光固化3D打印个性化医疗技术及应用
7页1、科技进步奖推荐号:项目名称光固化3D打印个性化医疗技术及应用提名单位河北省教育厅项目简介基于光固化3D打印技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术,研究了隐形牙齿矫治、牙齿种植导板、辅助骨科手术等个性化医疗技术,建立了完整的技术体系,并在临床实践中得到广泛应用。首先,利用CT扫描在体获取患者个性化的骨科断层信息(如骨断裂、缺损、病变、错位等),通过CT断层数据建立计算机三维数字模型,或者利用藻酸盐、硅橡胶等获取患者患者石膏模型,采用光栅扫描、点云配准、网格曲面重建技术建立相应的计算机三维数字模型;其次,在计算机上对建立的三维数字模型进行个性化设计(如牙齿矫正、种植导板、骨缺损修补、骨错位校正等)及虚拟现实技术可视化模拟治疗过程(如虚拟排牙、虚拟骨正位、虚拟打孔以及虚拟夹板模型等),以确定最佳的治疗方案;然后,利用3D打印技术制造出符合患者个体特质的专用树脂模型,供医生术前针对个体特质研究治疗方案、进行手术拟实练习、制作专用夹板、桥架等或术中当做定位导向模板,可以明显提高手术质量、减少临床时间、降低医生劳动强度以及病人的痛苦,或者直接利用热压膜成型技术制作透明牙齿矫治器,交给患者佩戴,实现
2、牙齿隐形无托槽矫治,与弓丝矫治器相比,具有舒适、美观、卫生、方便等显著优点。 项目的主要创新点:1. 设计了区域标记自动分割三维数字模型算法,采用区域选择的标记方式,用相邻两面片的弯曲程度函数作为对应的高度场函数,三角面片直接插入队列,完成STL模型的分割, 提高运算和分割效率,并应用该算法实现了单颗或多颗牙齿从三维牙颌模型中的自动分割。2. 提出一种基于灰度特征搜索匹配点的断层图像层间插值算法,根据插值点相邻层邻近点的灰度值选择参考点,以参考点为依据在另一相邻层图像某区域内搜索与参考点灰度相近并且距离较小的匹配点,利用参考点和匹配点灰度值以及距离关系计算插值点灰度值,提高在体骨骼模型的三维重建精度,并应用该算法实现了手骨建模精度的提高。3. 建立了以多模式融合数据采集、个性化辅助器具精确设计、立体光固化快速制造技术为核心的光固化3D打印个性化医疗技术体系,并成功应用于牙齿隐形矫治、个性化口腔种植导板、骨科辅助手术导板和指掌关节在体修复。4、提出一种非均匀厚度压膜治疗器三维模型构建方法:借助三维扫描技术分别建立原骨模型与带治疗器的模型,将两个数字模型进行布尔运算后得到治疗器的三维数字模
3、型,比传统等厚度模型更符合实际结构特点。主要完成单位及创新推广贡献河北科技大学创新推广贡献:建立了以多模式融合数据采集、个性化辅助器具精确设计、立体光固化快速制造技术为核心的光固化3D打印个性化医疗技术体系;设计了区域标记自动分割三维数字模型算法,提高了运算效率和分割准确率;提出了一种基于灰度特征搜索匹配点的断层图像层间插值算法,提高了在体骨骼模型的三维重建精度;提出了一种非均匀厚度压膜治疗器三维模型构建方法,比传统等厚度模型更符合实际结构特点。负责所有个性化医疗器具的设计与制作。石家庄市第一医院在牙齿隐形矫治技术的研究中,主要在临床适应患者选择、牙颌石膏模型信息采集、患者矫治方案设计、隐形矫正器材料选择及临床应用方面为项目做出贡献。在牙齿种植导板技术的研究中,主要在适应症患者选择、CT图像采集、种植位置和骨量条件评估、种植方案规划设计、种植导板的临床实验与应用等方面做出贡献。河北医科大学第三医院主要贡献:选择合适病例,通过CT等手段获取患者损伤或病变后的基础数据,从临床应用的角度提出模型、导板设计要求,与河北科技大学协同设计个性化数字模型、专用导板等。将河北科技大学3D打印的的实体模
4、型和专用导板用于临床,完成治疗方案的确定和临床手术等工作。石家庄市第三医院从临床需要求出发,依据患者创伤的个性化需要,进行患者CT数据采集,提出导板设计需求,进行骨科手术的规划设计,利用3D打印骨骼模型及手术导板进行临床实验,完成复杂解剖部位3D打印导板指引下的骨折复位内固手术等方面的工作。推广应用及经济社会效益情况本项目已在石家庄市第一、二、三、五医院、河北医科大学第三医院、保定二医院、石家庄白求恩国际和平医院、河北省口腔医院8家医院以及50余家口腔诊所得到广泛应用,治愈800余病例,受到广大医生和患者的好评。本项目主要是将3D打印技术、逆向工程技术以及计算机辅助设计技术应用于牙齿隐形矫治、口腔种植、骨科导板以及损伤后的特异骨科模型等医疗领域,辅助医生进行方案制定、术前演练、专用器具预制等,形成针对每个患者个体差异的个性化医疗技术,以提高医疗质量,改善医疗过程,促进医疗技术的发展,因此,具有明显的社会效益,而经济效益难以明确界定。社会效益主要体现在:1.实体模型预演预制,明显提高治疗质量:由于3D打印能够按照病人的个体差异量身定制1:1的实体模型,与影像学提供的二维图像相比,具有更清
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