基于反求及快速成型技术的上下牙列及颌骨的三维重建

论文摘要

快速成型技术和三维重建技术逐步应用于口腔修复领域,为实现个体化诊断、治疗疾病带来了革命性的变化。在国内外口腔修复学的理论和临床研究中,研究模型的建立是基础性问题。目前,用于口腔可视化教学的牙齿模型注重三维真实感显示,模型由于不能编辑,因而不能进行定性和定量研究;一些已有专家系统的有限元计算模型多停留在二维或局部三维基牙水平,三维模型过于简化,并且未能进行修复过程的实体造型和定量分析;传统的修复体模型在工艺、材料、美观和价格等方面都不能满足人们日益增长的需求,并且设计周期的冗长、试戴效果评价模糊。利用快速成型及反求工程,现代医学通过螺旋CT及激光扫描技术能快速准确地获得、重建口颌面硬组织的三维形态结构,并可迅速转化为可加工文件STL (sterolithography)格式,很好解决修复体设计及制作的问题。首次建立了系统的口颌系统硬组织三维几何模型(包括下颌骨、部分上颌以及上下牙列),尤其是全牙列咬合状态下的三维实体模型。模型具有层次化、模块化的特点,为牙列缺损修复设计和有限元分析奠定了基础。全面建立了支持口颌系统硬组织三维几何模型重构的技术方法体系,采用CT重构和光学扫描反求相结合的技术路线,改变以往单纯采用反求或CT与层切法相结合的方法。应用有限元分析软件Ansys,分析不同加载状态下,正常人牙体应力分布的情况和特点,可在此基础上选择几种修复方案。将快速成形技术应用到口腔修复领域,并讨论制作上下颌骨及牙列的快速原型工艺。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 RE/RP 技术在口腔修复中的应用

1.1.1 设计与制造个性化义齿

1.1.2 颌骨缺损修复体的设计制作及手术规划

1.1.3 计算机辅助设计与辅助制作的远程合作

1.2 国内外研究现状及课题来源

1.3 口腔修复学简介和研究意义

1.3.1 口腔修复学简介

1.3.2 研究意义

1.4 本论文所做的研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.5 小结

第二章口颌系统硬组织解剖学特征分析

2.1 部分上颌骨与腭骨解剖学特征

2.2 下颌骨解剖学特征

2.2.1 下颌体

2.2.2 下颌支

2.2.3 下颌骨结构特点及骨性分析

2.3 上下牙列的解剖学特征

2.4 建模简化原则和建模思路

2.5 小结

第三章基于CT 的口颌系统硬组织三维几何造型

3.1 概述

3.2 CT 断层图像和MIMICS 软件介绍

3.2.1 CT 断层图像介绍

3.2.2 Mimics 软件介绍

3.3 口颌系统硬组织的三维重构

3.3.1 三维重构的整体思路和工作流程

3.3.2 上下颌骨及牙列的三维重建

3.3.3 义齿及下牙列的三维重建

3.3.4 颅骨的三维重建

3.4 快速成型及有限元数据格式的输出

3.4.1 快速成型数据准备

3.4.2 有限元数据格式的输出

3.5 小结

第四章基于光学扫描反求上下牙列三维几何造型

4.1 概述

4.1.1 基于反求工程的口腔修复CAD／CAM

4.1.2 CAD／CAM 口腔修复的建模方案

4.1.3 软、硬件系统配置

4.2 上下牙列数据的获取

4.2.1 测前准备

4.2.2 数字化扫描

4.2.3 ATOS 数据预处理

4.3 Geomagic 对上下牙列测量点云数据处理

4.3.1 上下牙列测量点云数据处理

4.3.2 将点云转为面域修整处理

4.3.3 面域转化曲面

4.3.4 曲面的光顺检查与误差分析

4.4 用UG NX 构建上下牙列三维实体模型

4.5 小结

第五章牙体有限元分析

5.1 材料和方法

5.1.1 三维有限元模型的建立

5.1.2 实验条件假设

5.1.3 单元和节点的生成

5.1.4 材料力学参数

5.1.5 有限元模型的边界条件

5.1.6 载荷

5.2 结果

5.2.1 三维有限元模型

5.2.2 三维模块网格化

5.2.3 牙体的应力分布

5.3 小结

第六章个体化牙颌快速制作研究

6.1 快速成型接口文件的生成

6.2 快速成型工艺的选择

6.3 重建组织的快速成型部分的处理和制作

6.3.1 快速成型数据准备

6.3.2 快速成型制作

6.4 小结

第七章应用与展望

7.1 全文工作总结

7.2 今后工作展望

7.2.1 层切法反求牙齿咬合面

7.2.2 牙列缺损状态的三维几何学仿真

7.2.3 计算机辅助整形外科手术

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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