前言：本站為你精心整理了臨床醫(yī)學(xué)快速成型技術(shù)作用范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

1快速成型技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

采用箔材(如紙等材料)的分層實(shí)體制造LOM(LanminatedObjectmanufacturing)方法,以事先涂有熱熔膠紙為基本構(gòu)形材料,厚度0.125mm,在計(jì)算機(jī)控制下,自動(dòng)將三維數(shù)字化模型分割成與紙張同樣厚的薄片(平面模型),用二氧化碳激光器逐層精確割出每層的輪廓形狀,再逐層熱壓粘接成型。在不需要切削加工和模具的情況下,數(shù)小時(shí)內(nèi)即可快速形成任意復(fù)雜形狀的三維物體,成型件精度可達(dá)0.2mm,具有與硬木制品相當(dāng)?shù)挠捕?稍作表面處理后可在200℃以下的環(huán)境中使用,如果用這種設(shè)備制作模具,完全可以用于醫(yī)學(xué)高分子材料(如醫(yī)用硅橡膠)件的模壓制作[2]。

1.1數(shù)字化信息的提取

從醫(yī)院的CT、核磁共振及光學(xué)掃描等設(shè)備中獲取患者的DICOM格式文件,并保存于硬盤中。傳統(tǒng)的邊界提取是通過掃描儀將得到的CT圖像掃入電腦,然后通過灰度信息識(shí)別其邊界,并用一系列的簡單曲線替代[1]。這樣做存在圖像配準(zhǔn)誤差,在替代過程中又損失了部分邊界信息,降低了三維重建精度。所以,利用DICOMEDGE軟件將DICOM文件直接打開,根據(jù)CT域值和曲率域值選擇相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行邊界提取,而后并根據(jù)邊界情況予以取舍,滿意后以文本格式將截面輪廓輸出。由于采用直接讀取DICOM文件的數(shù)字化信息,減少了中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),從建構(gòu)方式上提高了制件精度。

1.2數(shù)據(jù)篩選與匹配

由DICOM文件轉(zhuǎn)化后的IBL文件可以在Pro/E中打開,通過觀察分析可知存在如下問題:(1)由DICOM文件轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量太多,而且匹配狀況差。(2)不同截面包含的封閉曲線數(shù)目不等。(3)在應(yīng)該存在平滑過渡的地方,由于掃描間距的存在而由平面替代。這些問題直接導(dǎo)致三維重建模型的表面扭曲,甚至無法重構(gòu),為確保三維模型的建立,應(yīng)對(duì)得到的圖形進(jìn)行分析,按照平滑重構(gòu)的原則分塊重構(gòu),通過找出各截面的型心,用扇掃與分段對(duì)應(yīng)的方式保證重構(gòu)過程中的表面平滑,根據(jù)不同數(shù)目封閉曲線構(gòu)成情況將相鄰截面求交,得到新的截面后與相應(yīng)截面重構(gòu),而對(duì)于因平面替代造成失真的地方,可在合適之處用1個(gè)較小的圓等分為與相鄰截面相同的等份,然后用起點(diǎn)對(duì)齊的方式處理,可得到建立三維CAD模型數(shù)據(jù)點(diǎn),并以IBL格式保存該數(shù)據(jù)文件。

1.3曲線生成與三維重建

在Pro/E環(huán)境下,輸入處理后的IBL格式數(shù)據(jù)文件,即可得到若干條基準(zhǔn)曲線,為了使生成的實(shí)體表面光順,用3次有理B-樣條對(duì)曲線進(jìn)一步擬合和逼近,這樣就可獲得比較真實(shí)的用于構(gòu)造三維實(shí)體的基準(zhǔn)曲線。用Pro/E中的三維處理命令進(jìn)行三維重建,得到較真實(shí)的三維實(shí)體模型塊,通過各個(gè)實(shí)體模型塊的組合,即可得到所需要的三維實(shí)體模型,通過旋轉(zhuǎn)與縮放,詳細(xì)觀察各模型塊之間的結(jié)合情況,也可采用一些平滑的方式使結(jié)合處更加光順。

1.4由CAD模型生成STL文件

由于人體的骨骼及外形各不相同,而且由復(fù)雜曲面構(gòu)成,因此,Pro/E軟件在將其二維集合信息傳輸給快速成型系統(tǒng)制造前,必須對(duì)模型曲面進(jìn)行近似處理,用一系列的小三角形平面片逼近自由曲面,經(jīng)過近似處理的三維模型由Pro/Interface產(chǎn)生STL格式文件。之后,對(duì)三角化后的模型進(jìn)行修補(bǔ),因?yàn)樵蠵ro/E模型中可能有缺陷,或者CAD模型三角化形成STL文件過程中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)誤差,導(dǎo)致曲線不封閉,故修改后將STL文件輸人到快速成型系統(tǒng)[1]。

1.5快速原型制造

在STL文件的三維模型上沿成型的高度方向,每隔一定的間隔自動(dòng)提取截面輪廓線信息,逐層進(jìn)行平面切片處理,根據(jù)切片處理得到平面截面輪廓,快速成型系統(tǒng)中的成型頭(激光頭或噴頭)在z-y平面內(nèi),自動(dòng)按截面輪廓運(yùn)動(dòng),切割紙得到一層截面輪廓,每層截面輪廓成形之后,快速成型系統(tǒng)將下一層材料送至已成型的輪廓面上,然后進(jìn)行新一層截面輪廓材料的成型,從而將一層層截面輪廓重合在一起,最終形成三維產(chǎn)品[1]。利用Pro/E生成的三維實(shí)體模型,可對(duì)實(shí)體進(jìn)行簡單的有限元分析(Pro/FEM),還可直接進(jìn)行模具設(shè)計(jì)(Pro/Moldesign),通過模型生產(chǎn)模具[1]。

2結(jié)束語

快速成型制造技術(shù)的使用,為臨床醫(yī)學(xué)中長期困擾人們的“度身定作”問題的解決提供了較為有效的解決方法和制作手段,而以Pro/E和AutoCAD等為代表的三維造型軟件系統(tǒng),為快速原型制造技術(shù)提供了強(qiáng)有力的模型設(shè)計(jì)工具。

(1)采用DICOM文件作為三維建模的輸入文件,為遠(yuǎn)程治療提供了可能,同時(shí)在計(jì)算機(jī)上提供可視化的三維模型,為臨床診療和教學(xué)提供了可操作的工具,為不同層次的醫(yī)療人員提供了共同對(duì)話的參照物[1],有利于醫(yī)療人才的培養(yǎng)。

(2)利用醫(yī)學(xué)影像信息快速制造實(shí)物模型可作為輔助手術(shù)的一種手段,例如采用手術(shù)模擬方法使外科醫(yī)生在未進(jìn)行手術(shù)的情況下,預(yù)先模擬手術(shù)過程,對(duì)可能遇到的問題,事先考慮補(bǔ)救方法和預(yù)防措施,并通過不同手術(shù)方案的模擬比較各種方案的優(yōu)劣,找出較好方案,使手術(shù)快速準(zhǔn)確完成[6]。

(3)精確物理模型可直接用于器官移植和矯形手術(shù),一方面可以原型為模具,用傳統(tǒng)方法做替代器官或矯形器械;另一方面可采用生物活性或生物兼容性材料制成的原型直接植入人體,與合金制品相比,具有更好的生物兼容性[1]。