黄文华[1]2001年在《脊柱叁维运动分析及手术可视化系统的研制》文中研究说明目的：本课题研究达到以下几个目的：（1）采用计算机视觉原理，在Windows下进行软件编程，完成脊柱叁维运动分析系统SPINE2000的研制。（2）结合临床的需要从生物力学角度进行脊柱固定器械手术的稳定性效果的评定。（3）结合临床应用解剖学及生物力学理论进行并完成了以下测试和研究：PMMA强化骨质疏松椎弓根螺钉对脊柱稳定性的影响。（4）为脊柱椎弓根器械可视化手术系统的研制提供研究基础，完成脊柱椎弓根器械手术可视化系统的初步研究。方法：（1）利用加拿大Matrox公司产Meteor图象采集板一套，高性能计算机一台，北京大恒公司分频器一套，台湾敏通公司产高敏感度近红外摄像头叁台，红外滤光片叁套，红外发光管叁套。采用立体视觉原理和计算机图像处理技术，利用Visual C6.0语言编制脊柱运动分析程序。（2）将取自健康青年男性尸体的12例新鲜腰椎标本随机分为A、B两组，在脊柱叁维运动试验机上测量两组各6例正常颈椎在8.0Nm载荷下L2～L5节段的运动范围（ROM）；然后在L2～L5节段将两组颈椎制作成腰椎椎叁柱不稳模型，A组以GSS椎弓根螺钉固定，B组以SOCON椎弓根螺钉固定，分别测量椎弓根螺钉固定节段腰椎的ROM。比较正常与固定椎间的ROM以及两种不同椎弓根螺钉固定腰椎间的ROM。（3）6具新鲜老年女性骨质疏松脊柱标本（T_(10)～L_5）；制备L_1椎体节段不稳定性损伤模型后椎弓根螺钉系统固定，进行叁维稳定性测试，并在MTS 858试验机上进行屈/伸疲劳试验。比较完整标本（a）、损伤模型未强化疲劳前（b）、未强化疲劳后（c）、强化后疲劳前（d）和强化后疲劳后（e）5种状态下脊柱的叁维稳定性变化。（4）利用脊柱CT图片进行叁维重建。结果：（1）实现了数据的快速采集及图象的精确处理，运动测试空间范围精度最大误差0.8mm，建立了较为完善的脊柱运动测试平台。（2）GSS和SOCON椎弓根螺钉均能显着降低腰椎各方向上的ROM（P＜0.05），提高其稳定程度，尤其在前屈、后伸方向最大，前屈时GSS可降低62.8％，SOCON螺钉可降低63.9％，后伸时则分别降低54.9％和51.0％。A、B两组中不同螺钉固定腰椎ROM在6个方向上无明显差异（P＞0.05），说明两种螺钉的稳 定作用相似。（）脊柱叁维运动试验中，在b、d、e叁种状态下，6个 运动方向脊柱的稳定性差异不明显（ho．05），但均强于a、c状态 （HO．of）。未强化组经疲劳后大多数螺钉松动，脊柱疲劳刚度明显下 降；而强化egtT组疲劳后未见螺钉松动，脊柱的疲劳刚度和运动范围变。 化亦明显小于未强化组，差异具有显着性（KO．000）。（4）初步重建 了脊柱的叁维图象模型。结论：（）研制成功的脊柱叁维运动分析系 统SPffeE2000可应用于脊柱及其他人体关节的叁维运动分析，并精确评 价脊柱叁维运动。（2）GSS有较好的生物力学稳定作用，能有效提高 损伤腰椎各方向上，尤其是前屈和后伸方向上的稳定程度。（3）PMMA 强化骨质疏松椎弓根螺钉脊柱内固定能明显增强脊柱的稳定性和抗疲劳 能力。门）医学断层图象的叁维重构及有关研究为脊柱椎弓根器械固 定手术可视化研究的展开提供了理论基础。
