颌面部包括咀嚼系统的数字解剖学有限元建模初步研究

目的初步探究基于解剖学和影像学对颌面部包括完整咀嚼系统的数字解剖学三维有限元建模的可行性,为进一步模拟颌面部生物力学做准备。方法采集第2代中国数字化人体"男性第23号"头颅CT图像、咀嚼肌MRI图像及双侧颞下颌关节盘MRI图像,以DICOM格式导入Mimics软件进行三维重建,再通过Geomagic Stadio软件配准模型、优化模型并构建数字化颌面部结构,最后将单个前牙的牙体牙周精细模型导入ANSYS进行有限元分析,检验模型的实用性。结果建立了一个包含全牙列牙髓、牙本质、牙骨质、牙釉质、牙周膜、上颌骨双皮质层、下颌骨双皮质层、下牙槽神经、颞下颌关节、关节盘、关节软骨、关节囊以及咀嚼肌肉系统和颌面的三维解剖学模型,以及单个前牙的三维有限元模型。结论基于CT、MRI影像和解剖学,利用医学影像处理软件Mimics、Geomagic Stadio及Ansys结合实构法和虚构法所建高精度颌面部模型具有全面性、先进性和实用性,可以为进一步模拟口腔医学临床中的实际问题提供理论依据。     

胆囊切开取石和胆囊切除术的可视化研究

目的 研究64排螺旋CT的肝脏、胆道及胆囊结石数据,进行图像程序分割、三维重建和虚拟胆囊切除术.方法 肝脏和胆道64排CT原始扫描数据的采集,通过自适应的区域生长算法对CT序列图像进行图像程序分割自动提取,采用MIMICS10.0软件和自行设计的软件对程序分割的图像数据进行三维重建,得到肝胆三维模型的数据并以STL格式导入FreeForm Modeling System进行配准和平滑,利用系统的力反馈设备Phantom进行胆囊切开取石和胆囊切除虚拟手术.结果 利用自适应区域生长算法进行胆囊结石和肝脏的图像程序分割速度快、效果满意,可获得胆囊结石和肝脏的分割数据.进行三维重建后的肝胆三维模型结构清晰、立体感强,形态逼真,在FreeForm Modeling System系统中司完成胆囊切除的虚拟手术.结论 本文提出的这种方法可以正确有效快速地完成64排螺旋CT的胆囊结石数据图像程序分割、三维重建及胆囊的虚拟手术,为胆总管和肝内胆管结石的三维可视化及虚拟手术提供思路.     

一种基于曲率连续算法的冠、根三维数据融合方法

目的：探索一种光学扫描牙冠三维模型和锥形束CT（cone beam CT,CBCT）重建牙根三维模型的数据融合方法,实现不同来源冠、根模型的自然过渡融合。方法： 选取临床口腔正畸下颌牙列轻度拥挤患者1例,应用Mimics 17.0软件对患者CBCT数据重建带有牙根的牙列三维模型,并在Geomagic Stuido 2012软件中与患者高精度解剖形态的光学扫描牙列模型进行模型配准。对配准后的三维模型进行精确冠、龈边界线提取,边界线根向偏置及投影,冠、根边界线生成及模型剪裁等操作,并通过曲率连续算法实现不同来源冠、根模型的自然过渡缝合,完成冠、根三维融合模型的构建。结果：本研究基于商业化的软件平台,初步实现了针对光学扫描三维牙冠数据与CBCT三维牙根数据的曲率移形过渡融合方法,应用该方法完成了正畸临床10例牙列轻度拥挤患者冠、根三维融合模型的构建,融合模型由高年资医师主观打分评价,平均满意度8.6分（0~10分）,初步验证了该方法的可行性和有效性。结论： 本研究的冠、根三维数据融合方法可获得逼近真实生理解剖形态的完整牙齿及牙列三维模型,其对复杂牙列拥挤及错颌畸形患者的适应性有待进一步研究。     

