Ein Reverse Engineering-System wird eingesetzt, um detaillierte und umfassende Geometriedaten von Wirbelendplatten aufzuzeichnen und zu erhalten. Anschließend werden parametrische Modelle der Wirbelendplatte entwickelt, die für die Entwicklung personalisierter Wirbelsäulenimplantate, die Erstellung klinischer Diagnosen und die Entwicklung präziser Finite-Elemente-Modelle von Vorteil sind.
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Methodenartikel
Präzisionsmessungen und parametrische Modelle von Wirbelendplatten
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Detaillierte und umfassende geometrische Daten von Wirbelendplatten sind wichtig und notwendig, um die Genauigkeit von Endliche-Elemente-Modellen der Wirbelsäule zu verbessern, Wirbelsäulenimplantate zu entwerfen und zu verbessern und degenerative Veränderungen und Biomechanik zu verstehen. In diesem Protokoll wird ein Hochgeschwindigkeits- und hochpräziser Scanner eingesetzt, um Morphologiedaten von Endplattenoberflächen in eine digitale Punktwolke umzuwandeln. Im Softwaresystem wird die Punktwolke weiterverarbeitet und in drei Dimensionen rekonstruiert. Anschließend wird ein Messprotokoll durchgeführt, das ein 3D-Koordinatensystem beinhaltet, das definiert ist, um jeden Punkt zu einer 3D-Koordinate zu machen, drei sagittale und drei frontale Flächenkurven, die symmetrisch auf der Endplattenoberfläche angebracht sind, und 11 äquidistante Punkte, die in jeder Kurve ausgewählt. Schließlich werden Messungen und räumliche Analysen durchgeführt, um geometrische Daten der Endplatten zu erhalten. Parametrische Gleichungen, die die Morphologie von Kurven und Flächen darstellen, werden basierend auf den Merkmalspunkten angepasst. Das vorgeschlagene Protokoll, das modular aufgebaut ist, bietet eine genaue und reproduzierbare Methode, um geometrische Daten von Wirbelendplatten zu erhalten und kann in Zukunft bei ausgefeilteren morphologischen Studien helfen. Es wird auch dazu beitragen, personalisierte Wirbelsäulenimplantate zu entwerfen, chirurgische Handlungen zu planen, klinische Diagnosen zu erstellen und genaue Finite-Elemente-Modelle zu entwickeln.
Einleitung
Eine Wirbelendplatte ist die überlegene oder untere Schale des Wirbelkörpers und dient als mechanische Schnittstelle, um Spannung zwischen Scheibe und Wirbelkörper zu übertragen1. Es besteht aus dem epiphysealen Rand, einem starken und festen knöchernen Labrum, das den äußeren Rand des Wirbelkörpers umgibt, und der zentralen Endplatte, die dünn und porös ist2.
Die Wirbelsäule unterliegt einer Vielzahl degenerativer, traumatischer und neoplastischer Erkrankungen, die einen chirurgischen Eingriff rechtfertigen können. In letzter Zeit sind Wirbelsäulengeräte wie künstliche Scheiben und Käfige wei....
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Protokoll
Diese Studie wurde von der Ethikkommission der Gesundheitsforschung des Autoreninstituts genehmigt. Da Halswirbelknochen kompliziertere Formenhaben 19, verwendet das Protokoll die Halswirbel als Illustration, um relevante Forschung zu erleichtern.
1. Aufbereitung von Materialien, Scannen und Bildverarbeitung
- Sammeln Sie einen trockenen Halswirbel ohne pathologische Verformung oder gebrochene Teile.
- Platzieren Sie den Wirbel vertikal in der Plattform des Scanners (Abbildung 1, siehe Materialtabelle), mit der Endplatte zur Kameralinse. Verwenden Sie die....
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Ergebnisse
Mit dem hochpräzisen optischen 3D-Bereich-Flachbettscanner wurden die Endplatten in mehr als 45.000 digitale Punkte umgewandelt, die die Morphologie angemessen charakterisieren (Abbildung 2A,B).
Im Messprotokoll wurde die räumliche Analyse von Endplattenoberflächen durchgeführt. Repräsentative Kurven wurden an der Oberfläche angepasst und quantifiziert, um die Morphologie zu charakterisieren (
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Diskussion
Reverse Engineering wurde zunehmend und erfolgreich auf dem Gebiet der Medizin angewendet, wie Cranioplastik20, oral21und maxillofacial implants21. Reverse-Engineering-Messungen, nämlich die Produktoberflächendigitalisierung, beziehen sich auf die Umwandlung von Oberflächeninformationen in Punktwolkendaten mit speziellen Messgeräten und Methoden. Auf der Grundlage solcher Daten können komplexe Oberflächenmodellierung, Auswertung, Verbesserungen und F.......
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Offenlegungen
Die Autoren erklären keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von Key Discipline Construction Project des Pudong Health Bureau of Shanghai (PWZxk2017-08) und der National Natural Science Foundation of China (81672199) finanziert. Die Autoren danken Wang Lei für seine Hilfe beim Korrekturlesen einer früheren Version und Li Zhaoyang für seine Hilfe bei der Entwicklung des parametrischen Modells.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Catia | Dassault Systèmes, Paris, Frankreich | Rekonstruktion von 3D-Oberflächenmodellen, kostenlose Kurven- und Oberflächenbearbeitung und Datenverarbeitung | |
| Geomagic Studio | Geomagic Inc., Morrisville, NC | https://cn.3dsystems.com/software?utm_source=geomagic.com&utm_medium=301 | Punktwolken-Datenverarbeitung |
| MATLAB | The MathWorks Inc., Natick, USA | https://www.mathworks.com/ | Daten analysieren, Algorithmen entwickeln und Modelle erstellen |
| Optischer 3D-Flachbettscanner | Xi" an XinTuo 3D Optical Measurement Technology Co.Ltd., Xi' an, Shaanxi, China | http://www.xtop3d.com/ | geometrische Oberflächenparameter erfassen und in digitale Punkte umwandeln |
Referenzen
- Wang, Y., Battie, M. C., Boyd, S. K., Videman, T. The osseous endplates in lumbar vertebrae: Thickness, bone mineral density and their associations with age and disk degeneration. Bone. 48, 804-809 (2011).
- Wang, Y., Battie, M. C., Videman, T.
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Nachdrucke und Genehmigungen
