特异性,来创建人体植入体,以符合患者术后关节功能性解剖的需要。     

人体颅脑MRI图像中下颌骨的分割及三维建模

目的:在目前的影像医疗诊断中,仅凭观察二维CT、MRI图像是很难实现准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系的。本研究利用CT、MRI图像数据,帮助医生对病变体及其人体组织感兴趣的区域进行分割提取,用于医学图像的三维显示、三维重建。材料与方法:应用Mimics软件,对132层,层间距为1.0mm的MRI扫描图像进行图像去噪、分割和平滑等处理,最终创建三维模型。结果:建立了更为精确,应用更为广泛的下颌骨三维模型。结论:运用Mimics对MRI医学图像进行分割,重建三维模型,能全面显示病变的病理解剖改变,为临床治疗提供精细的影像学信息,从而使重建后的三维模型可清晰地再现病灶与周围组织的解剖关系,大大增强了医学图象分析系统的临床实用价值。     

MC CAD/CAM全瓷冠三维有限元应力分析

目的运用三维有限元法分析CAD/CAM全瓷冠受载的应力分布规律,为指导CAD/CAM全瓷冠的临床应用提供理论依据。方法建立下颌第一磨牙MC陶瓷全瓷冠三维有限元模型,全瓷冠设计为单层结构和底层-饰瓷复层结构两种形式,垂直面加载600N,分析不同模型的应力分布。结果全瓷冠在受载时的应力分布形式基本相同,最大应力都在修复体加载点周围,位于面加载点下方,从加载点向周围逐步递减,牙本质内应力较低,分布较均匀,全冠内应力相对较高;两种形式的全瓷冠应力分布无明显差别。结论单层和底层-饰瓷复层两种形式对MC全瓷冠应力分布无明显影响,全瓷冠的面接触点和边缘的强度对其长期应用的完整性影响较大。     

应用逆向工程技术测量人膝关节内外侧间室间隙和体积

背景：膝关节是人体骨骼中形态及结构最为复杂的部分,临床上常使用X射线片反映膝关节间隙狭窄程度。但X射线片是将三维的关节结构进行二维投射,因此关节拍摄定位的不同会影响测量结果,很难保证重复测量的准确性。 目的：建立膝关节间隙三维模型并测量其距离和体积,为后续的模型、生物力学及相关临床研究提供基础。 方法：基于逆向工程原理,采用膝关节CT断层图像,使用Mimics进行膝关节和内侧间室三维结构重建,最后导入Geomagic Studio对模型进行光滑处理并计算膝关节内、外侧间室体积。 结果与结论：利用膝关节CT断层图像分别重建出膝关节三维模型的骨性结构如股骨、胫骨、腓骨,并成功构建出膝关节间隙模型。构建的膝关节三维模型和间隙模型可以任意角度或单独观察,并可以进行体视学测量。发现膝关节内外侧间隙虽然距离有差异,但体积接近,说明通过计算膝关节内、外间室的体积,可以全面的反映膝关节间隙的狭窄程度。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

颅骨缺损的组织工程学修复及CAD/CAM数字化成型技术的应用

背景：头颅骨骼解剖结构复杂,曲面变化大,修复要求较高,巨大、复杂部位的颅骨缺损的修复一直是神经外科具有挑战性的课题之一。采用何种修补材料、如何将颅骨缺损修复的更加完美是当前国内外学者研究的热点。 目的：综述组织工程学和CAD/CAM数字化成型技术用于钛合金材料修复头颅损伤的研究。 方法：以tissue engineering,craniocerebral trauma,CAD/CAM和titanium armor plate为检索词,检索Medline数据库(2000/2011-06),以组织工程,头颅骨损伤,数字化三维成形,钛网为检索词,检索CNKI数据库(1990/2011-06)。将近年发表的针对性强的文章纳入研究范围,同一领域的文献则选择近期发表或权威杂志的文章。排除与传统材料或方法修复头颅骨损伤和陈旧的文献。对查阅到的最新研究及临床应用有实用价值的文献详细分析并加以总结概括。 结果与结论：初次检索到236篇文献,严格按照纳入标准,最终将27篇文献纳入研究。传统方法修复损伤的颅骨常常遇到组织相容性不佳,材料不足,无法随个体生长等问题,极大降低修复体的应用效果,而CAD/CAM数字化成型技术够复制出与患者颅颌骨缺损部位几何形态高度吻合,实现了个体化配置修补颅骨缺损,可形式具有良好生物相融性的钛网颅骨修复体。     

