计算机辅助设计与快速成型技术 数字骨科入门(二)

1 计算机辅助设计人体骨骼快速成型技术的起源 随着计算机技术的飞速发展，借助功能强大、性能完备的计算机软件，人们可以获得拥有足够分辨率的三线曲线模型、表面模型以及实体模型，在此基础上，计算机辅助设计（computer aided design．CAD）应运而生了。

计算机辅助设计、快速成型技术大面积颅眶缺损个性化整复

目的:探讨利用CT数据、计算机辅助设计、快速成型技术,预制个体化修复体在大面积颅眶缺损整复中的应用。方法:2004年6月～2009年8月共6例外伤后颅眶缺损患者运用该方法修复。先行CT连续薄层容积扫描获得断层数据,在三维造型软件中运用原位贴合、交互式屏幕法行缺损修复,设计个体化修复体三维曲面模型。然后将三维曲面模型数据格式转换后传入快速成型机制造修复体三维原型,利用医用钛合金铸造修复体,植入缺损区域。结果:预制的个性化修复体曲度、边缘与缺损区域吻合良好,6例颅眶缺损患者术后外观形态对称,痊愈后容貌恢复正常,平均随访4年无感染、假体外露等并发症出现,治疗效果满意。结论:计算机辅助设计、快速成型技术预制个性化修复体在整复大面积颅眶缺损畸形可有效地解决修复体塑形难、手术时间长、整复后外形欠佳等治疗难题,具有广泛的临床应用前景。

计算机辅助设计和快速成型技术在单侧上颌骨缺损阻塞器修复中的应用

目的:研究计算机辅助设计和快速成型技术在单侧上颌骨缺损阻塞器修复中的应用价值。方法:4名患者均为肿瘤切除术后的单侧上颌骨缺损病例。于术后3个月对缺损区进行CT扫描,扫描图象利用Simplant-CMF软件来进行颌骨缺损的容积三维重建和分段式阻塞器设计;再通过快速成型技术加工上颌骨缺损模型;在获得的树脂模型上,利用灌注法和涂层法制作硅橡胶阻塞器。临床试戴分段式阻塞器,检查其固位情况及与口鼻腔黏膜的密合度;通过含水、低头鼓漱的方法检测口鼻腔封闭性。结果:计算机辅助设计和快速成型技术制作的分段式阻塞器固位良好,与口鼻腔黏膜组织密贴。口鼻腔封闭性检查结果:3例无漏出,仅1例有少量漏出液。结论:计算机辅助设计和快速成型技术能提高上颌骨缺损的阻塞器的精密度和修复效果,具有较高的临床应用和推广价值。

计算机辅助设计和快速成型技术制造颜面萎缩衬垫物的可能性(英文)

背景:半侧颜面萎缩畸形的整复方法较多,以往常通过制备患者的石膏面模,在上面堆蜡来恢复患者的面形,蜡型用作手术中衬垫的参考。但由于畸形的变化多,矫治设计的难度大,矫治效果不甚理想。目的:探讨应用计算机辅助设计和快速成型技术制造用于矫正半侧颜面萎缩等凹陷畸形衬垫物的可能性。方法:对半侧颜面萎缩患者行螺旋CT扫描,利用工作站进行扫描图像的容积三维重建后,重新间隔分层,利用CuteFTP4.0软件以BMP格式下载。应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理,对图像的边缘轮廓进行提取,得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图,将该线图数据输入Surfacer9.0重建软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,从而得到面颅骨的三维三角形面片线框模型及实体模型。将健侧面颅骨的点云数据按镜像对称变换到患侧,这样在患侧骨和健侧镜像之间就形成了充填物的三维模型,为补偿软组织的萎缩,将其外表面点云数据外移1.5mm。对CAD后的三维Surfacer数据重新分层,在RpDataRepare中完成充填物的轮廓编辑和成型的支撑设置,形成RP项目文件,输出快速原型所需的加工文件.par,制造出衬垫物模板,作为实施手术过程中的参照。结果与结论:获得了患者颅面骨表面轮廓的三维实体模型,并由计算机辅助设计,快速成型制造出衬垫物模板,并以此为参照完成手术,效果满意。说明应用快速成型技术可以完成半侧颜面萎缩等凹陷畸形的衬垫物的制造,精度高,快捷,在颅颌面外科假体的个体化制造方面有良好的应用前景。

