परिशुद्धता माप और Vertebral Endplates के पैरामीट्रिक मॉडल
Summary
एक रिवर्स इंजीनियरिंग प्रणाली को रिकॉर्ड और कशेरुक endplates के विस्तृत और व्यापक ज्यामिति डेटा प्राप्त करने के लिए कार्यरत है. कशेरुक endplate के पैरामीट्रिक मॉडल तो विकसित कर रहे हैं, जो व्यक्तिगत रीढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण डिजाइन करने के लिए फायदेमंद होते हैं, नैदानिक निदान बनाने, और सटीक परिमित तत्व मॉडल विकसित.
Abstract
कशेरुकी एंडप्लेट्स का विस्तृत और व्यापक ज्यामितीय डेटा रीढ़ की हड्डी, डिजाइन और रीढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण में सुधार के परिमित तत्व मॉडल की निष्ठा में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण और आवश्यक है, और अपक्षयी परिवर्तन और जैव-यांत्रिकी को समझते हैं। इस प्रोटोकॉल में, एक उच्च गति और अत्यधिक सटीक स्कैनर एक डिजिटल बिंदु बादल में एंडप्लेट सतहों के आकारिकी डेटा परिवर्तित करने के लिए कार्यरत है। सॉफ्टवेयर प्रणाली में, बिंदु बादल आगे संसाधित और तीन आयामों में पुनर्निर्माण किया है. फिर, एक माप प्रोटोकॉल किया जाता है, जिसमें प्रत्येक बिंदु को 3 डी निर्देशांक, तीन सैगिटल और तीन ललाट सतह वक्र बनाने के लिए परिभाषित 3 डी निर्देशांक प्रणाली शामिल होती है जो एंडप्लेट सतह पर सममित रूप से फिट होते हैं, और 11 समदूरीक बिंदु जो हैं प्रत्येक वक्र में चयनित. मापन और स्थानिक विश्लेषण अंत में एंडप्लेट के ज्यामितीय डेटा प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वक्रों तथा पृष्ठों की आकृतिविज्ञान का प्रतिनिधित्व करने वाले परामितीय समीकरण अभिलक्षणों के आधार पर लगाए जाते हैं। सुझाव दिया प्रोटोकॉल, जो मॉड्यूलर है, कशेरुक endplates के ज्यामितीय डेटा प्राप्त करने के लिए एक सटीक और reproducible विधि प्रदान करता है और भविष्य में और अधिक परिष्कृत रूपात्मक अध्ययन में सहायता कर सकते हैं. यह भी व्यक्तिगत रीढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण डिजाइन करने के लिए योगदान देगा, शल्य चिकित्सा कृत्यों की योजना बना, नैदानिक निदान बनाने, और सटीक परिमित तत्व मॉडल के विकास.
Introduction
कशेरुकी एंडप्लेट कशेरुकी शरीर का सबसे बेहतर या निम्न खोल होता है और यह डिस्क और कशेरुकी शरीर1के बीच तनाव को स्थानांतरित करने के लिए यांत्रिक अंतराफलक के रूप में कार्य करता है . इसमें एपिफिसील रिम होता है, जो कशेरुकी शरीर के बाहरी रिम के चारों ओर एक मजबूत और ठोस बोनी लेब्रम होता है, और केंद्रीय एंडप्लेट, जो पतली और छिद्रयुक्त2होता है।
रीढ़ अपक्षयी, दर्दनाक, और neoplastic विकारों की एक विस्तृत सरणी के अधीन है, जो शल्य चिकित्सा हस्तक्षेप वारंट कर सकते हैं. हाल ही में, इस तरह के कृत्रिम डिस्क और पिंजरों के रूप में रीढ़ की हड्डी उपकरणों व्यापक रूप से इस्तेमाल किया गया है। एंडप्लेट्स के सटीक और विस्तृत रूपमितीय पैरामीटर प्रभावी कृत्रिम अंग-कशेरुक संपर्क और हड्डी वृद्धि क्षमता3के साथ रीढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण के डिजाइन और सुधार के लिए आवश्यक हैं। इसके अलावा, सही आकार और कशेरुक endplates की ज्यामिति के बारे में जानकारी biomechanics को समझने के लिए महत्वपूर्ण है. हालांकि परिमित तत्व मॉडलिंग असली कशेरुकी के अनुकरण के लिए अनुमति देता है और व्यापक रूप से विभिन्न लोड हो रहा है शर्तों के लिए रीढ़ की हड्डी की प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है4,इस तकनीक रोगी विशिष्ट और सभी के लिए सामान्य नहीं है कशेरुक. यह सुझाव दिया गया है कि परिमित तत्व मॉडल5का विकास करते समय सामान्य जनसंख्या में कशेरुकी ज्यामिति की आंतरिक परिवर्तनशीलता पर विचार किया जाना चाहिए . इसलिए, endplates के ज्यामितीय मानकों सीमित तत्व मॉडलिंग में जाल पीढ़ी और निष्ठा वृद्धि के लिए अनुकूल हैं.
