摘要:目的了解医用生物力学研究中,各种科技参数进行数字化处理的必要性、可行性和迫切性;阐明国内外数字人和数字医学研究的发展过程;展望数字医学今后的发展前景。方法收集了数字人和数字医学各阶段发展资料;分析了这一领域的科研工作优点和存在的问题。结果整理了国内外数字人研究发展简要资料,提出了数字医学今后发展的主要方向和应重视的事项。结论数字化可以提高医用生物力学科研的质量和效率,数字医学有重大发展前景。

摘要:“中国力学虚拟人”是国家自然科学基金重点项目。它是一个人体骨肌系统参数化几何模型,通过输入人体参数,可以转换为具体研究对象的骨肌系统模型;通过运动捕捉系统,可以将测量得到的人体运动转换为骨肌系统模型的运动;通过运动、动力学分析和肌肉力计算,可以得到一个行为过程中的关节力和肌肉力;它同时是人体全身骨肌系统的有限元模型,可以做全身骨骼或局部骨骼的有限元分析。该项目将开发一个大型软件,支撑上述计算工作。它将在医学、医疗器械设计、人机工程学、体育与艺术科学、人身事故分析等广泛领域获得应用。骨肌系统建模的基本参数取自中国可视化人的研究成果。

摘要:目的构建高分辨率中国男性数字人0.2mm断层间距图像数据集。方法取捐献健康男性遗体,经颈动脉红色灌注、低温冷冻定型、专用包埋模具垂直包埋、一次装夹连续等间距铣削、PhaseOneH25数码相机采集连续断层数据以构建数据集。结果共获得9320个RAW格式断层图像数据,分辨率为4080×5440象素,RAW格式单层数据量为27.5M,RAW格式总数据量为260G。结论高分辨率中国数字人男性数据集由于采用了2200万象素的高分辩率数码相机,断层上如血管、脂肪、软骨和骨骼等组织的边界清晰。并可用随机软件对图像的色彩、曝光量以及断层感兴趣区域进行重新处理。

摘要:目的设计并应用将中国可视人数据集中的图片转换为矢量图的算法。方法设计一个算法,并按照此算法设计一个特定的程序,此程序的输出文件格式为ScalableVectorGraphicsSVG,并在轮廓和色彩上比较原来位图和转换后的图形。结果该算法可以对分割后图像进行理想效果的转化,对色彩梯度大的图像,该算法的复杂度会增加。结论该图像格式可以作为一个交换数据存在,对分割后图像有理想的转化效果。在现阶段各种可视化程序的分割机制不同有各种不同的中间文件格式,实施SVG格式标准有助于规范异构可视化平台的数据统一性。

摘要:目的建立人体肝脏及肝内管道系统数字化可视模型,为肝脏虚拟外科手术切除提供形态学依据。方法应用可视化人体肝脏数据集进行三维重建,建立数字化肝脏可视模型,实现肝脏虚拟切除。结果数字化肝脏可视模型,能清晰显示肝内管道系统的空间结构与三维关系,可选择任意径线和角度的切割平面进行虚拟切除,完成切割段体积、表面积和中心坐标的三维测量。结论建立人体肝脏可视化模型,为肝脏数字化解剖学和计算机辅助肝脏虚拟切除手术提供可视化平台与立体形态学基础。

摘要:目的建立扩散张量纤维束成像对人脑白质纤维的显示方法,并应用中国数字化可视人体数据进行对照观察,验证扩散张量成像(DTI)方法的可靠性。方法选择5名健康志愿者进行DTI成像,采用DtiStudio软件进行分析处理,重建出部分各向异性(FA)图、容积比(VR)图、相对各向异性(RA)图、表面扩散系数(ADC)图以及二维彩色张量图。应用中国数字化可视人体数据集断面图像、FA图及彩色FA图进行对照观察,利用fibertracking纤维跟踪软件及3DMRI软件进行三维重建显示脑内主要白质纤维束,辨认脑内白质纤维束的位置、形态。结果应用DTI纤维束成像可以清晰准确地描绘脑白质内主要神经纤维束的解剖图谱,包括联络纤维如弓形纤维、钩束、扣带束、上纵束和下纵束,连合纤维如胼胝体、前连合和穹隆,投射纤维如锥体束、视放射、内侧丘系等。DTI纤维束成像结果与已知解剖知识、中国可视化人体断面图像具有很好的一致性。结论应用DTI纤维束成像可以清晰准确地描绘脑白质内主要神经纤维束的解剖图谱,其结果与中国可视化人体断面图像、已知解剖知识是一致的,应用DTI纤维束成像研究脑内纤维连通性是可靠的。

