發(fā)布時間：2017-03-30 07:14

  本文關(guān)鍵詞：新型人體肝臟鑄型標本的數(shù)字化制造研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景 肝臟是一個結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的活體器官,內(nèi)部四種不同功能的管道分布錯綜復(fù)雜。肝臟內(nèi)部管道的解剖結(jié)構(gòu)以及各管道結(jié)構(gòu)之間的毗鄰關(guān)系,不僅是人體解剖學教學的重點,也是肝膽外科醫(yī)生在手術(shù)中關(guān)注的內(nèi)容。通常我們了解肝臟內(nèi)部管道錯綜復(fù)雜的解剖關(guān)系的途徑主要是通過查閱教科書資料,查看解剖圖譜,辨認大體標本等等。教科書通常是文字性描述較多,圖片較少,不能很好展示管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)部細節(jié)信息。而解剖圖譜僅僅只有二維圖片信息,不能清晰的顯示肝臟內(nèi)部管道的三維空間位置關(guān)系。近年來,隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,肝臟管道結(jié)構(gòu)的三維可視化研究也越來越多。雖然這些模型可以通過進行數(shù)字化顯示,它們?nèi)匀鄙賹嶓w標本的質(zhì)感。 肝臟解剖鑄型標本可以用不同的顏色清晰直觀的顯示不同的管道結(jié)構(gòu),展示管道結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系,管道分枝類型,不同肝臟管道的最大、最小直徑等等信息,目前已成為研究肝臟內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)的一個比較普遍方法。盡管如此,兩個主要的因素限制了肝臟腐蝕鑄型標本的擴展應(yīng)用。首先,肝臟腐蝕鑄型的制作需要消耗大量的新鮮人體肝臟標本。新鮮人體肝臟標本的來源有限,決定了無法大量的制作此類鑄型標本。與此同時,由于醫(yī)學倫理學的限制,此類標本禁止像其他商品一樣自由交易。不同醫(yī)學教育機構(gòu)之間的鑄型標本無法很好的交流。此外,肝臟解剖鑄型標本的結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜,使其無法通過如機械加工或模具加工方法諸如此類的傳統(tǒng)的工業(yè)制造方法加工復(fù)制出來。而且,傳統(tǒng)肝臟腐蝕鑄型標本都是沒有肝實質(zhì)的,不能夠清晰直觀的顯示復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)與周圍肝實質(zhì)的空間毗鄰位置關(guān)系。所有這些不足,極大的限制了肝臟腐蝕鑄型標本的應(yīng)用。 由于空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,肝臟管道結(jié)構(gòu)無法使用傳統(tǒng)方法大量制作,快速成型技術(shù)可以克服這一限制,它能夠在短時間內(nèi)精確地把復(fù)雜的計算機虛擬模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶓w部件,經(jīng)過了幾十年的不斷發(fā)展,近年來快速成型技術(shù)廣泛的應(yīng)用在醫(yī)學各相關(guān)領(lǐng)域,并獲得滿意的成果�？焖俪尚图夹g(shù)分層自由曲面制造的特點使其能夠精確復(fù)制復(fù)雜的實體結(jié)構(gòu)。已有文獻報道利用快速成型技術(shù)制造出相關(guān)解剖模型。然而,這篇文獻僅提及一個相對簡單的解剖結(jié)構(gòu),不能顯示錯綜復(fù)雜的管道分支結(jié)構(gòu)。另有文獻報導利用快速成型三維打印技術(shù)復(fù)制出肺管道鑄型標本。然而,復(fù)制出的肺鑄型標本有易褪色,細小管道分支結(jié)構(gòu)易斷裂的明顯缺點。另外,復(fù)制出的肺鑄型標本沒有周圍的肺實質(zhì),因而不能清晰直觀的展示肺管道結(jié)構(gòu)與肺實質(zhì)的解剖位置關(guān)系。