CT和MRI融合配准在口腔颌面部肿瘤中的应用

目的：探讨CT、MRI图像融合配准,在口腔颌面部肿瘤术前规划及术后修复的应用价值。方法：探究2018年1月—2021年10月于我院收治的口腔颌面部肿瘤病例,手术前行CT、MRI检查,借助3Dslicer软件实现CT、MRI图像半自动配准融合,精确判定肿瘤边界,分割出肿瘤三维模型,进行术前规划。结果：共纳入口腔颌面部肿瘤患者12例。结合肿瘤各切缘的术中冰冻病理结果,表明术前判定的肿瘤边界、模拟的手术方案与实际手术执行的一致。结论：CT、MRI图像融合配准,可以精确判定口腔颌面部肿瘤边界,有助于术前规划、预后评估及个体化修复。     

臀腰部皮穿支血管3D可视化模型的构建及意义

目的:构建臀腰部皮穿支血管3D可视化模型,展示该部位皮穿支血管立体空间结构,从而概括性的评价臀、腰部Choke Vessels及跨区穿支皮瓣的扩展机制,为临床应用提供解剖学依据。方法:聚乙烯醇-氧化铈全身整体血管造影灌注,X线摄影,64排螺旋CT无间距扫描,采集图像数据进行数据集处理,利用"交互式医学影像控制系统(MIMICS 10.01)"、3D-Doctor等软件对臀腰部皮穿支小血管进行渲染、提取、定位、配准与可视化构建。结果:臀腰部皮穿支血管铸型充分,血管X线图像清晰,构建的3D可视化血管模型逼真,立体空间感强,各血管体及血管网清晰可见。结论:尸体血管整体造影术,经CT扫描获取血管数据集,利用计算机重建软件,可构建出高质量清晰的臀腰部皮穿支血管3D可视化模型。     

基于CT和MRI数据建立人脊柱腰段三维有限元模型

目的:本研究旨在利用CT及MRI图像DICOM数据对正常人脊柱腰段主要结构进行三维重建,然后对模型进行网格划分和材料属性设定使其成为有限元模型并验证模型的有效性。方法:选取一健康成年男性志愿者进行CT和MRI扫描采集数据,以DICOM格式存储入可读写光盘。利用Mimics14.0软件依据CT数据重建L1~L5椎骨及骶骨上部的三维模型,依据MRI数据重建L1~L5椎间盘髓核的三维模型。将所建模型导入Geomagic12.0软件中对位组装,并生成椎间盘模型和韧带模型。将所有模型导回Mimics14.0中组装并自动划分面网格和体网格。将模型导入Ansys13.0中设定材料属性,重划网格,设置接触关系,对第五腰椎椎体和下关节突关节面进行约束。在Ansys13.0中对模型的L4~L5节段分级加力验证模型有效性。结果:建立了人脊柱腰段的三维模型及有限元模型,包含L1~L5的椎骨、5个椎间盘、骶骨上端、前纵韧带、后纵韧带等重要结构。该模型与脊柱标本相比具有较高相似性且可以进行有限元力学分析。结论:基于CT、MRI图像DICOM数据通过Mimics14.0、Geomagic12.0和Ansys13.0软件可以重建出人体脊柱腰段的椎骨、椎间盘等结构的三维模型和有限元模型。三维模型解剖结构相符度高,有限元模型准确有效,可以用于有限元分析。     