毕方杉[2]2007年在《旋提手法治疗神经根型颈椎病过程中颈椎位移的实验研究》文中研究说明目的：[1]研究旋提手法操作的力学参数(包括作用力、加速度、作用时间、位移及扳动冲量)及其相互关系，总结旋提手法操作的力学特征，为模拟旋提手法的离体生物力学实验提供参数依据；[2]运用计算机视觉原理，完成了脉冲式动态摄像系统的研制；[3]观察颈椎标本在旋提手法过程中位移变化规律，探讨该手法治疗颈椎病的作用机理。方法：[1]运用旋转手法力学测量仪测量朱立国主任对15例神经根型颈椎病患者施行旋提手法过程中的力学参数(包括作用力、作用时间和加速度)，总结旋提手法操作的力学特征。[2]使用光导纤维、一块光隔离开关量输出卡、两台数码相机和两台计算机组成脉冲式动态摄像系统；运用立体视觉原理和计算机图像处理技术，利用Delphi 5.0语言编写系统调控程序。[3]运用MTS试验机模拟旋提手法，同时利用脉冲式动态摄像系统测量6例新鲜颈椎标本在手法过程中的位移变化。结果：[1]颈椎旋提手法的力学参数平均值如下：预加载力15.15±5.11kg，最大作用力27.24±8.81kg，扳动力14.29±5.15kg，扳动时间114.33±16.98ms，最大加速度为-0.35±0.11g，扳动位移为9.34±2.67mm，扳动冲量为22.49±7.11Ns；[2]实现了数据的快速采集及图像的精确处理，在120×120×210mm~3的控制场内X、Y、Z轴最大误差分别为0.4mm、0.3mm、0.2mm，建立了较为完善的脊柱运动测试系统。[3]在同一模拟状态下，各节段的线位移和角位移分别比较，差异有统计学意义(P＜0.05)。说明在同一模拟状态下，各节段的线位移和角位移不全相等，存在差异。[4]扳动过程中，不同最大扳动力，各节段的扳动位移不同，P＜0.05；最大扳动力为5kg时，产生的位移最小，与15kg和25kg时产生的位移差异显着，P＜0.05；但，最大扳动力为15kg和25kg时，产生的位移无显着差异，P＞0.05。不同作用时间对各节段的扳动位移无影响，P＞0.05；二者对各节段的扳动位移无交互作用，P＞0.05。[5]在手法过程中，横突和关节突上的标志点的运动具有相似性，其最大位移(线位移和角位移)出现在C3、C4或者C5，主要集中在C4，而牵引过程和扳动过程主要区别的一点是：扳动过程中的线位移最大位移出现在C1，然后又在C3、C4逐渐增大，形成一个比较和缓的波峰；而棘突上标志点的位移除了矢状面角位移外，最大位移主要出现在C2或C3，矢状面角位移则出现在C4。结论：[1]提供临床参考的旋转手法力学参数值：预加载力15.15±5.11kg，最大作用力27.24±8.81kg，扳动力14.29±5.15kg，扳动时间114.33±16.98ms，最大加速度为-0.35±0.11g；[2]本实验建立的脉冲式动态摄像系统，能够精确测量旋提手法过程中颈椎位移，同时还可用于脊柱及其他人体关节的叁维运动分析；[3]在旋提手法临床操作中，采用150N预牵引力，150N最大扳动力，70～150ms的作用时间的操作是安全的，能使颈椎各节段产生较大位移，与临床量化研究结果相吻合。[4]旋提手法过程中，颈椎各节段均发生了运动，但各节段自身位移间存在差异，其中，最大位移主要集中在C3～C5，尤其是C4上。
