前臂3D打印外固定支具的数据建模及应用研究
发布时间：2021-01-25 18:35
背景3D打印个性化外固定支具是医学3D打印临床应用的一个重要领域,但目前其真正临床推广应用仍然受到诸多限制。为了突破其临床推广应用的瓶颈,需要在数据采集、设计建模方面进行优化,并且进行力学分析、临床应用等方面进行研究,以获取更多的理论及实验数据的支持。目的探讨3D打印外固定支具实际应用的有关问题,为肢体三维数据获取寻求更加快速安全的方法,通过开发快速建模系统,并进行有限元分析和临床应用研究,为骨科外固定支具治疗提供新的思路和解决方案。方法1.采用GE 3.0T磁共振机对扰相梯度回波与并行采集技术在前臂三维数据采集中进行序列优化及测试,对图像分辨率、扫描时间、信噪比之间的关系进行对比分析。采用Philips 3.0T磁共振机,对优化序列进行实际志愿者四肢3D数据采集。2.结合临床需求,开发3D打印外固定支具的快速建模系统,利用不同算法将前臂外固定支具数字化建模过程实现模块化、标准化。选取一名志愿者右前臂的CT三维容积数据,建立桡尺骨远端骨折及外固定支具的三维实体模型进行有限元分析,观察不同工况下3D打印外固定支具的骨折固定效果。3.选取临床前臂骨折手法复位外固定治疗病人60例,分成3D打...
【文章来源】：南方医科大学广东省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．快速场成像信号产生原理示意图
ＳＩ?Ｓ２??图１－１．快速场成像信号产生原理示意图。ａ为射频脉冲角度，ＳＩ和Ｓ２为达到稳态后产生??的两个回波信号。??Ｆｉｇｕｒｅ?１?－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆａｓｔ?ｆｉｅｌｄ?ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｉｇｎａｌ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，?ａ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ?ｔｈｅ?ｆｌｉｐ?ａｎｇｌｅ??ｏｆ?ｔｈｅ?ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｐｕｌｓｅ，?Ｓ１?ａｎｄ?Ｓ２?ａｒｅ?ｔｈｅ?ｔｗｏ?ｅｃｈｏｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｇｅ．??根据磁共振成像原理，我们知道不同组织或物质在磁场中的震动频率和激??发后的相位变化有所不同。水和脂肪由于化学位移的频率不同，可以利用两者??产生的相位差实现磁共振成像一次双回波采样的而达到水脂分离的目的，一次??扫描即可获取同相位、反相位、水相和脂肪相图像，在水相图像上可以实现精??确的脂肪抑制，并可用于大ＦＯＶ进行脂肪抑制成像，这个理论由Ｗ．?Ｔｈｏｍａｓ??Ｄｉｘｏｎ在１９８４年提出
在每个ＴＲ末尾，受激发组织的剰余同相位并未完全消除，此时通过施加??与原梯度相位编码面积相同而方向相反的梯度场，对残余相位进行扰相和回聚，??增加后面ＴＲ中的磁敏感权重。ＦＦＥ序列时序图如图１－３所示，由上至下排列第??一行到第五行依次为激发射频脉冲（角度为ａ?）、选层梯度、相位编码梯度、频??率编码、回波信号，从图中的序列设置可以看出，在射频脉冲激发后，由频率??编码梯度的切换产生回波信号，在采集回波信号之后紧接着施加一个反方向梯??度使相位重聚。虽然该序列目前主要用于颅脑和躯干部的扫描，但是四肢的三??维信息采集仍然具有可行性。??ａ?ａ??ＲＦ?－４???Ｓｌｉｃｅ?＾??Ｐｈａｓｅ?＾?Ｍ??ｅｎｃｏｄｉｎｇ?＾??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ???／?＼??ｅｎｃｏｄｉｎｇ?＼／??Ｌ??Ｓｉｇｎａｌ??｜丨丨丨丨丨”妒??Ｖ??图１－３．扰相梯度回波的序列流程图。第一行到第五行依次为激发射频脉冲、选层梯度、??相位编码梯度、频率编码、回波信号。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?Ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｓｐｏｉｌｅｒ?ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｅｃｈｏ．?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｒｏｗ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｆｉｆｔｈ?ｒｏｗ?ａｒｅ??ｔｈｅ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｒａｄｉｏ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｐｕｌｓｅ，?ｌａｙｅｒ?ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ?ｇｒａｄｉｅｎｔ，?ｐｈａｓｅ?ｅｎｃｏｄｉｎｇ?ｇｒａｄｉｅｎｔ，?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??ｅｎｃｏｄｉｎｇ，?ａｎｄ?ｅｃｈｏ?ｓｉｇｎａｌ．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术在骨科外固定支具中的应用[J]. 曾辉,徐亚非,刘永明,张德军,李冠军,周政. 哈尔滨医药. 2018(04)
[2]手法复位夹板外固定治疗儿童前臂骨折[J]. 王广伟,霍力为,庾伟中,叶永亮. 中医正骨. 2016(12)
[3]推压手法复位纸夹板外固定治疗Smith骨折[J]. 郑移兵,鲍树仁,齐越峰,张君松,张立强,郝博川. 中医正骨. 2016(03)
[4]桡骨远端骨折的分型及治疗进展[J]. 张磊,王宸,常青,张学军,施璟,薛海燕. 东南大学学报(医学版). 2015(03)
[5]腕保护器预防桡骨远端骨折的有限元分析[J]. 何剑颖,吴小辉,邓亮,李晨,舒勇,董谢平. 中华手外科杂志. 2015 (02)
[6]桡骨远端骨折治疗进展[J]. 张林林,胡孔足,卜海富. 临床骨科杂志. 2012(02)
[7]韧带和跖腱膜在足部有限元分析中的力学作用[J]. 陶凯,王冬梅,王成焘,王旭. 生物医学工程学杂志. 2008(02)
[8]MR并行采集技术的优势[J]. 夏爽,祁吉. 国外医学(临床放射学分册). 2006(05)
[9]外固定架在桡骨远端不稳定骨折治疗中的应用[J]. 安贵生,荣国威,贡小英. 中华创伤骨科杂志. 2003(03)
[10]套式支架与小夹板治疗前臂骨折及生物力学实验研究[J]. 潘月勤,王惠永,王顺华,王文伯,王以进,李永丰. 中国中医骨伤科. 1996(04)
博士论文
[1]3D打印计算机辅助设计小夹板外骨骼系统的研究[D]. 黄若景.广州中医药大学 2015
本文编号：2999690
【文章来源】：南方医科大学广东省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．快速场成像信号产生原理示意图
ＳＩ?Ｓ２??图１－１．快速场成像信号产生原理示意图。ａ为射频脉冲角度，ＳＩ和Ｓ２为达到稳态后产生??的两个回波信号。??Ｆｉｇｕｒｅ?１?－１．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆａｓｔ?ｆｉｅｌｄ?ｉｍａｇｉｎｇ?ｓｉｇｎａｌ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，?ａ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ?ｔｈｅ?ｆｌｉｐ?ａｎｇｌｅ??ｏｆ?ｔｈｅ?ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｐｕｌｓｅ，?Ｓ１?ａｎｄ?Ｓ２?ａｒｅ?ｔｈｅ?ｔｗｏ?ｅｃｈｏｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｇｅ．??根据磁共振成像原理，我们知道不同组织或物质在磁场中的震动频率和激??发后的相位变化有所不同。水和脂肪由于化学位移的频率不同，可以利用两者??产生的相位差实现磁共振成像一次双回波采样的而达到水脂分离的目的，一次??扫描即可获取同相位、反相位、水相和脂肪相图像，在水相图像上可以实现精??确的脂肪抑制，并可用于大ＦＯＶ进行脂肪抑制成像，这个理论由Ｗ．?Ｔｈｏｍａｓ??Ｄｉｘｏｎ在１９８４年提出