摘要:目的建立虚拟中国人男性一号血管灌注循环系统的三维模型,为解剖教学以及临床虚拟手术研究提供三维数据模型。方法对数字虚拟中国人男性一号样本进行血管灌注,对获取的彩色断层图片进行空间配准和半自动交互分割,对分割后的数据通过并行算法进行快速三维重建处理。结果对灌注后的动静脉血管和心脏建立了三维模型;通过组合动脉和静脉以及心脏模型获得了全身循环系统的三维模型,弥补了数字化虚拟人体血管模型的空白。结论经过样本的动脉灌注处理之后,在获取高分辨率的切片数据的基础上,建立了精确、完整的血管模型。

摘要:目的应用数字技术,解决整形美容外科的技术难题,提高管理和工作效率;方法计算机图像分析技术、数据库管理技术、移动通讯技术和计算机编程技术;结果建立了整形美容外科数字资料管理系统、容貌定量诊断评价系统、色素斑痣定量评价系统、求美心理定量测评系统和医患沟通信息化系统;结论紧密结合专科特点,通过将最新数字信息技术应用到临床专科,可以大大提高专科管理和工作效率,提升科研和学术水平,带来显著的社会和经济效益,是非常值得深入研究的领域。

摘要:目的建立数字人上颌第一磨牙三维实体有限元模型,并进行了模型的有效性验证,为有关的修复体制作提供了生物力学了了。方法利用数字人男1号数了集,通过Mimics软件重建牙釉质、牙本质、牙髓三维结构,FreeForm软件对模型进行修饰,以IGES格式导入有限元软件Ansys8.0.完成有限元模型。在模型上进行垂直、侧向加载,分析牙体各部位的应力。结果建立了上颌第一磨牙有限元模型,包括牙釉质、牙本质、牙髓、模拟牙周膜、模拟牙槽槽。模型各部分模格划分模点模模元分模为:牙釉质:8303模点、5092模元,牙本质:104883模点、77357模元,牙髓:19818模点、12116模元,牙周膜:2321模点、2278模元,牙槽槽:31869模点、25264模元。垂直加载和斜向加载结果表明牙根颈1/3处是应力集中部位。结论利用Mimics和Freeform建立上颌第一磨牙三维有限元模型,具有较高的真实性和精确度,能够满足各种牙体生物力学分析的需要。

摘要:目的以冷冻切片图像序列为数据源,重建骨组织曲线曲面模型。方法首先通过平移、旋转和缩放等几何变换对冷冻切片图像序列进行配准,再依次对每张冷冻切片图像进行分割处理;处理每张冷冻切片时,在分割对象的边界上交互选择少量的特征点,采用三次有理B样条将系列特征点拟合成封闭曲线,利用样条曲线控制点影响的局部性性质,调整曲线的控制多边形,使其与目标骨组织边界吻合。分割完成后的每条曲线以骨组织名称、方位和切片编号作为索引加入曲线数据库。结果提出从中国数字化可视人体数据集中获取骨组织曲面几何模型的完整技术路线,并建立完善的曲面数据库。结论从冷冻切片图像序列中重建骨组织曲线曲面模型的技术路线可行、有效。

摘要:目的针对临床上膝关节置换手术中软组织平衡测量的需要,研究并开发了一种新的软组织平衡测量系统用于帮助医生在膝关节置换手术中软组织平衡的测量和调节。方法软组织平衡测量系统由测量装置前端、信号采集控制盒和便携式电脑组成。在置入膝关节腔中的前端测量装置上装有6个精密的微型压力传感器,分布在装置面板的左右、前中后6个位置,用于测量软组织张力大小。同时前端测量装置的上下平行面板的间距可通过机械传动装置完成增大和缩小的调节。结果本测量系统能够较好地完成膝关节之间软组织的张力大小测量、膝关节间距调节和张力大小的三维动态显示。结论结合软组织张力大小和膝关节间距数据,能对膝关节的动力学研究有更大的帮助。

