基于影像的人体铸型标本三维计算机建模研究

目的开展基于影像的人体铸型标本的三维计算机建模研究。方法采集小腿铸型标本(有骨和动脉结构)以及肺铸型标本(有肺动脉、肺静脉及支气管结构)各1件,将小腿铸型标本与肺铸型标本进行CT扫描。将CT数据导入三维重建软件Mimics13.01(Materialise公司,比利时)对图像进行三维重建。利用软件自带的阈值设定(Threshold)、图像编辑(Edit)、区域增长(Region growth)等功能可对选定的结构进行图像分割,采用软件的三维计算功能(3D calculation)重建人体小腿铸型标本及肺铸型标本的三维模型。结果获得小腿铸型标本CT图像共获得1310层图像,层厚为0.2mm,肺铸型标本CT图像共获得674层图像,层厚为0.4mm。经过三维重建可获得小腿铸型标本和肺铸型标本的三维模型,与原始的铸型标本相比,三维重建模型可清楚直观地再现小腿铸型标本及肺铸型标本的三维形态,能够满足临床应用。结论对人体铸型标本开展图像三维重建研究,将使人体铸型标本更好地应用于临床,可为进一步进行快速成型制造及相关数字医学研究奠定基础,并将产生很好的社会及经济效益。     

外旋载荷对骨盆作用机制的三维有限元分析

目的利用骨盆的三维有限元模型研究外旋应力对骨盆的作用机制。方法 1例健康成年男性志愿者进行PET-CT扫描,结果以DICOM格式输出,在PC机上进行三维重建,建立正常骨盆的有限元模型。对模型施加外旋载荷,经计算得到应力、应变及位移云图。结果水平向后加载500N于左侧髂前上棘,应力沿两条途径传导:一条是向内后方经同侧骶髂关节前部至骶骨上部,另一条是向前方经耻骨支、耻骨联合至对侧耻骨;且骨盆前环受力较大。应变以同侧骶髂关节前下方最大,前方的耻骨联合处应变也较大。位移以受力点同侧髂前上棘处最大,同侧髂骨、坐骨及耻骨支位移均较大。结论外旋载荷易造成耻骨支骨折、骶髂关节损伤,或骶骨压缩骨折。     

骨密度与颈椎终板结构生物力学性质的关系

目的 :研究椎体骨密度 (bonemineraldensity ,BMD)与颈椎终板不同位点力学特性之间的关系。方法 :5 0个颈椎椎体标本 ,用DEXA测试每个椎体的BMD后 ,采用逐步聚类法将标本分为三组 ,高骨密度组 (n =16)、中骨密度组 (n =2 4)、低骨密度组 (n =10 ) ,对每一终板平面上 2 0个特定的测试点进行压缩实验 ,直径 2mm的半球形压头以 0 .0 3mm/s的速度垂直于终板平面下压 2mm ,由所得的力─位移曲线计算出最大压缩力及刚度 ,采用单因素方差分析、析因分析、SNK检验及相关分析对实验数据进行统计学分析。结果 :三组之间的最大压缩力、刚度均存在显著性差异 (P <0 .0 1) ,且最大压缩力、刚度与BMD呈正相关关系 ;BMD对颈椎终板力学强度有显著影响 ,但对其力学分布无明显影响。结论 :椎体BMD是预测终板力学性能的重要指标 ,术前应测量BMD以减少植入物沉陷的发生。     

"虚拟中国人Ⅰ号"铣削前尸体材料的预处理

目的 :保证“虚拟中国人”(VirtualChineseHuman ,VCH)数据集的质量 ,提高数据集中血管显示的对比度。方法 :利用发泡剂将尸体有效地固定 ;对新鲜尸体行CT扫描间隔为 1mm、MRI扫描间隔为 2mm ;进行全身血管灌注。结果 :采集得到清晰的CT图像 172 0幅、MRI图像 780幅 ,分别向头部灌注约2 0 0ml ,向心灌注 2 5 0 0ml填充剂。结论 :“虚拟中国人Ⅰ号”在CT、MRI图像质量方面优于VHP(VisibleHu manProject ,) ,预处理为铣削、组织切片的图像采集及将来的血管显示打下良好基础。     

