基于快速原型制造技術(shù)的人體缺損下頜骨重建及生物力學(xué)分析研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)正朝著高精度、高速度、高效率以及復(fù)合材料加工的方向發(fā)展。具有諸多優(yōu)點(diǎn)的快速原型制造技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新興的先進(jìn)制造技術(shù)，它是最近20年來(lái)世界制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。快速原型制造技術(shù)是機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及材料科學(xué)等技術(shù)的集成。由于快速原型制造技術(shù)的特殊成型原理，使得該技術(shù)非常適合制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物醫(yī)學(xué)模型，如人體的下頜骨等。
　　計(jì)算機(jī)建模與仿真已經(jīng)成為21世紀(jì)

2、制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，為人體下頜骨的生物力學(xué)仿真分析等提供了重要手段。如何利用現(xiàn)有技術(shù)有效地進(jìn)行人體下頜骨在實(shí)際咬合中的生物力學(xué)分析，來(lái)達(dá)到提高手術(shù)精度、縮短手術(shù)時(shí)間、優(yōu)化手術(shù)方案、減輕患者痛苦的目的，已經(jīng)成為下頜骨生物力學(xué)仿真分析亟待解決的問(wèn)題。
　　本課題在相關(guān)項(xiàng)目基金的資助下，進(jìn)行了先進(jìn)制造技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程的交叉學(xué)科研究，通過(guò)采用快速原型制造和計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)對(duì)基于快速原型制造技術(shù)的人體缺損下頜骨重建及生物力學(xué)分析的若

3、干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了建模、仿真分析和臨床實(shí)驗(yàn)研究，為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化、臨床手術(shù)方案的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。達(dá)到了提高手術(shù)精度、優(yōu)化手術(shù)方案、縮短手術(shù)時(shí)間、減輕患者痛苦的目的，具有很大的研究?jī)r(jià)值、意義和一定的先進(jìn)性、前沿性，全文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)論述課題的研究背景以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析課題研究的必要性和意義;綜述快速原型技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀;介紹計(jì)算機(jī)建模與有限元生物力學(xué)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r;論證基于快

4、速原型制造技術(shù)的人體缺損下頜骨重建及生物力學(xué)分析交叉學(xué)科研究的必要性和前沿性。
　　(2)采用基于逆向工程的三維CT重建技術(shù)，針對(duì)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院的臨床病例存在下頜骨腫瘤手術(shù)前缺少患者三維模型導(dǎo)致對(duì)患者病癥處了解不充分等問(wèn)題，研究螺旋CT的DCIOM格式數(shù)據(jù)與PC機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸。完成從人體下頜骨二維CT數(shù)據(jù)到下頜骨三維數(shù)字模型的重建過(guò)程。完成缺損下頜骨的虛擬重建和種植體的建模。達(dá)到術(shù)前準(zhǔn)確診斷患者病情、優(yōu)化手術(shù)方案的目的。<

5、br>　　(3)采用面向特定患者的個(gè)性化多平臺(tái)協(xié)作建模技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)下頜骨重建手術(shù)植入鈦板的標(biāo)準(zhǔn)化、不匹配等問(wèn)題，研究針對(duì)特定患者的下頜骨鈦板個(gè)性化建模方法，建立下頜骨鈦板的個(gè)性化模型，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)個(gè)性化鈦板3D模型的目的。并針對(duì)鈦板在使用過(guò)程中的疲勞損壞問(wèn)題，對(duì)鈦板進(jìn)行疲勞仿真分析，優(yōu)化鈦板結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高鈦板使用壽命的目的。
　　(4)采用基于逆向工程CT數(shù)據(jù)的人體下頜骨FEA建模方法，研究建立患者原始下頜骨、切除腫瘤后的重

6、建下頜骨以及植入種植體下頜骨的FEA模型的方法。并基于此模型采用骨生物力學(xué)和有限元集成的仿真技術(shù)，進(jìn)行多種下頜骨模型在不同載荷情況下的生物力學(xué)分析，達(dá)到優(yōu)化牙種植體設(shè)計(jì)方案、提高手術(shù)精度、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的目的。
　　(5)采用多噴快速原型制造和個(gè)性化設(shè)計(jì)輔助下頜骨重建技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)下頜骨重建鈦板的統(tǒng)一化、塑形時(shí)間長(zhǎng)、術(shù)后存在并發(fā)癥等問(wèn)題，研究制造下頜骨RP模型及個(gè)性化植入鈦板的方法，術(shù)前設(shè)計(jì)并制造出下頜骨的RP模型以及個(gè)性化的下頜骨

7、植入鈦板，解決了在手術(shù)過(guò)程中花費(fèi)數(shù)小時(shí)進(jìn)行下頜骨鈦板塑形的問(wèn)題，達(dá)到了縮短手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)成功率、減輕病人痛苦的目的。
　　(6)針對(duì)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院實(shí)際臨床病例中的傳統(tǒng)下頜骨重建手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、患者遭受較大痛苦等問(wèn)題，將課題的研究成果RP技術(shù)應(yīng)用到臨床實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)臨床驗(yàn)證并對(duì)比分析5例典型病例，應(yīng)用RP技術(shù)在下頜骨重建手術(shù)中可以縮短約2小時(shí)的手術(shù)時(shí)間，同時(shí)可以提高頜骨修復(fù)質(zhì)量和手術(shù)精度，減輕患者痛苦，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等。術(shù)