计算机辅助设计-快速成型在股骨转子间骨折修复中的应用:与常规手术修复效果比较

背景：计算机辅助设计-快速成型技术的发展,实现了从二维图像到三维实物的飞跃,为临床医生对疾病的诊断、病变点的定位、手术方案的确定提供了重要的依据,使得手术的安全性和手术的质量有了明显的提高。目的：评估计算机辅助设计-快速成型技术应用于股骨转子间骨折手术治疗的临床疗效。方法：选择2008年解放军广州军区广州总医院骨科收治的股骨转子间骨折患者30例,年龄18-55岁,随机分成常规手术组及计算机辅助组,常规手术组仅行术前胫骨结节牵引,计算机辅助组行胫骨结节牵引后提取二维CT数据,计算机辅助设计股骨转子间骨折模型,并模拟骨折复位手术,逆向设计与股骨大转子相吻合的组件,计算机精确设计手术钉道。两组均采用动力髋螺钉内固定,均记录手术时间,术中出血量,术后随访1年并采用Harris评分标准对手术效果进行评估。结果与结论：快速成型建立股骨转子间骨折的1∶1实体模型及置钉导向模版,精确地指导手术快速精确实施。快速成型技术做好的模型应用于手术,提高了手术的安全性,与常规手术组比较缩短了手术时间,减少了手术出血量,术后复查X射线见骨折端复位良好,内固定位置良好,应用Harris髋关节评分患者恢复良好,无髋内翻畸形及患肢短缩畸形,显著提高了手术的有效性,均达到了术前的预期效果。相比传统手术存在精确性不足、创伤较大、术中医生和患者需要反复受到射线照射等缺点,计算机辅助骨科-快速成型技术应用于手术具有安全,准确等优点,术前采集图像可术中反复使用,并减少术中医患的放射性损伤。

面向快速制造的硅橡胶模具计算机辅助设计研究

应用面向制造的设计方法开展了快速硅橡胶模具的计算机辅助设计研究 ,分析并协调了设计过程中的制造约束 ,优化了面向快速制造的硅橡胶模具的计算机辅助设计过程 ,并在实现了计算机辅助设计与计算机辅助工程的过程集成的基础上 ,研究了尺寸补偿、分型方向确定及分型面设计、脱模斜度选取。

计算机辅助设计在立式袋成型包装机中的应用

本文介绍了计算机辅助设计在立式袋成型包装机中的应用 。

翻领式成型器的计算机辅助设计

根据翻领器交接曲线和边界曲线的数学模型,分析了在设计中存在的问题,提出了解决方法,并且用软件实现了翻领器设计的可视化和自动化,大大提高了翻领器设计的效率和质量。

圆形料管衣领成型器的计算机辅助设计

以衣领成型器的设计理论为基础、重点介绍了圆形料管衣领成型器领口交接曲线的两种函数表示方法，进而实现该成型器的计算机辅助设计并为其计算机的辅助制造奠定了基础。

异型钢管成型的计算机辅助设计

异型钢管成型的轧辊设计是生产中的关键技术,采用计算机辅助设计技术,实现了高精度、复杂轮廓轧辊的优化设计,缩短了轧辊设计周期,降低了制造调试成本,使得异型管的成型设计不再是主要依赖设计者的经验以及依靠调试修正的试错法。简要介绍了应用COPRA软件在异型管设计、制造方面的成功实例。

计算机辅助设计在注射成型中的研究与应用

根据塑料件的工艺要求,研究了计算机辅助设计方法在注射成型模具设计中的应用。论述了计算机辅助设计注塑模的流程和方法,主要包括运用Pro/E软件构造模具成型零件三维模型、运用EMX模块选取标准模架及标准零件、加载侧抽芯机构、设计推出机构以及运用MPI软件进行注射成型分析的过程和方法,重点论述了浇注系统设计的影响因素、浇口布局方案和冷却管道的优化设计。