生物工程活性骨的三维建模

目的：探讨一种由螺旋CT图像反求（reverse engineering,RE）人体骨骼表面轮廓的方法,为生物工程活性骨个体化制造三维建模。方法：采用马可尼公司PQ6000螺旋CT对小型猪股骨髁部进行层厚1mm,螺距1．0扫描,以CT机的Voxel Q图像工作站进行初期三维容积重建,之后对重 建数据间隔0．2mm下载二维断层图像。自行开发数据格式转换软件,对下载图像进行滤波、去噪等处理,求出断面图像的二维边缘轮廓矢量化数据线图,将线图输入美国Imageware公司Surfacer9.0图像处理软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,进行股骨髁矢量化三维重建。结果：获得了股骨髁表面轮廓三维实体模型,模型与实物高度相似,可编辑性强,可进行生物工程活性骨的计算机辅助设计、制造。结论：由螺旋CT数据进行骨骼外形轮廓的矢量化重建可以获得精确的三维实体模型,为人工生物活性骨制造打下了基础;本方法简单、快捷,重建模型与实物高度相似,在骨科、口腔颌面外科假体个体化制造领域亦有良好的应用前景。     

实验犬股骨的三维CT重建及髓腔测量

目的通过测量犬股骨的三维CT图像,建立解剖数据信息。方法手术取下完整的犬股骨,行三维CT扫描,获得三维重建图像,通过专业软件测量股骨髓腔的横、长径等数据,整合分析数据。结果建立了犬股骨的完整髓腔形态,真实测量了股骨的解剖数据。结论犬股骨三维CT重建及髓腔测量为完整建立股骨的三维数据模型,精确设计人工髋关节假体,选择合适的假体型号,制定实验计划提供客观依据,提高了人工髋关节置换研究的效率。     

基于 CT 数据的正常胎儿骨骼数字化三维重建模型的建立及价值

目的：构建基于CT数据的正常胎儿骨骼数字化重建三维模型,对该方法在胎儿骨骼发育异常产前诊断中的应用价值进行初步探讨,为异常胎儿骨骼研究设立对照。方法对2例自愿参加研究的计划生育引产孕妇（1例妊娠26＋2周,1例妊娠27＋4周）产前行腹部CT扫描,利用CT自带软件（ MIP法及VRT法）对胎儿骨骼进行重建,同时将Dicom原始二维断层图像数据集导入Mimics 10.01软件进行胎儿骨骼三维重建,观察胎儿骨骼情况,并对各种重建方法的重建效果进行初步比较。结果利用CT自带软件及Mimics 10.01软件重建获取的胎儿骨骼数字化模型均可清楚地显示胎儿骨骼情况,以VRT重建法及Mimics10.01软件重建模型的效果更佳,重建模型不仅可以任意比例缩放和任意角度旋转以显示骨骼间的毗邻关系和空间构象,且可对其进行任意径线和角度的精确测量。结论基于CT数据,利用VRT重建法及Mimics10.01软件均可方便快捷地建立出逼真清晰的胎儿骨骼数字化三维模型。对于超声检查不能明确诊断的骨骼发育异常胎儿,必要时可以辅以CT检查并对胎儿骨骼进行三维重建以进一步明确诊断。     

锥形束CT融合三维面像评估正颌术后软硬组织的变化

目的：探讨锥形束CT(cone-beam computed tomography,CBCT)融合三维面像用于研究牙颌面畸形患者正颌术后软硬组织变化的可行性,并应用此方法初步测量各软硬组织标志点手术前后的位置变化。 方法： 选取10例牙颌面畸形患者,分别于术前（T0）和术后3个月（T1）拍摄大视野CBCT和三维面像。利用MIMICS和Geomagic Studio软件对图像进行处理分析,将CBCT进行阈值分割并与三维面像融合,生成新的三维立体模型,探讨该方法可行性。使用3D 色谱分析（3D color map）和测量平均距离对CBCT与三维面像配准过程的误差进行定性和定量分析。通过CBCT骨组织配准,将新生成的手术前后三维模型置于同一空间坐标系,测量各标志点［鼻尖点( pronasale, Prn )、鼻下点（subnasale, Sn）、上唇突点（labrale superior, Ls）、前鼻棘点（anterior nasal spine, ANS）、上齿槽座点（subspinale, A）、上中切牙点（upper incisor edge, UIE）］手术前后位置变化。结果： CBCT融合三维面像用于研究正颌术后软硬组织变化具有可行性,配准误差在0.3 mm以内,通过3D 色谱分析直观看到,面部区域配准良好。正颌术后唇部各标志点（Ls、ANS、A、UIE）位置差异有统计学意义(P<0.05),而鼻部标志点（Prn、Sn）位置差异无统计学意义(P>0.1)。结论：CBCT融合三维面像作为一种新方法可以用于临床研究正颌术后软硬组织变化,具有较高的精确度和可重复性。正颌术后唇部软硬组织标志点位置明显变化,而鼻部标志点位置受正颌手术影响较小。     