在每个ＴＲ末尾，受激发组织的剰余同相位并未完全消除，此时通过施加??与原梯度相位编码面积相同而方向相反的梯度场，对残余相位进行扰相和回聚，??增加后面ＴＲ中的磁敏感权重。ＦＦＥ序列时序图如图１－３所示，由上至下排列第??一行到第五行依次为激发射频脉冲（角度为ａ?）、选层梯度、相位编码梯度、频??率编码、回波信号，从图中的序列设置可以看出，在射频脉冲激发后，由频率??编码梯度的切换产生回波信号，在采集回波信号之后紧接着施加一个反方向梯??度使相位重聚。虽然该序列目前主要用于颅脑和躯干部的扫描，但是四肢的三??维信息采集仍然具有可行性。??ａ?ａ??ＲＦ?－４???Ｓｌｉｃｅ?＾??Ｐｈａｓｅ?＾?Ｍ??ｅｎｃｏｄｉｎｇ?＾??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ???／?＼??ｅｎｃｏｄｉｎｇ?＼／??Ｌ??Ｓｉｇｎａｌ??｜丨丨丨丨丨”妒??Ｖ??图１－３．扰相梯度回波的序列流程图。第一行到第五行依次为激发射频脉冲、选层梯度、??相位编码梯度、频率编码、回波信号。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?Ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｓｐｏｉｌｅｒ?ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｅｃｈｏ．?Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｒｏｗ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｆｉｆｔｈ?ｒｏｗ?ａｒｅ??ｔｈｅ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｒａｄｉｏ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｐｕｌｓｅ，?ｌａｙｅｒ?ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ?ｇｒａｄｉｅｎｔ，?ｐｈａｓｅ?ｅｎｃｏｄｉｎｇ?ｇｒａｄｉｅｎｔ，?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??ｅｎｃｏｄｉｎｇ，?ａｎｄ?ｅｃｈｏ?ｓｉｇｎａｌ．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术在骨科外固定支具中的应用[J]. 曾辉,徐亚非,刘永明,张德军,李冠军,周政. 哈尔滨医药. 2018(04)
[2]手法复位夹板外固定治疗儿童前臂骨折[J]. 王广伟,霍力为,庾伟中,叶永亮. 中医正骨. 2016(12)
[3]推压手法复位纸夹板外固定治疗Smith骨折[J]. 郑移兵,鲍树仁,齐越峰,张君松,张立强,郝博川. 中医正骨. 2016(03)
[4]桡骨远端骨折的分型及治疗进展[J]. 张磊,王宸,常青,张学军,施璟,薛海燕. 东南大学学报(医学版). 2015(03)
[5]腕保护器预防桡骨远端骨折的有限元分析[J]. 何剑颖,吴小辉,邓亮,李晨,舒勇,董谢平. 中华手外科杂志. 2015 (02)
[6]桡骨远端骨折治疗进展[J]. 张林林,胡孔足,卜海富. 临床骨科杂志. 2012(02)
[7]韧带和跖腱膜在足部有限元分析中的力学作用[J]. 陶凯,王冬梅,王成焘,王旭. 生物医学工程学杂志. 2008(02)
[8]MR并行采集技术的优势[J]. 夏爽,祁吉. 国外医学(临床放射学分册). 2006(05)
[9]外固定架在桡骨远端不稳定骨折治疗中的应用[J]. 安贵生,荣国威,贡小英. 中华创伤骨科杂志. 2003(03)
[10]套式支架与小夹板治疗前臂骨折及生物力学实验研究[J]. 潘月勤,王惠永,王顺华,王文伯,王以进,李永丰. 中国中医骨伤科. 1996(04)
博士论文
[1]3D打印计算机辅助设计小夹板外骨骼系统的研究[D]. 黄若景.广州中医药大学 2015
本文编号：2999690
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