Un système d'ingénierie inverse est utilisé pour enregistrer et obtenir des données géométriques détaillées et complètes des plaques vertébrales. Des modèles paramétriques de la plaque vertébrale sont ensuite développés, qui sont bénéfiques à la conception d'implants rachidiens personnalisés, à la réalisation de diagnostics cliniques et au développement de modèles précis d'éléments finis.
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Article de méthode
Mesures de précision et modèles paramétriques des plaques vertébrales
Dans cet article
Résumé
Résumé
Des données géométriques détaillées et complètes des plaques d'extrémité des vertèbres sont importantes et nécessaires pour améliorer la fidélité des modèles d'éléments finis de la colonne vertébrale, concevoir et améliorer les implants rachidiens, et comprendre les changements dégénératifs et la biomécanique. Dans ce protocole, un scanner haute vitesse et très précis est utilisé pour convertir les données de morphologie des surfaces d'extrémité en un nuage de points numériques. Dans le système logiciel, le nuage de points est traité et reconstruit en trois dimensions. Ensuite, un protocole de mesure est effectué, impliquant un système de coordonnées 3D défini pour faire de chaque point une coordonnées 3D, trois courbes de surface sagittale et trois courbes frontales qui sont symétriquement montés sur la surface de la plaque d'extrémité, et 11 points équidistants qui sont sélectionnés dans chaque courbe. Des mesures et des analyses spatiales sont enfin effectuées pour obtenir des données géométriques des plaques d'extrémité. Les équations paramétriques représentant la morphologie des courbes et des surfaces sont ajustées en fonction des points caractéristiques. Le protocole proposé, qui est modulaire, fournit une méthode précise et reproductible pour obtenir des données géométriques des plaques vertébrales et peut aider à des études morphologiques plus sophistiquées à l'avenir. Il contribuera également à la conception d'implants rachidiens personnalisés, à la planification d'actes chirurgicaux, à la réalisation de diagnostics cliniques et à l'élaboration de modèles précis d'éléments finis.
Introduction
Une plaque vertébrale est la coquille supérieure ou inférieure du corps vertébral et sert d'interface mécanique pour transférer le stress entre le disque et le corps vertébral1. Il se compose de la jante épiphysher, qui est un labrum osseux fort et solide entourant le bord externe du corps vertébral, et la plaque d'extrémité centrale, qui est mince et poreuse2.
La colonne vertébrale est sujette à un large éventail de troubles dégénératifs, traumatiques et néoplastiques, qui peuvent justifier une intervention chirurgicale. Récemment, les dispositifs de colonne vertébrale tels que les disques ar....
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Protocole
Cette étude a été approuvée par le comité d'éthique de la recherche en santé de l'institut des auteurs. Comme les os vertébraux cervicaux ont des formes plus complexes19, le protocole utilise les vertèbres cervicales comme une illustration pour faciliter la recherche pertinente.
1. Préparation des matériaux, numérisation et traitement d'image
- Recueillir une vertèbre cervicale sèche sans déformation pathologique ou pièces cassées.
- Placez la vertèbre verticalement dans la plate-forme du scanner (Figure 1, voir Tableau des matériaux), avec la plaque d'ex....
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Résultats
À l'aide du scanner à plate-forme optique 3D très précis, les plaques d'extrémité ont été converties en plus de 45 000 points numériques, qui caractérisent adéquatement la morphologie (Figure 2A,B).
Dans le protocole de mesure, l'analyse spatiale des surfaces d'extrémité a été effectuée. Des courbes représentatives ont été ajustées et quantifiées à la surface pour caractériser la morphologie (
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Discussion
L'ingénierie inverse a été appliquée de plus en plus et avec succès dans le domaine de la médecine, comme la cranioplastie20, orale21, et les implants maxillo-faciaux21. Les mesures d'ingénierie inversées, à savoir la numérisation de surface du produit, se réfèrent à la conversion des informations de surface en données de cloud de point utilisant des équipements et des méthodes de mesure spécifiques. Sur la base de ces données, la modélisation, l'éva.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt financier concurrent.
Remerciements
Ces travaux ont été financés par Key Discipline Construction Project du Pudong Health Bureau de Shanghai (PWZxk2017-08) et par la National Natural Science Foundation of China (81672199). Les auteurs tiens à remercier Wang Lei pour son aide dans la relecture d'une version antérieure et Li Zhaoyang pour son aide dans le développement du modèle paramétrique.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Catia | Dassault Systèmes, Paris, France | https://www.3ds.com/products-services/catia/ | Reconstruction de modèles de surface 3D, édition de courbes libres et de surfaces et traitement de données |
| Geomagic Studio | Geomagic Inc., Morrisville, Caroline du Nord | https://cn.3dsystems.com/software?utm_source=geomagic.com&utm_medium=301 | traitement de données de nuages de points |
| MATLAB | The MathWorks Inc., Natick, États-Unis | https://www.mathworks.com/ | Analyser des données, développer des algorithmes et créer des modèles |
| Scanner optique 3D à plat | Xi' an XinTuo 3D Optical Measurement Technology Co.Ltd., Xi' an, Shaanxi, Chine | http://www.xtop3d.com/ | acquérir des paramètres géométriques de surface et les convertir en points numériques |
Références
- 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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Réimpressions et autorisations