3D打印体外导板辅助儿童膝内外翻畸形矫正的初步应用

目的 利用3D打印技术研制个体化膝部体外导板,探讨其应用于8字钢板骨骺阻滞术的可行性.方法 对2014年1月至2016年1月该院诊治的12例膝内外翻患儿(男7例,女5例;平均年龄8.2岁,膝关节伸直位时完成下肢连续螺旋CT扫描,将Dicom格式存储的CT数据导入Mimics 15.0中,重建膝关节三维模型.将重建后的膝关节数据以.stl格式导入Geomagic 11.0软件中,根据置钉不穿破骨骺和关节面、与骨骺平行、位于骨骺前后中线的要求,设计出8字钢板置钉导航模板;利用3D打印技术打印出导航模板;术中通过模板定位,行8字钢板及螺钉内固定,术后CT评估置钉位置.结果 经过影像学验证,应用3D打印个体化体外导板对12例患者行8字钢板骨骺阻滞术,置钉准确.病例随访6个月至2年,均取得满意矫形效果.结论 3D打印制作个体化膝部体外导板,辅助8字钢板骨骺阻滞治疗儿童膝内外翻畸形,置钉位置精准,疗效满意.     

脊柱胸腰段三维有限元模型的建立与验证

目的：建立正常脊柱胸腰段三维有限元模型并验证其有效性。方法：选择一位健康成人志愿者,通过CT扫描获得胸腰段数据,Mimics 10．01软件生成T12-L2椎骨三维模型,Geomagic 11．0、UG7．0生成三维实体模型,Hy—permesh10．0划分网格,并建立椎间盘、韧带等结构,Abaqus6．9．1加载求值,施加500N垂直压缩力,7．5Nm的前屈、后伸、左右侧屈及左右轴向旋转力矩,分三个载荷步（2．5、5．0和7．5Nm）施加,观察T12-L2节段运动范围。结果：建立了正常人胸腰段三维有限元模型,整个模型共90014个单元,158684个节点。对模型进行前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转作用,T12-L2节段的力矩-旋转角度曲线与文献体外实验数据基本吻合。结论：本实验建立的正常脊柱胸腰段三维有限元模型有效,可进行进一步的生物力学实验研究。     

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...     

骨性关节炎模型兔股骨各骨质层体积与力学性能的关联性分析

目的：探讨骨性关节炎（OA）模型兔股骨各骨质层体积和力学性能的变化,阐明各骨质层体积与力学性能的关联性。方法：10只新西兰大白兔右后股骨关节腔分别在第1、5和12天注射0.3 mL•kg^-1 3%木瓜蛋白酶,建立OA模型,左后腿为正常对照组。分别在建模3 d前及建模后第7、27和37天进行4次CT扫描,将CT数据导入MIMICS软件,在MIMICS软件中提取股骨模型并获得各股骨骨质层的总体积。第4次CT扫描后,取兔左右股骨作为试件,进行三点弯曲试验,获得负载-挠度曲线。对比弹性载荷和弹性挠度,计算最大弯曲正应力。结果：与正常对照组比较,在兔股骨生长过程中,模型组兔右腿横截面惯性矩和挠度无明显变化（P>0.05）,但股骨生长速度、最大抗弯强度、最大抗弯正应力、股骨硬质骨增加速度和密质骨增加速度显著降低（P<0.05）,软质骨减少速度基本一致（P<0.05）。结论：OA可导致兔股骨各骨质层增加的速度和力学性能显著降低,其力学性能与各骨质层存在关联。
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基于64排螺旋CT扫描数据的肝脏图像分割和三维重建

