Dicom标准和Mimics软件辅助建立下颌骨三维有限元模型

目的：寻求一种更为快捷、精确的下颌骨三维有限元模型建立方法.方法：应用薄层CT,Dicom标准和Mimics软件,结合Ansys三维有限元专用软件对157层,层厚为0.5 mm的CT断层影像进行分析处理.结果：建立了更为精确,应用更为广泛的下颌骨三维有限元模型.使用Dicom标准和Mimics软件获取三维模型直接写入Ansys三维有限元软件,提高了建模效率.结论：薄层CT,Dicom标准的应用使得有限元模型的建立更为精确,同时Mimics软件直接建立三维模型,极大程度提高了建模效率.     

应用Mimics软件辅助重建人体胸廓三维有限元模型的研究

目的建立人体胸廓三维有限元模型,为研究人体胸外按压的临床效果与机制提供生物力学仿真基础。方法获取1例20岁男性胸部CT扫描图像,将断层影像输入到Mimics10.1软件,利用Mimics软件的三维模型重建和有限元网格辅助划分功能,在Ansys软件中建立完整的人体胸廓三维有限元模型。结果完整重现了人体胸廓的复杂形态,建立了包括锁骨、肋骨、脊柱等结构在内的鲜明、直观的人体胸廓三维有限元模型,共1 158 085个节点、736 022个单元,并依据CT图像灰度值将胸廓模型从骨皮质到髓核区分为6种材料性质。结论利用Mimics软件辅助建立的人体胸廓三维有限元模型具有较高的真实性和精确度,能够满足人体胸廓生物力学分析的需要,为下一步人体胸廓有限元模型的分析提供了基础。     

猪下颌骨枪弹伤的三维有限元仿真模拟

目的 建立猪下颌骨三维有限元模型,动态模拟子弹侵彻下颌骨过程,探讨颌面部枪弹伤有限元分析方法.方法 将CT所获得的本地猪下颌骨医学数字图像通讯(digital imagins and communications in medicine,DICOM)数据通过MIMICS软件进行三维重建,然后利用ANSA软件划分网格建立猪下颌骨三维有限元模型,并在LS-DYNA软件中仿真7.62 mm制式弹致伤过程,仿真结果与实体动物实验数据对比,验证三维有限元模型和仿真方法的可行性.结果 建立了几何外形高度相似的猪下颌骨枪弹伤三维有限元模型,成功仿真了7.62 mm制式子弹枪弹伤动态损伤过程,部分仿真数据与动物实验数据有较高一致性.结论 有限元法在颌面部火器伤基础研究中有较好的推广应用价值.     

高原颈椎C5～C6运动单元三维有限元模型的建立及临床意义

目的 建立高原颈椎(C5-C6)三维有限元模型,以期应用于临床实验研究.方法 选取一男性32岁正常高原志愿者,用CT扫描的方法,借助图像处理软件Adobe Photoshop Elements 5.0、医学影像软件MIMICS10.01和ANSA13.0.2软件,建立正常高原人C5- C6的三维有限元模型.参照前人尸体标本生物力学测试结果,验证模型有效性.结果 生物力学实验结果 与以往实验模型结果 基本相符.结论 所建立的高原颈椎节段有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验.     

腰椎骨质疏松三维有限元模型的建立及应用

目的探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验建立良好的试验模型。方法选取老年男性正常人体脊柱标本一具,范围从L4到L5,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面1mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。结果利用三维重建软件Mimics建立腰段脊椎三维计算机模型。利用有限元软件Ansys的前处理功能,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。结论我们建立的骨质疏松腰椎有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型。     

颅面骨撞击伤的生物力学研究

目的 建立具有生物力学特性的动态颅面骨三维有限元模型，在上颌骨正面撞击时响应过程，探讨颅面骨外伤骨折的生物力学基础。方法 采用GE Lightspeed多层螺旋CT对1例无牙颌患者从眉上到下颌骨下缘CT扫描，三维影像重建，数据转换，运用自编程序和Nastran软件相结合方法，模仿刚体撞击上颌骨正面。获得颅面骨三维有限元生物医学模型，分析在正面撞击时颅面骨各部位应力改变。结果 当着力点位于上颌骨，应力沿上颌骨、翼突、颧骨向颞骨颅底传导，同样也会影响颞下颌关节，髁突及髁突颈部应力有明显改变，骨结构的横截面积陡然减小的区域出现应力集中。撞击波呈梯度向后传导，在寰枕关节处应力集中，明显变化。结论 撞击波造成各部分应力改变会在骨缝连接处和骨关节处集中，出现传导改变和传导中断，形成较强大的应力梯度，游离端出现应力回弹，相应的张应力、剪应力易导致骨折的发生。而此处即为损害较严重的区域。撞击点处主要为压缩破坏，撞击点背面的骨组织为拉伸破坏，髁突等游离端主要为拉伸破坏，从理论上，这可能是撞击伤的生物力学机制之一。     

