隆鼻假体的数字化设计方法

为了摆脱传统假体制作工艺依赖经验、成品与患者特征不吻合、很难达到预期效果的缺陷,首先将数字化技术与整形理论相结合,以阈值法和灰度拉伸法分割出理想区域的数据,重建了患者鼻骨和鼻软骨的三维模型,并以内眦点等典型特征标志点为参考,建立了模型的对称性设计基准;然后依据隆鼻美学参数和患者要求,模拟了外鼻的整形效果;最后以“截面相似性”方法,设计出个性化数字假体.临床证明:由该设计方法制作的假体,凹面与患者鼻骨以及软骨紧密贴合,凸面线条流畅,实际手术效果与模拟效果一致.     

仿真假体视觉下神经网络算法的应用研究

尽管已有多种图像处理策略被应用到视觉假体的仿真研究中并提高了被试的识别表现,但在植入电极数量有限的情况下,如何保证盲人获得足够的拓扑信息是视觉假体仍需解决的问题。在此背景下,本文将两种神经网络算法应用到仿真假体视觉中对图像进行前景目标提取和像素化处理,首先利用图像分割数据集训练一个U-net网络得到前景提取后的结果,将其像素化之后与提取前的原图配对,再利用配对后的数据集训练一个Pix2Pix网络从而实现了将彩色图像"翻译"为像素化图像的目标。实验结果表明,与传统图像处理算法相比U-net网络具有更准确的目标提取效果,且经Pix2pix网络"翻译"后的图像也与标签图像更相似,有助于提高假体佩戴者的识别准确率。     

炭纤维人工气管的研究

通过对医用炭纤维的研制，优化出了制作炭纤维人工气管假体材料，用此材料制成的人工气管已通过５１条犬的试验及３例临床应用。     

人工髋关节假体的加工方案及夹具设计

本文提出一种加工人工髋关节假体这一特殊零件的加工工艺方案，设计了相应的夹具及装夹方案。使用该方案及夹具，可以保证获得准确的假体颈、干夹角以及其它颈、干相对位置要求；并能在普通车床加工出颈部圆锥段和圆柱段。或在数控车床上加工出假体关节球头。利用所设计的专用夹具，在ＭＡＨＯ数控加工中心ＭＨ６００Ｃ上加工出假体干上与股骨髓腔匹配段的假体轮廓段，之后再用普通车床加工出假体干的圆柱段部分。本文设计的加工方案与夹具的特点是工装简单，定位可靠、装夹方便，尤其是粗、精加工各工序都能保证颈、干轴线间的相对位置。     

股骨假体热应力有限元分析

为定量研究材料热物性对股骨-假体系统应力的影响,以热弹性力学为基础,利用有限元方法对髋关节置换后股骨-假体系统的应力进行分析．假设假体、骨水泥、股骨为线弹性和各向同性材料且完全结合的同心圆柱体,经力学分析和有限元仿真,分别求得钛合金和钴铬合金作为假体材料时考虑热效应前后的假体／骨水泥、骨水泥／股骨随轴向位置分布的界面剪切应力以及假体、骨水泥、股骨的轴向应力．结果表明:界面失效是股骨-假体系统的主要失效形式,热效应使界面产生了混合而不是纯剪切的失效形式,加快了股骨-假体系统的界面失效,加速了假体柄的松动;由于钴铬合金的热膨胀系数大于钛合金,钴铬合金作为假体材料时更易引起界面失效,导致手术失败．选择热膨胀系数小的假体材料,可以减小界面失效的可能性,提高手术成功率．     