目的 研究肝脏CT扫描图像中肝脏和肝内血管管道的分割方法及3D肝脏应用于肝脏虚拟手术的可行性及实用性.方法 利用正常人肝脏64排螺旋CT薄层扫描数据集,采集二维图像数据,利用图像处理软件Photoshop和MIMICS软件对二维图像数据进行肝脏及其肝内管道的图像分割和三维可视化重建,并对3D肝脏及其内部血管管道的效果进行评价.结果 肝脏的64排螺旋CT薄层扫描数据集:共获得658层CT扫描图像.分割后的肝脏边界清晰.肝内管道数据无丢失.分割后图像连续观察肝脏连续性好,无中断现象.重建的肝脏轮廓能真实反映肝脏的实际体积,具有肝脏的解剖标志,重建的管道结构清晰,管道连续、自然.通过调节肝脏的透明度可同时显示肝脏和肝内的动脉、静脉和门静脉各分支.结论 利用Photoshop图像处理软件对不同扫描时相的图像进行分割,方法简单实用,分割效果理想,重建时采用二次域值设置可分别将肝脏和肝脏内部管道系统重建,重建后的肝脏模型三维效果逼真,立体感强.既能够显示肝内各主要管道系统的空间位置关系,又能准确地反映肝脏轮廓体积,为虚拟手术奠定了准确逼真的3D肝脏模型.     

下颌后缩畸形手术的三维设计

目的 探讨利用三维软件设计下颌后缩畸形手术方案的可行性.方法 采用Mimics 10.0对患者术前CT数据进行三维重建.将重建模型导入Rapidform 2006测量相关参数后,再导入Geomagic 8.0模拟截骨手术,并在现实手术中验证术前模拟的可靠性.结果 重建出下颌后缩模型并成功模拟手术,将模拟结果应用于手术中,术前模拟与术中所见吻合度高,手术效果较好.结论 利用三维软件可以模拟手术、提高手术的可预测性和准确性,对术者把握手术有较强的指导意义.     

磁共振T2 mapping技术在软骨损伤临床中的应用

目的：探讨磁共振T2弛豫时间图（T2 mapping）技术在软骨损伤临床中的应用价值。方法：经关节镜证实存在关节软骨损伤的患者共29例30膝患者均采用西门子1.5T MR超导型扫描仪扫描膝关节股骨内侧髁、外侧髁软骨,胫骨内侧髁、外侧髁软骨及髌骨面软骨,将MRI扫描所得图像传输到后处理工作站,应用该公司提供的FUNCTOOL 4.3的T2 map软件自动重建成膝关节软骨T2值的空间分布图,并对数据进行统计学分析。结果：胫骨内外侧面与股骨内外侧面软骨浅层的T2值均高于深层的T2值,两者之间差异均有显著性（P〈0.05）;而髌骨面软骨浅层与深层的T2值差异无显著性（P〉0.05）。结论：磁共振T2 mapping技术通过量化分析关节软骨内组织成分的变化,对软骨损伤的诊断具有较高的临床应用价值。     

基于中国数字人CT数据重建上颈椎运动节段有限元模型

为建立精确的数字力学人上颈椎运动节段模型,采用中国数字人男1号数据,使用经Materialise公司授权试用的MIMICS13．1医学图像重建软件进行三维有限元建模,并将其结果导入有限元系统进行处理,建立起形态学高度拟真的上颈椎运动节段模型。实践证明,数字力学人模型可以进行有限元计算,其精度能更好地满足数字化医学对计算机模拟论证的要求。