人体躯干骨骼-肌肉-韧带结构三维有限元模型的建立和验证

目的:建立正常人体躯干骨-肌肉-韧带三维有限元模型,为脊柱部生物力学研究提供数字平台。方法:获取正常青壮年男性的躯干螺旋CT扫描图像,应用逆向工程原理,通过Mimics、Geomagic软件建立躯干骨结构的三维几何模型;利用ANSYS10.0对其进行有限元网格划分,椎间盘、韧带和肌肉根据解剖学和文献数据模拟,并参照以往文献报道对模型的可靠性进行验证。结果:建立了包括374618个实体单元,110102个壳单元,427个Link单元,22个质点单元,共65998个节点的关节、椎骨、椎间盘和韧带的躯干部三维有限元模型,根据CT灰度值和杨氏模量关系式对松质骨、皮质骨和后部结构进行单独材料赋值,采用等效法构建椎间盘的纤维环。结论:运用逆向工程原理可有效构建人体躯干的三维几何模型,在此基础上基于解剖和离体标本实验结果构建其生物力学有限元模型,可用于人体脊柱生物力学变化规律的可视化分析。     

老年人股骨颈骨折股骨头置换术中短柄假体的有限元分析

目的针对老年人股骨颈骨折后假体置换术,使用有限元分析的方法对股骨短柄假体与常规股骨假体的生物力学特性进行对比。方法利用薄层CT资料建立股骨三维有限元模型,利用我院股骨中空多孔股骨假体相关参数建立两种髋关节股骨假体三维有限元模型;应用Ansys 5.7有限元分析软件考察两种假体植入后的应力分布,并进行比较。结果短柄假体所受最大mises应力较常规股骨假体明显减小;力学传导模式仍为远端应力集中,最大mises应力仍出现在张力侧。结论老年人股骨颈骨折关节置换术中短柄假体力学特性优越。     

正常人下颌升支矢状截骨术的三维有限元模拟

目的建立正常人下颌升支矢状截骨术(bilateral sagittal split ramus osteotomy,BSSRO)的三维有限元模型,为该术式的生物力学研究和分析奠定基础。方法选牙列完整、牙合关系正常的成年男性,经CT扫描后,采用坐标数据化法,利用专业有限元软件建立包括关节盘的下颌骨三维有限元模型(three dimension finite element model,3D-FEM),并在计算机上模拟改良BSSRO术进行截骨。结果获得的三维有限元模型图形逼真,并且在功能状态中的力学改变与体外力学实验得出的数据吻合程度高。结论利用有限元软件采用CT图形坐标数据化法可建立仿真程度较高的BSSRO模型。     

建立人颅面复合体三维有限元模型的研究进展

正确认识颌骨、牙列及颞下颌关节的生物力学行为，了解其结构本身、结构改变，以及状态改变对生物力学特性的影响，一直是口腔临床医师关心的问题。而有限元法是解决复杂结构力学分析的有效手段，因此，建立理想的颅面复合体三维有限元模型，成为口腔颌面部生物力学研究的重要内容。     

足部三维有限元模型的建立和跗跖关节模拟碾伤生物力学特性

目的 通过CT数据对人体足部主要结构进行三维有限元模型建立,并对跗跖关节进行准稳态有限元受力分析.方法 对一成年女子行足部螺旋CT扫描,将所得图像经Mimics、GUG、ANSYS等软件处理得到三维有限元数字模型,并对跗跖关节进行准稳态有限元力学分析.结果 建成了足部包括全部骨骼、韧带、皮肤、软组织的三维有限元数字模型,并在正常及模拟碾压伤情况下对跗跖关节进行了有限元应力分析.结论 在正常及模拟碾压伤情况下第二跖骨所受应力最大并集中于第二跖骨基底部.     

结合Micro-CT技术的上颌第一前磨牙三维模型的建立

目的建立上颌第一前磨牙的精细三维模型,并最终应用于有限元分析(FEA)。方法用M icro-CT对选取的完整上颌第一前磨牙进行扫描,将获得的CT影像通过M im ics8.1软件进行拟合,初步形成模型。再将模型转入Geom agic7软件进行修改和细化,最终形成FEA软件可识别的实体三维模型。结果成功建立了上颌第一前磨牙的三维模型,并摸索出一套行之有效、方便快捷的有限元模型建立方法。结论结合M icro-CT技术的牙体组织三维重建可以获得极高的真实性和精确性,能够满足各种牙体生物力学分析的需要。     

Mimics及快速成型技术在寰枢椎椎弓根个体化置钉中的应用

目的 利用三维重建软件Mimics及快速成型技术设计一种寰枢椎椎弓根钉个体化置入技术. 方法用Mimics软件对CT扫描的20例成人寰枢椎标本进行三维重建,并测量重建图像的椎弓根参数.利用快速成型技术制作寰枢椎实物模型,测量模型椎弓根参数.测量寰枢椎标本椎弓根参数.对重建图像、实物模型和寰枢椎标本的椎弓根参数行统计学分析,验证重建图像的精确性.在Mimics中寻找三维重建图像椎弓根最佳钉道,制订个体化置钉参数并模拟置钉,根据这个参数和在实物模型直观指导下在寰枢椎标本上置钉.置钉后行CT扫描,判断置钉准确性. 结果寰枢椎重建图像和实物模型与标本椎弓根参数差异无统计学意义,能准确反映寰枢椎解剖结构.用上述方法,4例寰枢椎标本共16侧椎弓根行置钉术,术后CT扫描显示一侧寰椎椎弓根螺钉稍穿破椎动脉孔内侧骨皮质,其余螺钉均未穿破椎弓根骨皮质. 结论用Mimics软件对寰枢椎进行三维重建,制订个体化置钉参数,同时配合实物模型的直观指导,提供了一种寰枢椎椎弓根钉个体化置钉的方法,利用该法能提高置钉安全性.     