激光点云结合逆向工程快速构建软组织立体模型在美容外科的应用

背景：面部美容手术设计及医患沟通相比创伤整复手术更为精细,因此需要采集高精度的面部数据,重建更高精度的三维模型。 目的：旨在探究激光三维扫描设备和匹配的图形数据处理软件对面部进行精确的数据采集及形态学分析在现代美容外科中的应用前景。 方法：采用手持式激光扫描仪获取2例面部软组织缺损或对颜面外观不满意要求进行面部轮廓整形者患者术前面部点云数据,构建面部可视化三维模型,在此模型基础上进行面部轮廓的测量分析以及美容外科手术模拟和术后效果分析评价。 结果与结论：整形前在NURBS曲面模型上模拟手术,整形后将模拟效果模型与术后模型进行3D比较,经偏差分析,整形后模型和模拟整形模型离异度在1 mm内的比率> 80%。结果说明,激光点云结合逆向工程技术,能够快速构建面部三维数字模型,为临床美容设计提供准确的三维数据指导及效果的量化检验。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

基于UG NX及MasterCAM透明泌尿系统模型设计和制作

目的针对目前模拟人体的泌尿系统模型结构单一、用途局限、不适于体外模拟实验等不足,本文将计算机辅助设计及制作（CAD／CAM）等技术应用于医学模拟模型的开发,设计制作了带双层管壁结构的多用途透明泌尿系统模型。方法利用现有的人体泌尿系统解剖参数,基于UGNX软件完成模型的设计,然后利用MasterCAM软件对模型进行数控编程,通过数字控制车床对模型各部件进行加工,最后组装各部件完成制作。结果完成带双层管壁结构的透明泌尿系统模型的制作,该模型具有功能多、成本低廉、模拟程度高等优点。结论该模型的制作是医工结合的一个新的尝试。     

氧化锆陶瓷修复体在口腔领域应用现状

氧化锆陶瓷具有良好的生物相容性、化学性能稳定、不产生CT和MT的伪影,应用于口腔修复冠、桥时长期修复可靠性优于其它全瓷修复体,为追求口腔无金属修复理念提供较好的选材。本文就目前氧化锆陶瓷在口腔修复领域的应用现状及尚存在的一些问题做一综述。     

股骨头坏死有限元模型的建立

背景：股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足。 目的：借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型。 方法：将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型。 结果与结论：快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型。提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确。     

Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用**

背景：人工髋关节翻修中髋臼骨质缺损常常是难以定位及定量的,因而利用计算机辅助设计与计算机辅助加工技术进行置换前准备可减少髋臼重建的难度及风险。 目的：探讨Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用及意义。 方法：将全髋关节翻修患者髋关节CT扫描图像数据导入Mimics软件,重建髋关节三维模型。测量髋关节假体前倾角、外翻角、颈干角、股骨头直径、髋臼壁厚度/直径以及假体松动破碎情况,对髋臼骨质缺损范围进行定位以及定量,同时通过模拟翻修,设计植骨范围,拟植入全髋关节假体规格。 结果与结论：通过Mimics三维窗口,精确定位该破碎假体,碎片最大纵径预测33.68 mm,距离股骨头假体距离48.93 mm,距离髋臼假体20.14 mm。髋臼选取130.47 mm2可视区域平均阈值339.98,骨质缺损区130.47 mm2可视区域平均阈值-481.25,缺损面积21.41 mm×21.38 mm,根据三维模型评估骨质缺损并分类：AAOS分类ⅠB型,Gross分类ⅡA型,Engh分类Ⅰ型。结果证实,在髋关节翻修中借助Mimics软件可优化置换方案及方式,减少并发症,降低置换风险。 关键词：髋关节翻修;Mimics;三维重建;人工假体;数字化骨科技术 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.006     

基于逆向工程的人体气道重建及其流场分析

目的 针对老年人气管萎缩导致整体气道尺寸变小的情况,研究狭窄气道重建及不同呼吸状态下空气流场对气道的影响。方法 运用Mimics建立人体气道的三维模型,利用计算流体动力学方法对气道内的流场进行仿真,分析并比较不同呼吸状态下气管内壁压强及其气流的分布状态。结果 在不同呼吸状态下,气管内壁压强数值在主气管内壁相对均匀,但在支气管狭窄段的气流入口处出现明显下降,在最狭窄的区域附近达到负压。气流速度从气管管道中心向边界层递减,流速在狭窄处达到最大值。气流穿过狭窄区域后产生涡流,且入口流速越大,正压和负压压强越大,狭窄处压降越明显,涡流现象越明显。结论 气道狭窄区域因负压造成继续收缩,会导致病人呼吸困难,而涡流会使气管壁受到气动剪切应力的影响可能损伤气道壁黏膜。因此,了解萎缩狭窄气道内的压强分布及流速分布情况,可为此类病变气道的临床诊治提供参考依据。     