यद्यपि एंडप्लेट ज्यामिति और प्रत्यारोपण सतह के मिलान के महत्व पर पिछलेअध्ययनोंमें चर्चा की गई है 6,7,8, कशेरुक अंत प्लेट्स की आकृति विज्ञान पर डेटा दुर्लभ है। अधिकांश पिछले अध्ययन एंडप्लेट9,10,11के 3 डी प्रकृति को प्रकट करने में असफल रहे हैं . एंडप्लेट आकृति विज्ञान12,13,14को बेहतर और पूरी तरह से चित्रित करने के लिए स्थानिक विश्लेषण की आवश्यकता होती है . इसके अलावा , अधिकांश अध्ययनों में कम परिशुद्धता मापन तकनीक10,15,16का र्यरत है . इसके अलावा, महत्वपूर्ण आवर्धन की सूचना मिली है जब ज्यामिति पैरामीटर रेडियोग्राफी या गणना टोमोग्राफी (सीटी)17,18को रोजगार से मापा जाता है। हालांकि चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) गैर इनवेसिव माना जाता है, यह11अस्थि संरचनाओं के सटीक मार्जिन को परिभाषित करने में कम सटीक है। एक मानकीकृत माप प्रोटोकॉल की कमी के कारण, मौजूदा ज्यामितीय डेटा के बीच बड़े अंतर हैं.
हाल के वर्षों में, रिवर्स इंजीनियरिंग, जो कम्प्यूटरीकृत ठोस मॉडल में मौजूदा भौतिक भागों digitize कर सकते हैं, तेजी से चिकित्सा के क्षेत्र में लागू किया गया है. इस तकनीक से परिष्कृत कशेरुकी सतहों के शारीरिक चरित्र का सही प्रतिनिधित्व विकसित करना संभव हो जाता है। इंस्ट्रूमेंटेशन सिस्टम और सॉफ्टवेयर सिस्टम: रिवर्स इंजीनियरिंग प्रणाली दो उपतंत्र शामिल हैं। इंस्ट्रूमेंटेशन प्रणाली इस प्रोटोकॉल में अपनाया एक गैर संपर्क ऑप्टिकल 3 डी रेंज flatbed स्कैनर है, जो उच्च गति और अत्यधिक सटीक है (शुद्धि 0.02 मिमी, 1,628 x 1,236 पिक्सल). स्कैनर कुशलतापूर्वक (इनपुट समय 3 s) लक्ष्य वस्तु की सतह आकृति विज्ञान जानकारी पर कब्जा कर सकते हैं और यह डिजिटल बिंदु बादल में परिवर्तित. सॉफ्टवेयर प्रणाली (यानी, रिवर्स इंजीनियरिंग सॉफ्टवेयर) बिंदु बादल डेटा प्रसंस्करण के लिए एक कंप्यूटर अनुप्रयोग है (सामग्री की तालिकादेखें), 3 डी सतह मॉडल पुनर्निर्माण, मुक्त वक्र और सतह संपादन, और डेटा प्रसंस्करण (तालिका देखें सामग्री)।
वर्तमान रिपोर्ट के प्रयोजनों के लिए कर रहे हैं (1) एक माप प्रोटोकॉल और एल्गोरिथ्म तैयार करने के लिए एक रिवर्स इंजीनियरिंग तकनीक के आधार पर कशेरुक endplates के मात्रात्मक मानकों को प्राप्त करने के लिए, (2) एक गणितीय मॉडल है कि एक यथार्थवादी के लिए अनुमति देता है विकसित बहुत सारे स्थलों के डिजिटाइज़ किए बिना कशेरुक एंडप्लेट का प्रतिनिधित्व। इन तरीकों शल्य कार्य योजना और परिमित तत्व मॉडलिंग के लिए फायदेमंद होगा.
Protocol
Representative Results
Discussion
रिवर्स इंजीनियरिंग तेजी से और सफलतापूर्वक इस तरह के cranioplasty20, मौखिक21, और maxillofacial प्रत्यारोपण21के रूप में चिकित्सा के क्षेत्र में लागू किया गया है. रिवर्स इंजीनियरिंग माप, अर्थात् उ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को शंघाई के पुडोंग स्वास्थ्य ब्यूरो (पीडब्ल्यूजेडएक्सके2017-08) और चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (81672199) के प्रमुख अनुशासन निर्माण परियोजना द्वारा वित्त पोषित किया गया था। लेखक पैरामीट्रिक मॉडल के विकास में उनकी मदद के लिए एक पूर्व संस्करण और ली झाओयांग में उनकी मदद के लिए वांग लेई को धन्यवाद देना चाहूंगा।
Materials
| Catia | Dassault Systemes, Paris, France | https://www.3ds.com/products-services/catia/ | 3D surface model reconstruction, free curve and surface editing and data processing |
| Geomagic Studio | Geomagic Inc., Morrisville, NC | https://cn.3dsystems.com/software?utm_source=geomagic.com&utm_medium=301 | point cloud data processing |
| MATLAB | The MathWorks Inc., Natick,USA | https://www.mathworks.com/ | analyze data, develop algorithms, and create models |
| Optical 3D range flatbed scanner | Xi’an XinTuo 3D Optical Measurement Technology Co.Ltd., Xi’an, Shaanxi, China | http://www.xtop3d.com/ | acquire surface geometric parameters and convert into digital points |
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