螺旋扫描三维CT在颌面部骨折诊治中的应用

目的探讨螺旋三维CT在颌面部骨折的诊断及指导手术治疗方案中的临床价值。方法对58例患者术前、术后均以螺旋CT于颌面部骨折部位行薄层连续扫描,应用三维表面重建处理软件,重建颌面部骨折的三维影像,图像旋转获得最佳图像照片,并做分析。结果58例患者中49例采取了手术治疗,3例髁状突骨折无明显移位的病例采取了非手术治疗,所有手术病例都证实了术前三维CT的诊断,术后三维CT显示所有手术部位均获得了解剖复位,手术效果满意。结论通过应用三维成像技术可获得颌面部骨及骨折的高清晰的三维影像,为颌面部骨折的诊断、治疗及疗效评估提供参考,特别是面中份及髁状突部位的骨折,以及颌面部多发性骨折、创伤后的复杂畸形的检查,三维CT具有独特的价值。     

3D spiral computerized tomography in the reconstructive treatment of malignant maxillofacial tumors

PURPOSE: To investigate the role of Helical CT and the usefulness of three-dimensional (3D) imaging for preoperative planning and follow-up of reconstructive maxillofacial surgery with alloplastic material in neoplastic disease involving this region. MATERIAL AND METHODS: From 1996 to 1999 eleven patients were examined with Helical CT and 3D images for planning of maxillofacial plastic and reconstructive surgery for advanced cancer of this anatomically complex region. A 3D-modulated titanium mesh (100%) or micronets was used to rebuild the anterior surface of maxillary bone and the orbital floor. The mesh was cut to the appropriate size and shape and curved where necessary. Within the residual sinusal cavity a siliconed filling was used surmounting an acrylic prosthesis with dental arch to rebuild the palate. A rehydrated bovine pericardium was affixed and moduled on the borders in two cases only. Three-dimensionally reconstructed CT images were obtained preoperatively and at least 6 months postoperatively in all patients. The images were generated on a computer workstation using the shaded surface display (SSD) software with threshold values ranging 425 to 630 HU, and a more closed window for the imaging of titanium mesh/bone interface in the postsurgical follow-up. RESULTS: We always obtained an excellent complete spatial depiction of maxillofacial region both before and after surgery, with no artefacts so important as to affect the 3D reconstruction process and the image quality. Together with the head-neck surgical team we could work for preoperative planning through CT scans by different 3D points of view. The 3D reconstructed follow-up scans showed good filling of the defect in the area where the titanium mesh had been used. Then efficacious bone modelling and good biocompatibility of the alloplastic material were seen in all patients, with no inflammatory reactions. CONCLUSIONS: Titanium is a well-known material, which is widely used for cranioplasty. It is a radiolucent, nonferrous metal of low atomic number that allows very clear CT and MR images to be obtained. Further Ti features are strength, biocompatibility and easy handling. 3D Helical CT scan has proved to be the most complete and accurate imaging technique for reconstructive plastic surgery with alloplastic material in advanced maxillofacial cancer, also considering the anatomic and functional complexity of this area. The prospect is provided to identify virtual 3D presurgical ablation planes. These may allow the surgeon to improve plastic reconstruction and shorten intervention time.     

髋臼骨折分类三维仿真模型的建立及意义

目的 探讨建立髋臼骨折Letournel-Judet分类的三维数字仿真模型的方法及意义. 方法 对1名健康女性志愿者行骨盆16排螺旋CT扫描,所得Dicom格式的数据应用Mim-ics 10.01软件处理,重建出髋骨模型.依据髋臼骨折Letournel-Judet分类的标准模拟出各型骨折,各骨折块用不同的颜色表示.对骨折模型进行截图保存,并输出影片模式.5名骨科医师和10名医学生对比髋臼骨折Letournel-Judet分类三维骨折模型与二维平面示意图,给予初步评价.结果髋臼骨折Letournel-Judet分类三维模型形态逼真,立体感强,具有良好的视觉效果,可以从任意的方位和角度观察和截图,相对应的影片可以360°旋转观看骨折情况.4名骨科医师和9名医学生认为三维数字骨折模型更有利于理解骨折分型. 结论 髋臼骨折Letournel-Judet分类的三维数字仿真模型具有直观、立体、逼真、动态等特点,有利于临床工作及医学教学.