目前,沒有相關(guān)利用快速成型技術(shù)進行肝臟管道鑄型復(fù)制的研究。 因此,為了解決這些問題,在本實驗中,我們將利用三維計算機重建技術(shù),快速成型技術(shù),模具制造技術(shù)開發(fā)一種新型的肝臟管道鑄型標本并對其制造精確度進行評估。這種新型的肝臟管道鑄型標本不僅包含錯綜復(fù)雜的肝臟內(nèi)部管道結(jié)構(gòu),還含有管道周圍的肝實質(zhì),使得該新型鑄型標本既有良好的形態(tài)又有肝實質(zhì)的手感。 目的 鑒于倫理學原因及肝臟管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜無法通過傳統(tǒng)工業(yè)方法大量制作,傳統(tǒng)肝臟鑄型標本缺少外在實質(zhì)解剖信息等問題,我們將探索一種新型的肝臟鑄型標本的制作方法并進行精確性分析。 方法 1標本制備 取新鮮的人體肝臟標本一具(男性,58歲),利用聚甲基丙烯酸甲酯(牙托粉)混合5%的氧化鉛灌注肝靜脈及門靜脈。灌注完成后,使用福爾馬林溶液固定標本。標本制作完成后,利用飛利浦64排螺旋CT進行斷層掃描,獲得的斷層圖像數(shù)據(jù)以標準DCIOM數(shù)據(jù)格式保存。數(shù)據(jù)經(jīng)兩位經(jīng)驗豐富的影像醫(yī)生檢查排除生前相關(guān)肝病史。肝臟鑄型標本數(shù)據(jù)集共有178張斷層圖片,層厚為0.705mm,每一像素點為0.55mm。以下內(nèi)容將分為兩個部分闡述：1.新型肝臟鑄型標本的設(shè)計及其制造；2.新型肝臟鑄型標本的制造精確性分析 1.新型肝臟鑄型標本的設(shè)計及其制造 1.1肝臟管道鑄型的三維重建 將肝臟鑄型的掃描數(shù)據(jù)導入三維重建軟件Mimics14.11中,利用軟件中的“選定閾值”,“區(qū)域增長”,“編輯”等功能分割提取出肝靜脈、門靜脈、肝實質(zhì)的輪廓信息,即生成對應(yīng)的“蒙板”,通過計算“蒙板”信息,生成對應(yīng)的三維模型,模型以不同的顏色顯示各自的生理功能,重建的三維模型以Virtual Reality Markup Language(. WRL)格式進行保存。模型導入逆向工程軟件Geomagic studio2013中進行后處理,以優(yōu)化模型。同時,為了保證肝內(nèi)管道與肝實質(zhì)的精確的空間解剖關(guān)系,在Geomagic studio2013中設(shè)計了固定在門靜脈和肝靜脈管道末端的定位桿,獲得的帶有定位桿的肝管道模型以.WRL格式進行保存。另外,由于肝段信息對于解剖教學及臨床應(yīng)用非常重要,我們在Geomagic studio2013中將帶有定位桿的肝管道模型分割為獨立的8個肝段模型,以.WRL格式進行保存。 1.2肝實質(zhì)外殼模具設(shè)計 肝實質(zhì)三維模型導入快速成型軟件Magic4.0中,利用軟件中的“剖空部件”功能,將模型做成一個壁厚5mm的中空殼。為了保持肝實質(zhì)與肝管道的精確解剖關(guān)系,通過軟件”布爾操作“下的減法運算,在中空殼上設(shè)計出與定位桿相對應(yīng)的定位孔。同時,在中空殼上設(shè)計出透明材料的流入流出道。最后,將中空模型分割為可以開合的四個小模型,以STL格式進行保存。 1.3肝臟管道鑄型模型及肝實質(zhì)外殼模型的快速成型制造 設(shè)計好的肝臟管道鑄型模型及肝實質(zhì)外殼模型導入到快速成型軟件ZPrinter7.10(3D systems, Rock Hill, SC)中,軟件自動將模型拆分為層厚為0.0875mm的薄層數(shù)據(jù),薄層數(shù)據(jù)傳入Spectrum ZTM510(3D systems, RockHill, SC)24位彩色高分辨率三維打印機。三維打印機使用高性能復(fù)合材料ZP150通過逐層打印,制造實體模型。實體模型制造完成后,小心的將模型從成型機內(nèi)取出。取出的模型經(jīng)過后處理后就可以得到我們所需要的實體模型。后處理是模型處理的一個關(guān)鍵步驟,主要操作為一點點除去模型表面的粉末及利用固化膠水將模型滲透以加強實體模型的強度。