基于快速原型技术的下颌骨修复手术指导方案研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 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F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 个性化下颌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 下颌骨三维模型与生物板的形态拟合
• 3.6 下颌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 个性化下颌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 下颌骨有限元建模
• 4.3.1 下颌骨有限元建模流程
• 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 下颌骨模型的制造
• 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