颅骨修复假体的设计与检验

论文摘要

近十余年来,由于医疗事业的迅猛发展和人们对医疗效果追求的提高,修复重建外科学得以逐步形成并迅速发展。颅骨的修复重建作为其重要组成部分,是开展最早的领域之一。由于颅骨结构的复杂性,对于其缺损的修复,一直是修复重建外科学具有挑战性的课题之一。常规的治疗方法只是医生根据病人缺损部位的大小和形状手工修剪钛网,这种方法操作复杂、术中塑形时间长、术后效果取决于术者经验和技术水平,外形难尽人意。而且钛网在塑形过程中易出现皱褶和翘曲,导致手术失败。所以,众多临床工作者一直在寻找一种能提高修复的质量和效率的方法。本课题提出采用钛合金板作为毛坯,利用三维影像重建技术、计算机辅助设计技术和先进制造技术,为患者术前预制出外形美观、贴合性良好、合并症少的个性化钛合金修复假体,概括如下:首先运用逆向工程的方法,基于患者的头部CT数据,构建了颅骨的三维模型;提出两种设计方法分别获得了缺损处的形状,并针对一个缺损颅骨的模型设计了个性化的三维曲面修复假体;接着,通过虚拟装配和曲率检验完成了修复假体与缺损部位的贴合性检验;并运用有限元法,通过对不同工况下钛合金修复假体的强度分析和对钛合金与颅骨材料修复假体的强度对比,验算了钛合金修复假体的强度满足要求,不易发生受力变形;最后对修复假体进行了虚拟加工,并完成了一个铝合金假体试件的数控加工,以此真实的检验了修复假体设计的精准性,并证明了利用数控精密加工修复假体的可行性。采用计算机辅助设计技术术前预制颅骨的修复假体,精准性高,效率高,不仅贴合性良好,外形美观,而且可大大缩短手术时间,减少手术风险,减轻病人痛苦,同时,可以促进实现数字化设计与制造一体化,真正实现个性化颅骨修复。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 一、修复重建外科学简介
• 二、颅骨的修复重建
• 三、选题的意义和主要研究内容
• 四、课题来源
• 第一章 缺损颅骨三维模型的构建
• 1.1 概述
• 1.2 缺损颅骨图像采集
• 1.2.1 CT 设备简介
• 1.2.2 CT 数据的获取
• 1.3 CT 数据的处理
• 1.3.1 格式转换
• 1.3.2 滤波去噪
• 1.3.3 数据分割
• 1.4 颅骨三维模型的构建
• 本章小结
• 第二章 个性化修复假体的设计
• 2.1 修复假体曲面的数学模型
• 2.1.1 贝塞尔曲面
• 2.1.2 B 样条曲面
• 2.1.3 NURBS 曲面
• 2.2 修复假体的设计方法概述
• 2.3 镜像设计方法
• 2.4 拟合设计方法
• 2.4.1 缺损部位边缘特征提取
• 2.4.2 基于边缘构建拟和曲面
• 2.4.3 颅骨修复假体实体的创建
• 2.5 修复假体的强度验算
• 2.5.1 修复假体有限元模型的创建
• 2.5.2 修复假体强度验算
• 本章小结
• 第三章 修复假体的检验
• 3.1 概述
• 3.2 修复假体与颅骨的贴合性检验
• 3.2.1 修复假体与颅骨虚拟装配
• 3.2.2 曲率检验
• 3.3 修复假体的加工检验
• 3.3.1 数控加工方法的提出
• 3.3.2 虚拟加工生成NC 代码
• 3.3.3 修复假体的加工检验
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕（博）士学位期间发表的学术论文
• 致谢