结合全卷积神经网络的室内场景分割

目的 视觉假体通过向盲人体内植入电极刺激视神经产生光幻视,盲人所能感受到的物体只是大体轮廓,对物体识别率低,针对视觉假体中室内应用场景的特点,提出一种快速卷积神经网络图像分割方法对室内场景图像进行分割,通过图像分割技术把物品大致的位置和轮廓显示出来,辅助盲人识别。方法 构建了用于室内场景图像分割的FFCN（fast fully convolutional networks）网络,通过层间融合的方法,避免连续卷积对图像特征信息的损失。为了验证网络的有效性,创建了室内环境中的基本生活物品数据集（以下简称XAUT数据集）,在原图上通过灰度标记每个物品的类别,然后附加一张颜色表把灰度图映射成伪彩色图作为语义标签。采用XAUT数据集在Caffe（convolutional architecture for fast feature embedding）框架下对FFCN网络进行训练,得到适应于盲人视觉假体的室内场景分割模型。同时,为了对比模型的有效性,对传统的多尺度融合方法FCN-8s、FCN-16s、FCN-32s等进行结构微调,并采用该数据集进行训练得到适用于室内场景分割的相应算法模型。结果 各类网络的像素识别精度都达到了85%以上,均交并比（MIU）均达到60%以上,其中FCN-8s at-once网络的均交并比最高,达到70.4%,但其分割速度仅为FFCN的1/5。在其他各类指标相差不大的前提下,FFCN快速分割卷积神经网络上平均分割速度达到40帧/s。结论 本文提出的FFCN卷积神经网络可以有效利用多层卷积提取图像信息,避免亮度、颜色、纹理等底层信息的影响,通过尺度融合技术可以很好地避免图像特征信息在网络卷积和池化中的损失,相比于其他FCN网络具有更快的速度,有利于提高图像预处理的实时性。     

股骨远端解剖学参数在TKA假体设计中的意义

使用Philips i CT 256扫描及三维重建测量正常国人股骨远端解剖学参数,为符合国人解剖学特征的全膝关节置换术(TKA)假体设计提供解剖参数参考及理论依据。结果显示,国人股骨远端后髁角男性小于女性,而前髁角男性大于女性,具有性别差异性(P<0.05);国人滑车沟角无性别差异性;国人男性股骨远端横径、股骨远端外侧髁高度及股骨面率均大于女性,具有性别差异性(P<0.05),提示国人股骨远端前髁角、后髁角及股骨面率解剖学参数具有性别差异性,在TKA中假体的设计与选择应予以体现,使假体与膝关节形态匹配度更高才能获得良好的治疗效果。     

基于生物电容的视觉假体无线能量传输系统建模及效率优化

为了解决视觉假体无线能量传输系统设计过程中参数选取的问题,本文进行了基于生物电容的视觉假体无线能量传输系统精确建模,并在该模型的基础上对次级线圈回路进行了优化,使能量传输效率较传统谐振耦合方法有明显提高。文中采用大、小两组线圈进行比较分析和验证,所得实验数据和建模仿真数据吻合度高,验证了所建模型的准确性及优化方案的可行性,为视觉假体临床应用线圈的选取和无线能量传输系统的设计提供了理论参考。     

假体植入偏差对TKA后膝关节面间力学特性的影响

该文基于含假体膝关节的实体模型,构建包含股骨假体植入偏差的直立位TKA后膝关节模型,通过有限元仿真,分析了TKA术的假体植入偏差:股骨假体的内/外移偏差、前/后移偏差、内/外旋偏差及内/外翻偏差对含假体关节面间的力学特性的影响。分析结果表明:股骨假体相对胫骨的内翻偏差对胫骨假体衬垫的最大等效应力和接触应力分布的影响最显著。因此,在全膝关节置换手术中,应尽量减小股骨假体与胫骨间的内/外翻偏差,以控制假体关节面间的应力变化及应力分布变化,来降低胫骨假体衬垫的磨损,该文的分析结果能够为膝关节假体磨损及抗磨损膝假体形面设计提供参考。     

集成机器人磨削的定制式假体制作方法研究

影响非骨水泥假体长期稳定的因素是无菌松动,微动和应力遮蔽通过破坏假体近端的骨整合导致假体的无菌松动,而微动和应力遮蔽与假体的力传递相关。定制式假体的设计模型来源于病人股骨的CT数据,它建立了有限元模型与手术模型的一致性,通过有限元模型上的力传递分析,优化假体的设计和假体与髓腔的匹配,控制手术后假体上的力传递,避免假体近端大的微动和应力遮蔽而破坏假体在髓腔中的初期稳定性,促进假体近端的骨整合。针对定制式假体,发展一种新型的集成技术,形成定制式假体设计、有限元分析和制造一体化,特别是采用CAD/CAM/Robot集成技术加工定制式假体,在建立CAM软件空间各单元与机器人工作空间对应各单元一致性基础上,提高了假体的制造精度。仿真和实验结果表明,有限元分析方法可以控制假体上的力传递,机器人磨削柄体的误差小于0.9mm。