定制式人工全髋假体设计制造及临床应用

延长人工关节的有效使用寿命是人工关节研究的关键,而骨吸收和无菌性松动是影响其使用寿命的主要因素。由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与病人骨骼之间的误差使二者难以很好匹配,不能确保人工关节的长期稳定。同时,一些病人骨骼呈先天性畸形或由于骨骼病变造成骨与关节大面积损坏,其骨骼关节与正常情况明显不同,亦不可能选用标准人工假体。计算机辅助设计和制造(Com puter aided design/ Com puter aidedmanufacture,CAD/ CAM)通过对病人骨骼的三维重建,为每一位病人进行特殊设计和制造,提高了假体与病变骨骼的匹配度,提高了人工关节的长期稳定性,有效防止了关节松动。本文对CAD/ CAM定制式人工髋假体的优点、设计制造、临床应用及有待解决的问题进行了介绍     

螺旋CT及CAD技术在人工关节定制设计中的应用研究

随着生物医用材料研制和医学的迅速发展，以及生活水平、医疗保健、康复水平的提高，人们对自身组织、器官及骨骼缺损的修复和置换方面的要求日益提高，尤其对人造骨骼和人工关节的需求越来越广泛。由于计算机断层成像技术CT（computed tomography）已经成为显示和研究人体内部结构非常有用的手段，将计算机辅助设计技术CAD（Computer aided design）和计算机辅助工程CAE（Computer aided Engineering）等相关技术应用于人造骨骼和内置假体的设计，不仅可以提高产品的设计质量，同时，结合CT和计算机三维重建方法，     

Application of microstereolithography in the development of three-dimensional cartilage regeneration scaffolds

Conventional methods for fabricating three-dimensional (3-D) tissue engineering scaffolds have substantial limitations. In this paper, we present a method for applying microstereolithography in the construction of 3-D cartilage scaffolds. The system provides the ability to fabricate scaffolds having a pre-designed internal structure, such as pore size and porosity, by stacking photopolymerized materials. To control scaffold structure, CAD/CAM technology was used to generate a scaffold pattern algorithm. Since tissue scaffolds must be constructed using a biocompatible, biodegradable material, scaffolds were synthesized using liquid photocurable TMC/TMP, followed by acrylation at the terminal ends, and photocured under UV light irradiation. The solidification properties of the TMC/TMP polymer were also assessed. To assess scaffold functionality, chondrocytes were seeded on two types of 3-D scaffold and characterized for cell adhesion. Results indicate that scaffold geometry plays a critical role in chondrocyte adhesion, ultimately affecting the tissue regeneration utility of the scaffolds. These 3-D scaffolds could eventually lead to optimally designed constructs for the regeneration of various tissues, such as cartilage and bone.     

Computer-aided determination of occlusal contact points for dental 3-D CAD

Present dental CAD systems enable us to design functional occlusal tooth surfaces which harmonize with the patient’s stomatognathic function. In order to avoid occlusal interferences during tooth excursions, currently available systems usually use the patient’s functional occlusal impressions for the design of occlusal contact points. Previous interfere-free design, however, has been done on a trial-and-error basis by using visual inspection. To improve this time-consuming procedure, this paper proposes a computer-aided system for assisting in the determination of the occlusal contact points by visualizing the appropriate regions of the opposing surface. The system can designate such regions from data of the opposing occlusal surfaces and their relative movements can be simulated by using a virtual articulator. Experiments for designing the crown of a lower first molar demonstrated that all contact points selected within the designated regions completely satisfied the required contact or separation during tooth excursions, confirming the effectiveness of our computer-aided procedure.     

基于逆向工程的人工膝关节测量点云光顺建模研究

临床中实施人工膝关节假体置换手术时，大多使用国外进口的能很好地反映人体膝关节生物形态的标准型号。本研究基于逆向工程技术对国外同类产品实施反求，采用新的定位方法对表面实施数据采集，并提出三点夹角点云去噪算法和基于最小二乘法拟合平面的点云补点算法对测量点云进行光顺，然后生成准确度和光顺度较好的人工膝关节假体曲面，最后生成人工膝关节假体模型，这为人工膝关节的国产化奠定了基础。此种新算法主要适用于人工膝关节假体这一类型曲面和形状较规则及曲率变化平缓的自由曲面的测量点云光顺建模。     

Research and Realization of Medical Image Fusion Based on Three-Dimensional Reconstruction

A new medical image fusion technique is presented. The method is based on three-dimensional reconstruction. After reconstruction, the three-dimensional volume data is normalized by three-dimensional coordinate conversion in the same way and intercepted through setting up cutting plane including anatomical structure,as a result two images in entire registration on space and geometry are obtained and the images are fused at last. Compared with traditional two-dimensional fusion technique,three-dimensional fusion technique can not only resolve the different problems existed in the two kinds of images,but also avoid the registration error of the two kinds of images when they have different scan and imaging parameter. The research proves this fusion technique is more exact and has no registration, so it is more adapt to arbitrary medical image fusion with different equipments.