摘要:目的探讨垂直和斜向载荷作用于下颌后牙单种植体支持式义齿不同载荷点对下颌骨应力分布的影响。方法应用部分下颌骨CT扫描图像建立下颌骨的三维有限元模型,根据测量数据建立种植体的三维有限元模型,建立半解剖式种植义齿牙冠的三维有限元模型;在下颌第一恒磨牙种植体义齿各咬合点分别加垂直和斜向载荷,计算下颌骨所受的最大等效应力。结果在垂直和斜向载荷作用下,下颌骨的最大等效应力位于颈周骨皮质的上方;在相同的垂直斜向载荷下,不同咬合点加载时,下颌骨上所产生的最大等效应力有明显差异;同一载荷点在大小相同、方向不同的载荷作用下,下颌骨的最大等效应力有明显差异。结论在垂直和斜向载荷作用下,下颌骨的最大等效应力位于颈周骨皮质的上方,向根尖部递减;远中尖斜向加载时颈周骨皮质的上方的等效应力最大;载荷方式是影响颈周骨皮质应力分布的重要因素。

摘要:目的探讨极限运动对舟骨-大-小多角骨(Scaphotrapeziotrapezoid,STT)融合体稳定性的影响。方法6具新鲜尸体前臂标本,所有腕关节均先建立舟月骨分离并行STT融合术,在安全活动范围内从0o开始,每5o一个等级,每个等级分别作5万次屈、伸、尺偏和桡偏运动,每次运动前后均摄标准前后位及侧位片,测量舟骨长度、桡舟间距、桡舟角及克氏针松动、弯曲阳性率。所有腕关节均采用运动前后自身对照。结果当屈曲至50o、背伸至35o、桡偏至5o时,极限运动对融合体的稳定性无影响,未出现融合体解体,克氏针弯曲等征象。当屈曲至55o、背伸至40o、桡偏至10o时,融合体的稳定性开始受到影响,此时桡舟角、舟骨长度、桡舟间距及克氏针弯曲阳性率与对照组相比,均有统计学意义(P<0.05)。而尺偏运动过程中,融合体的稳定性始终未受到影响,上述各项指标的变化均无统计学意义(P>0.05)。结论腕关节在掌屈55o、背伸40o、桡偏10o范围以内活动时,融合体的稳定性无影响,但应避免环转运动。

摘要:目的检测记忆金属网球的生物力学性能,并探讨金属网球后凸成形装置应用于骨质疏松性椎体压缩骨折治疗的可行性。方法采用不同直径镍钛记忆合金丝编织高弹金属网球,将两端圆孔和周围固定后检测金属网球抵抗压缩力,并制作金属网球拉伸和挤压后凸成形装置,观察其进行后凸成形术的效果。结果随镍钛记忆合金丝直径的增大,其最大抵抗压缩力逐渐升高,直径0.38mm合金丝编织的金属网球抵抗压缩力达到162.39N,金属网球后凸成形装置可通过椎弓根进行后凸成形术。结论金属网球后凸成形装置是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的一种新方法,其临床治疗效果尚需进一步研究。

摘要:目的对自行设计的ZH椎弓根内固定器治疗胸腰椎骨折进行力学测试,为临床应用提供生物力学依据。方法取9具新鲜的成人尸体胸腰椎脊柱标本,采用Panjabi方法制作损伤模型,用ZH椎弓根内固定器、Dick钉、Steffee钢板三种内固定方法分组固定后,分别进行载荷-应变、椎体强度、位移、扭转强度、稳定性与刚度及胸腰椎极限承载能力等生物力学测试。结果经生物力学测试,椎体应变:ZH内固定器组明显小于Dick钉组和Steffee钢板组,A点应变分别相差7.2%、14%(P<0.05),B点相差17%、28%(P<0.05);椎体强度:ZH内固定器组与两对照组相比A点应力减小7%与14%(P<0.05),B点应力减小17%和29%(P<0.05);纵向位移ZH内固定器组比两对照组分别减少24%和33%(P<0.05),水平位移减少40%和55%(P<0.05)。结论ZH椎弓根内固定器生物力学性能优良,临床可推广使用。

摘要:虚拟手术是培训医生的新兴的有效手段,在虚拟环境中利用视觉、听觉、触觉力觉多感知交互信息,学习和感知手术过程,其中触觉力觉是至关重要的和较难的技术,本文分析了触觉力觉技术在虚拟手术过程中的重要性以及国内外研究现状,对力学变形算法和力觉感知硬件设备的研制和应用进行了探讨。虚拟手术研究的进一步开展,将提高我国数字医学研究的水平。

摘要:三维有限元分析方法作为脊柱生物力学研究方法之一,随着人们对脊柱力学特性的认识,有限元分析软件在国内外不断开发与应用,不但促进了有限元技术的发展,而且推动着脊柱生物力学研究更深入发展。作者从有限元法概念及原理、脊柱有限元模型构建、颈椎和腰椎三维有限元应用、内固定器械三维有限元分析等方面综述了近年来的一些研究进展。