然后采用進口固化膠水Z-bond90(3D systems, Rock Hill, SC)對模型表面進行滲透固化,待模型表面膠水完全干透后,模型制備完成。 I.4采用模具技術(shù)的新型肝臟鑄型標本的制備 制造完備的肝管道實體模型與肝實質(zhì)外殼模具實體模型通過設(shè)計好的固定桿和相應(yīng)的固定孔進行裝配。透明蠟,由一定比例的固體石蠟混合熱塑性丁苯橡膠而成,一般多用來制作工藝蠟燭,刷選出作為鑄模材料來生產(chǎn)新型肝臟鑄型模型。透明蠟加熱后,注入模具內(nèi),放置陰涼干燥處冷卻,待融化的透明蠟完全冷卻固化后,小心的分開模具,新型的肝臟管道鑄型標本制作完成。 2.新型肝臟鑄型標本的精確性分析 2.1新型肝臟管道鑄型的三維重建 新型肝臟管道鑄型完成后,使用同一臺CT機設(shè)置同樣的掃描參數(shù)對模型進行掃描。獲得數(shù)據(jù)后,使用相同的方法,重建出新型肝臟管道鑄型的三維模型,輸出STL格式備用。2.2制造精度的分析 新型肝臟管道鑄型的制造精確性利用逆向工程分析軟件Geomagic Qualify2013(Geomagic, Inc.Morrisville,NC)來進行分析。將新型肝臟管道鑄型和初始肝臟管道鑄型三維數(shù)據(jù)導入Geomagic軟件,初始肝臟管道鑄型模型設(shè)置為對照,新型肝臟管道鑄型模型設(shè)置為測試,計算出新型肝臟管道鑄型的偏差及偏差分布情況。通過偏差分布熱力云圖、偏差分布直方圖來評估制造精度。 結(jié)果 1.將灌注好的肝臟管道鑄型標本進行CT掃描,成功獲取高質(zhì)量的掃描圖像,通過Mimics v14.11軟件重建出精確地三維模型； 2.利用Geomagic studio2013及Magic4.0軟件設(shè)計帶有定位桿的肝臟管道模型以及帶有匹配定位孔的中空肝實質(zhì)殼模具模型； 3.利用快速成型技術(shù)及模具技術(shù)制造出帶有透明模擬肝實質(zhì)外形的實體肝臟管道模型； 4.將新型肝臟管道鑄型再次進行CT掃描,三維重建后,與初始肝臟管道鑄型模型一起導入Geomagic Qualify2013軟件中,分析制造誤差。快速成型肝臟管道鑄型模型的平均偏差值：0.60±0.50mm,透明果凍蠟肝實質(zhì)外形的平均偏差值：2.54±2.25mm。 結(jié)論： 5.新型的肝臟管道鑄型細節(jié)豐富,易于保存并且精度高。可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學教育,科學研究及其臨床等領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：鑄型標本 三維重建 快速成型制造 模具制造
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R322
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-16
• 前言16-19
• 參考文獻17-19
• 第一章 新型肝臟管道鑄型標本的設(shè)計和制造19-41
• 1 引言19-20
• 2 材料與方法20-25
• 2.1 材料20
• 2.2 方法20-25
• 3 結(jié)果25-28
• 4 討論28-36
• 4.1 新型肝臟管道鑄型標本的應(yīng)用意義28-30
• 4.2 新型肝臟管道鑄型模型的設(shè)計與制造原理30-33
• 4.3 新型肝臟管道鑄型模型設(shè)計制造中的注意事項33-36
• 5 結(jié)論36
• 參考文獻36-41
• 第二章 新型肝臟管道鑄型標本的制造精確性分析41-51
• 1 引言41-42
• 2 材料與方法42-44
• 2.1 材料42
• 2.2 方法42-44
• 3 結(jié)果44-45
• 4 討論45-47
• 5 結(jié)論47-48
• 參考文獻48-51
• 全文小結(jié)51-52
• 中英文對照縮略詞表52-53
• 攻讀碩士學位期間成果53-54
• 致謝54-56

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：新型人體肝臟鑄型標本的數(shù)字化制造研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：276522