基于快速原型技术的下颌骨修复手术指导方案研究

摘要

基于快速原型技术的下颌骨修复手术指导方案研究，是以现代快速原型技术为依托和制造工具，以CT扫描与图像数据处理技术为手段，以生物力学分析为验证，复合而成的综合性课题。CT图像处理与三维重建技术的发展，可以方便、快捷的重建具有复杂、不规则外形的下颌骨的三维模型。借助点云数据处理技术，实现三维模型的修复与优化。然后用有限元方法进行验证，如果结果合理，则可以根据相关STL文件制造对应的个性化三维模型。以模型为依据，演练手术过程，制定手术规划，提高手术效率与成功率，减轻病人痛苦。所以本课题具有较强的实用价值。
　　课题采用患者人体下颌骨CT扫描数据，研究完整的下颌骨三模重建、修复与优化技术，安全、高效的实现下颌骨生物板的坚强内固定。本文的研究工作主要包括以下几个方面:
　　(1)研究CT图像处理技术及基于CT扫描数据的复杂三维模型重建技术。通过阈值选择、区域增长、蒙罩编辑等技术手段，尝试从人体头骨模型中快速、准确的分离出下颌骨模型。
　　(2)研究基于点云数据处理的下颌骨修复、装配与优化技术。提取人体自体腓骨并建立模型，以STL文件格式导入下颌骨模型，对其进行修复;应用坚强内固定技术，建立生物板模型，以STL文件格式导入下颌骨模型，对下颌骨缺损部外形拟合。并以Magics为技术支持，尝试进行螺钉孔的仿真与优化。
　　(3)探讨下颌骨有限元建模与分析的方法。由于下颌骨外形复杂且不规则，因此研究利用专属工具进行复杂的面网格划分，体网格转换技术。分析并确定有限元边界条件、受力加载等问题，保证建模的合理与正确。完成对缺损下颌骨、修复下颌骨、单侧咀嚼下颌骨有限元分析，对各模型的应力、变形进行归纳总结，验证模型合理性。
　　(4)模型制造与手术应用。模型经过有限元验证合理，可以进行模型的制造，对手术进行指导。确定模型前处理，制造以及模型后处理过程。分析模型摆放、切片等快速原型加工过程中的工艺参数，比较了不同加工参数对材料成本、加工时间、成型精度等的影响。模型制造成功，可以指导实际手术。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和研究意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究的目的及意义

1．2 快速原型技术特点及应用

1．2．1 快速原型技术的特点

1．2．2 快速原型技术的分类

1．2．3 快速原型技术的发展与应用

1．2．4 国内外研究概况

1．3 下颌骨生物力学研究

1．3．1 下颌骨结构

1．3．2 生物力学理论及研究现状

1．3．3 骨科生物力学的发展

1．3．4 有限元方法的下颌骨生物力学研究

1．4 研究任务和研究目标

1．5 本章小结

第2章 螺旋CT成像与下颌骨三维建模

2．1 CT简介与CT成像

2．1．1 CT的简介

2．1．2 螺旋CT成像

2．2 Mimics软件

2．3 基于CT数据的下颌骨三维建模

2．3．1 个体信息及CT图像获取

2．3．2 下颌骨三维建模

2．3．3 其他建模方法简述

2．4 本章小结

第3章 个性化下颔骨三维模型修复与优化

3．1 下颌骨三维模型的修复

3．1．1 腓骨建模

3．1．2 腓骨切制与下颌骨修复

3．2 STL文件

3．2．1 STL文件格式的规则

3．2．2 STL文件格式错误

3．2．3 STL文件格式检查与修复

3．2．4 STL文件格式优缺点及发展趋势

3．3 坚强内固定技术的应力遮挡问题

3．4 生物板建模

3．4．1 生物可吸收板简介

3．4．2 Pro／e环境下的个性化生物板建模与装配

3．5 下领骨三维模型与生物板的形态拟合

3．6 下颔骨装配体模型可视化仿真

3．6．1 下颌骨装配体螺钉孔仿真与优化

3．6．2 个性化下领骨三维装配体模型可视化意义

3．7 建模过程遇到的问题及对策

3．8 本章小结

第4章 下颌骨有限元建模与生物力学分析

4．1 有限元及其建模理论

4．1．1 有限元理论

4．1．2 有限元建模方法

4．1．3 网格划分理论

4．1．4 INP文件

4．2 下颌骨生物力学特性

4．3 下领骨有限元建模

4．3．1 下领骨有限元建模流程

4．3．2 网格划分

4．3．3 材质赋予

4．3．4 边界条件的确定

4．3．5 载荷的确定

4．4 下颌骨生物力学分析

4．4．1 分析步的设定与任务的提交

4．4．2 分析与后处理

4．5 注意的几个问题

4．6 本章小结

第5章 模型快速原型制造与手术指导

5．1 快速原型的加工工艺流程

5．1．1 快速原型的生物医用材料

5．1．2 快速原型的工艺与设备

5．2 下颌骨模型的快速原型制造

5．2．1 下颌骨模型制造的前处理

5．2．2 下领骨模型的制造

5．2．3 下颌骨模型的后处理

5．3 生物板内固定的下颌骨模型手术指导意义

5．3．1 基于快速原型技术的下颌骨修复手术

5．3．2 手术指导意义

5．4 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文