颈椎前路钮扣钢板的研制及生物力学评价

目的:研制颈椎前路钮扣钢板内固定系统,评价其生物力学稳定性。方法:用317L不锈钢研制出颈椎前路钮扣钢板螺钉系统。取6具青年男性新鲜尸体的颈椎标本,制成5种状态脊柱功能单位(FSU)的试验模型:正常颈椎、屈曲型损伤、单纯植骨、钮扣钢板内固定、AO钢板内固定。利用脊柱三维运动分析系统测定不同状态下颈椎节段的运动范围(ROM),比较钮扣钢板内固定与AO钢板内固定对失稳颈椎的稳定作用,并摄X线片观察各种状态下颈椎的影像学改变。结果:生物力学测试表明,钮扣钢板内固定系统可以对失稳颈椎提供明显的稳定作用(P<0.01),与AO钢板内固定系统的稳定作用相比无显著性差异(P>0.05)。动态X线摄片显示,钮扣钢板内固定及AO钢板内固定均能维持植骨块的稳定,并恢复椎间隙高度及颈椎生理曲度,而单纯植骨则容易出现植骨块的移位、凸出甚至脱出。结论:钮扣钢板内固定系统具有较好的生物力学稳定性。操作简便,适合国人颈椎解剖结构及功能特点。     

医学影像资料三维重建及在解剖学教学中的应用

目的探讨利用三维重建软件构建人体三维模型在解剖学教学中应用。方法采集层厚为1mm的颈、胸部CT影像,利用三维重建软件Mimics对其进行三维重建,并将重建模型应用于本科学生的理论教学中,课后收集学生的学习感受。结果通过三维重建软件Mimics进行图像重建,清楚直观地再现胸廓整体的三维结构,也可单独显示肺、颈椎、胸椎、肋骨、胸骨等结构的三维形态。学生普遍反应学习效率提高。结论利用三维重建可直观显示人体三维结构,应用于解剖学教学可获得良好效果。     

脊柱在体三维运动检测系统的建立

目的利用2D/3D图像配准技术建立脊柱在体三维运动检测系统。方法采集成人腰椎CT影像,并采集两个不同位置时脊柱互成直角的X线平片,进行腰椎L3、L4三维重建,并在软件中建立虚拟X线摄像场景进行腰椎投影,再现互成直角的虚拟X线影像,采用2D/3D图像配准方法与真实X线影像相配准,还原摄平片时L3、L4的位置,将配准结果导入图像处理软件后计算两种位置之间L3的相对位移及角度变化。结果利用2D/3D图像配准方法实现了膝关节的三维模型和二维影像之间的配准,计算出两种位置之间的相对位移及角度变化,与位置一相比,位置二的L3后伸5.86°,左侧弯1.85°,右旋2.96°。结论利用2D/3D图像配准技术可实现脊柱在体三维运动检测,但其配准效率及精度尚需进一步研究。     

高位桡动脉及Ⅲ型肌皮神经变异1例

据<中国人体质调查>统计,高位桡动脉的出现率为6.15%,但大多起自肱动脉,起自腋动脉的高位桡动脉仅占1.09%.作者在<局部解剖学>教学中发现一成年男性尸体标本同时存在高位桡动脉及Ⅲ型肌皮神经两种变异,现报道如下:     

数字技术精确定位椎板进钉区与方向轴的方法

目的 应用数字技术探讨精确定位椎板进钉区与方向轴的方法. 方法 数据来源于一例健康志愿成年人头颈部CT连续扫描数据集,将CT连续断层扫描.dicom格式图像以三维体数据的形式导入Mimics 8.11软件,采用表面遮盖显示法进行三维表面重建颈椎数字解剖模型,然后将重建的结果以.stl格式保存,将C4模型导入lmageware 10.0软件进一步分析. 结果 通过三维重建得到C3-7数字模型,获得C4椎弓根在椎板表面的最大投影边界、安全区及其最佳中心轴入点位置. 结论 重建的图像可以提供各椎体的三维动态解剖,可以精确定位任意方向一定直径螺钉经椎弓根三维空间通道在椎板表面的最大投影边界、安全区及其最佳中心轴入点位置;同时可为虚拟手术和数字化手术的设计奠定良好基础.     

颈椎终板生物力学特性在前路融合术中的作用

目的研究颈椎保留终板与去除终板状态下不同位点生物力学特性的分布规律,评价颈椎终板在前路融合术中的作用。方法将骨密度无差异的42例人体新鲜颈椎标本随机分为两组(保留终板组24例,去除终板组18例),对每一终板平面上22个特定的测试点进行压缩实验,直径2mm的半球形压头以0.03mm/s的速度垂直于终板平面下压2mm,由所得的力-位移曲线计算出最大压缩力及刚度,采用t检验、析因分析及SNK检验对实验数据进行统计学分析。结果颈椎上、下终板保留终板组与去除终板组之间的最大压缩力及刚度的比较均有显著性差异。颈椎后部是保留终板组颈椎上终板力学强度较大的区域,颈椎外侧区是颈椎下终板力学强度较大的区域;去除终板组颈椎后部是上终板平面力学强度较大的区域,颈椎后外侧是下终板平面力学强度较大的区域。结论颈椎终板在颈椎前路融合术中起着相当重要的作用,在进行手术或改进椎间植入物设计时应考虑到此作用。