척추 끝판의 정밀 도정 및 파라메트릭 모델
Summary
역설계 시스템은 척추 종단의 상세하고 포괄적인 지오메트리 데이터를 기록하고 얻기 위해 사용됩니다. 그런 다음 척추 종단 판의 파라메트릭 모델이 개발되어 맞춤형 척추 임플란트 를 설계하고 임상 진단을 내리고 정확한 유한 요소 모델을 개발하는 데 도움이됩니다.
Abstract
척추 종단의 상세하고 포괄적 인 기하학적 데이터는 척추의 유한 요소 모델의 충실도를 개선하고 척추 임플란트를 설계및 개량하고 퇴행성 변화와 생체 역학을 이해하는 데 중요하고 필요합니다. 이 프로토콜에서는 엔드플레이트 표면의 형태 데이터를 디지털 포인트 클라우드로 변환하기 위해 고속 의 고정밀 스캐너가 사용됩니다. 소프트웨어 시스템에서 포인트 클라우드는 추가로 처리되고 3차원으로 재구성됩니다. 그런 다음 각 점을 3D 좌표로 만들기 위해 정의된 3D 좌표계, 엔드플레이트 표면에 대칭적으로 장착된 3개의 시상 및 3개의 정면 표면 곡선, 11개의 등거리 점을 포함하는 측정 프로토콜이 수행됩니다. 각 곡선에서 선택됩니다. 최종 측점의 기하학적 데이터를 얻기 위해 측정 및 공간 분석이 마지막으로 수행됩니다. 곡선과 곡면의 형태를 나타내는 파라메트릭 방정식은 특성 점을 기반으로 장착됩니다. 모듈식 프로토콜은 척추 종단판의 기하학적 데이터를 얻기 위한 정확하고 재현 가능한 방법을 제공하며 향후 보다 정교한 형태학적 연구를 지원할 수 있습니다. 또한 맞춤형 척추 임플란트 설계, 수술 계획, 임상 진단 및 정확한 유한 요소 모델 개발에 기여할 것입니다.
Introduction
척추 단부판은 척추체의 우수하거나 열등한 쉘이며 디스크와 척추 몸체 사이의 응력 전달을 위한 기계적 인터페이스로서 작용한다1. 그것은 척추 몸의 바깥 쪽 테두리를 둘러싼 강하고 단단한 뼈 음순인 에피 씰 림과 얇고 다공성 인 중앙 단부판으로구성됩니다.
척추는 수술 적 개입을 보증 할 수있는 퇴행성, 외상 성 및 신 생물 성 질환의 광범위한 배열의 대상이됩니다. 최근에는 인공 디스크나 케이지 와 같은 척추 장치가 널리 사용되고 있습니다. 엔드 플레이트의 정확하고 상세한 형태 매개 변수는 효과적인 보철 척추 접촉 및 뼈 내성장잠재력3척추임플란트의 설계 및 개량에 필요합니다. 또한 척추 종단의 정확한 모양과 기하학에 대한 정보는 생체 역학을 이해하는 데 중요합니다. 유한 요소 모델링은 실제 척추의 시뮬레이션을 허용하고 다양한 하중 조건에 척추의 생리적 반응을 연구하는 데 널리 사용되어 왔지만4,이기술은 환자 별이며 모든 사람에게 일반화되지 않습니다. 척추. 유한 요소 모델5를개발할 때 일반 집단 중 척추 기하학의 본질적 변동성을 고려해야 한다고 제안되었습니다. 따라서 엔드플레이트의 기하학적 파라미터는 유한 요소 모델링에서 메시 생성 및 충실도 향상에 도움이 됩니다.
종단 형상과 임플란트 표면의 일치의 중요성은 이전 연구에서 논의되었지만6,7,8,척추 종단 판의 형태에 대한 데이터는 부족하다. 대부분의 이전 연구는 엔드 플레이트9,10,11의3D 특성을 밝히지 못했습니다. 공간 분석은 엔드 플레이트 형태12,13,14를더 잘 그리고 완전히 묘사하기 위해 필요합니다. 또한, 대부분의 연구는 낮은 정밀도 측정 기술을채택했다 10,15,16. 더욱이, 기하학적 파라미터가 방사선 촬영 또는 컴퓨터 단층 촬영(CT)17,18을사용하여 측정될 때 상당한 배율이 보고되었다. 자기 공명 영상(MRI)은 비침습적이라고 여겨지지만, 오스서오스구조물(11)의정확한 마진을 정의하는 데있어 정확도가 떨어지다. 표준화된 측정 프로토콜이 없기 때문에 기존 기하학적 데이터 간에큰 차이가 있습니다.
최근에는 기존의 물리적 부품을 전산화된 고체 모델로 디지털화할 수 있는 역공학이 의학 분야에 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 이 기술은 정교한 척추 표면의 해부학 적 특성을 정확하게 표현하는 것이 가능합니다. 리버스 엔지니어링 시스템에는 계측 시스템과 소프트웨어 시스템의 두 개의 하위 시스템이 포함됩니다. 이 프로토콜에 채택된 계측 시스템에는 고속 및 매우 정확한 비접촉 광학 3D 레인지 평판 스캐너(정밀도 0.02mm, 1,628 x 1,236픽셀)가 있습니다. 스캐너는 대상 물체의 표면 형태 정보를 효율적으로 캡처하고 디지털 포인트 클라우드로 변환할 수 있습니다. 소프트웨어 시스템(즉, 리버스 엔지니어링 소프트웨어)은 포인트 클라우드 데이터 처리(재료 표참조), 3D 표면 모델 재구성, 자유 곡선 및 표면 편집 및 데이터 처리를 위한 컴퓨터 응용 프로그램입니다(의 표 참조) 재료)를참조하십시오.
본 보고서의 목적은 (1) 역공학 기술에 기초한 척추 종단판의 정량적 파라미터를 얻기 위한 측정 프로토콜 및 알고리즘을 고안하고, (2) 현실적인 수학적 모델을 개발하는 것이다. 너무 많은 랜드 마크를 디지털화하지 않고 척추 끝의 표현. 이러한 방법은 외과 행위 계획 및 유한 요소 모델링에 도움이 될 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
역공학은 두개골 성형술20,구강21,악안면 임플란트21과 같은 의학 분야에 점점 더 성공적으로 적용되고 있다. 리버스 엔지니어링 측정, 즉 제품 표면 디지털화는 특정 측정 장비 및 방법을 사용하는 점 구름 데이터로 표면 정보를 변환하는 것을 말합니다. 이러한 데이터를 기반으로 복잡한 표면 모델링, 평가, 개선 및 제조를 수행할 수 있습니다…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 상하이 푸동 보건국 (PWZxk2017-08)과 중국 국립 자연 과학 재단 (81672199)의 주요 분야 건설 프로젝트에 의해 지원되었습니다. 저자는 파라메트릭 모델을 개발하는 데 도움을 준 이전 버전과 리 자오양을 교정하는 데 도움을 준 왕 레이에게 감사를 표하고 싶습니다.
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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