广州采用计算机辅助设计和快速成型技术完成世界首例2岁幼儿上颈椎脱位手术

解放军广州军区广州总医院目前通过数字骨科技术，利用电脑辅助测量和设计手术方案，成功为1名2岁的小患者完成上颈椎脱位手术治疗。据介绍，为2岁多的患者施行该类手术尚属世界首例。

计算机辅助设计纳米羟基磷灰石/聚氨酯复合骨植入物的个性化快速制造

采用原位复合法,以纳米羟基磷灰石为增强体,以聚氨酯预聚体为基体,制备了快速成型所需的HA/PU基质复合材料,采集个体股骨近端骨缺损部位的CT影像数据,利用计算机辅助医学影像Mimics软件进行三维重建,直接得到股骨近端的三维模型,再将三维模型信息转换成快速成型的"STL"数据文件,以此直接驱动三维打印机制造出ABS实体模型,然后经硅胶模具和浇注成型手段,将HA/PU复合预聚体基质浇注到硅胶模具中,进行固化成型,得到符合个性化需求的HA/PU股骨近端植入体。为克服批量生产植入体型号、尺寸与个体需求不匹配的弊端,制造高附加值人工骨产品提供实验基础和技术支持。

计算机辅助设计与快速成形技术在复杂髋臼骨折切开复位内固定术中的应用

目的 ：探讨利用计算机辅助设计（computer aided design,CAD）和快速成形技术（rapid prototyping,RP）进行切开复位内固定治疗复杂髋臼骨折的临床及功能疗效。方法：对2011年6月至2014年1月收治的23例复杂髋臼骨折利用CAD和RP进行切开复位内固定治疗,男14例,女9例;年龄22-68岁,平均39.96岁。骨折按LetournelJudet分型：双柱骨折（Ⅹ）13例,T形骨折（Ⅷ）5例,前柱及后半横行骨折（Ⅸ）5例。术后采用改良Matta髋臼骨折复位标准评定骨折复位质量,末次随访时采用改良d＇Aubigné-Postel功能评分标准评定髋关节功能,并记录随访过程中出现的并发症。结果：23例患者获随访,时间10-38个月,平均20.6个月。手术时间90-180 min,平均123 min;术中出血量400-1 400 ml,平均728 ml;根据改良Matta髋臼骨折复位标准：解剖复位14例,良好复位8例,不满意复位1例;末次随访时改良d＇Aubigné-Postel髋关节功能评分：优15例,良6例,可1例,差1例;随访过程中发现3例创伤性关节炎,1例坐骨神经损伤,1例髋臼脱位,2例异位骨化,1例股骨头坏死。结论 ：利用CAD和RP进行切开复位内固定治疗复杂髋臼骨折,具有手术创伤小,出血量少,固定可靠,手术并发症少,安全性高,临床疗效良好等特点,可广泛应用于临床治疗。

计算机辅助设计和制作单侧眼眶部缺损的修复

目的 了解反求工程和快速成型技术对单侧眼眶部缺损进行计算机辅助设计和制作的效果。方法 通过激光扫描仪对一例单侧眼眶部缺损石膏面部模型进行数据采集。经反求工程软件处理 ,依据健侧眼眶部组织数据设计出缺损处修复体表面数据 ,并利用模具软件设计出修复体模型的三维数据。最后通过快速成型方法制作出修复体的树脂模型。结果 激光扫描采得的模型点云数据清晰精确。利用健侧眼眶部组织数据修复患侧缺损获得满意效果之后设计制作出的树脂修复体与缺损处贴和紧密并达到逼真的对称修复效果。结论 利用反求工程和快速成型方法可以满意地完成单侧眼眶部缺损修复的计算机辅助设计和制作。

翻领成型器计算机辅助设计

介绍了根据翻领成型器的数学模型 ,在计算机上进行三维模型设计的方法。主要介绍了如何用Pro/ENGINGEERING软件 ,根据翻领成型器的参数来生成曲线。

反求工程和快速成型在计算机辅助外科手术中的应用

目的:提高外科手术质量。方法:运用数字化反求和快速成型设计和制作人体组织模型、体外模拟器具和个性化植入体。结果:通过几个骨修复手术病例的应用成功地提高了手术的质量。结论:通过反求设计和快速成型能获得直观、可触的外科手术模拟模型,能明显地提高手术质量,将在计算机辅助外科手术中具有广泛的应用前景。

计算机辅助快速成型技术在复杂骨盆骨折诊断与治疗中的应用

目的：评价计算机辅助快速成型技术在复杂骨盆骨折诊断与治疗中的应用价值。方法：对22例复杂骨盆骨折患者行薄层CT扫描获取骨盆二维数据．采用计算机辅助技术重建三维模型，快速成型技术制出与实体1：1大小的骨盆模型。依此对骨盆骨折做出明确的诊断、分型，制定手术方案．模拟手术，指导手术治疗。结果：所有患者术中所见与三维重建图像及快速成型模型非常相似，术前的模拟缩短了手术时间，减少了出血量。随访6～24个月，术后2～4周患者可在床上坐起，6周后可扶拐下地活动。所有患者均获得了良好的骨折复位。根据Majeed功能评分标准，优：16例，良：3例，优良率86．4％。结论：计算机辅助快速成型技术能直观、精确地显示骨盆的立体形态和各解剖结构的空间关系，对骨盆骨折的诊断、分型及治疗有很好的临床指导作用。

计算机辅助设计与钛合金精密铸造的颅骨缺损个体化修复体

背景:现代的颅骨成形不应仅停留在修补缺损恢复颅腔完整性的基础上,而应达到颅骨表面解剖重建,兼顾形态和功能。目前常规使用的颅骨缺损修复方法存在许多缺限与不足,特别在修复巨大、复杂部位的缺损更加困难。目的:探讨利用CT数据、CAD、快速成型技术结合现代铸造工艺,以医用钛合金为材料颅骨缺损个体化修复体原位辅助设计与精密铸造的方法。方法:以成年山羊为实验对象,建立颅骨缺损的动物模型,CT连续薄层容积扫面获取原始数据,经数据处理后三维建模,在surfacer9.0中运用原位完全贴合、交互式屏幕显示法设计修复体三维模型。将设计的个性化修复体三维曲面模型数据输入快速成型机,完成修复体的原型制造。以钛合金为材料,运用熔模铸造法制作个体化修复体。结果与结论:通过CT原始数据的获取、图像处理三维重建、原位完全贴合法个体化计算机辅助设计、修复体快速原型制造、钛合金精密铸造成型过程完成个体化修复体制作。修复体与缺损具有极强的适配性,吻合良好。结果说明基于CT数据、计算机辅助设计、快速成型技术为解决临床医学中长期困扰的"量身定作"问题提供了有效的方法和制作手段,简化了手术操作,缩短了手术时间,降低了手术风险,外形功能恢复满意。

计算机辅助设计与制作技术在肘内翻畸形方面的临床应用

目的:探讨计算机辅助设计与制作(computer-aided design/manufacture,CAD/CAM)技术在肘关节畸形治疗中的应用。方法:6例先天性肘内翻畸形患者,术前行CT扫描,采用计算机辅助设计技术(Mimics软件进行CT数据处理)模拟肘关节截骨,设计虚拟手术复位,并进行术后效果预测,应用快速成型(rapid prototyping,RP)技术制作肘关节畸形,术中应用,术后进行CT检查,并与术前设计进行比较,评价应用效果。结果:术后CT显示,模拟效果与术前设计吻合度高,术后随访6个月无复发,患者面形对称。结论:应用CAD/CAM技术进行肘关节畸形的辅助治疗,可提高手术的准确性,节约手术时间,具有一定的应用前景。