杨雷[3]2003年在《经皮椎弓根钉螺钉的基础和应用研究》文中提出经皮椎弓根螺钉技术的基础和应用研究 随着新千年的到来后，暮然回首，我们有趣地发现，通过最小的破坏途径，用最精确的内植物对脊柱进行手术的观念最早始于1937年。Pool描述了一种用改良的耳境通过一个简单的套管对背侧神经根进行检查，用以诊断椎间盘突出、黄韧带肥厚、蛛网膜粘连、良性肿瘤以及转移性肿瘤。而早在1939年，Love倡导显微椎间盘切除的理念，即用小切口通过椎板间切除椎间盘组织，而不需切除骨质，这应该是最早的微创脊柱外科。近二十年来，由于医学影像学的发展以及由此而致的计算机导航技术的出现，同时又由于激光技术和内镜、腔镜技术的发展，人们试图寻求一种最少的侵袭和最小的生理干扰达到最佳外科疗效的外科新技术，这就使得微创脊柱外科取得真正意义上的迅猛发展。 椎弓根螺钉技术在脊柱外科手术中的应用是相当常见的，当然是由于其在脊柱叁柱固定生物力学方面的优越性。人们在力求椎弓根螺钉植入的安全和准确的同时，又探索着运用微创的手段经皮植入椎弓根螺钉。最早描述腰椎经皮穿刺固定术的是Magerl，当时起于脊柱外固定诊断下腰痛。Mathews、Lowery等报道在经皮植入椎弓根螺钉的同时辅以纵向连接器，因而使得该具有挑战性的技术得以发展和完善。近年，经皮椎弓根途径穿刺并行椎体成形或后凸成形治疗骨质疏松性脊柱骨折已成为逐渐推广的治疗手段，尤其是随着经皮椎弓根螺钉技术被结合计算机辅助外科技术(CAS computer assisted surgery)和内窥镜技术，从而开始被更多地应用于腰椎滑脱、脊柱骨折、慢性下腰痛、脊柱肿瘤的外科诊断和治疗，成为微创脊柱外科(MISS,minimally invasive spinal surgery)的基本技术手段。2001年得克萨斯州立大学神经外科研究中心的Kevin T.Foley在当年的Neurosurgery报道经前路进行腰椎的椎间融合，数周后再进行后路的经皮植入椎弓根螺钉微创固定系统治疗腰椎滑移症，其可视化的椎弓根螺钉植入设备以及固定装置，被Medtronic公司采用并生产，成为Sextant系列，且新近又有应用该系列行经椎间孔的椎间微创融合术(TLIF)。应该说该项技术无论在设备要求上，还是在技术要求上均具有相当的挑战性。本研究旨在此前提下运用医学图像知识在非导航条件下经皮植入椎弓根螺钉，创造性地治疗胸腰段脊柱骨折，并设计固定装置和手术辅助器械，试图寻求除后正中切口以外的脊柱后路手术新径路。 作者在第一部分研究中选用10具经防腐固定，灌注红色乳胶的正常人胸腰段脊军二几军医大学们卜.士学位翻七文中文擒要骨外科学专业柱标本，在放大10倍的解剖显微镜下对胸腰段脊柱后部结构进行逐层解剖，重点观测脊神经后支及其分支、脊柱节段动静脉后支的来源、走行以及分布规律。发现脊神经后支的内侧支经下位椎体的横突根部及上关节突外侧向下经骨纤维管下行叁个椎体，沿途支配横突棘肌，在中线附近穿胸腰筋膜至皮下，支配下方相隔一、二节段的小关节突、筋膜和韧带。外侧支向外下行走，沿途支配背部深肌，下行叁个节段穿胸腰筋膜至皮下。临床开放的脊柱椎弓根螺钉固定手术时，为寻得进钉标志常需显露关节突关节的外缘，甚至横突，较易损伤走向比较固定的脊神经后支的内侧支，同时脊神经后支主干和外侧支也由于使用椎板撑开器而处于高张力状态而较易损伤。节段动脉主要分为肋间动脉、前支和后支。其后支在椎间孔的上外方绕向后下方，相当于椎体的下方水平，走行于脊神经的下方和下位脊椎上关节突的外方，分为内外两支穿行于腰部深层肌肉，主要滋养腰背部深层肌肉、关节突、棘突、椎板以及相关的韧带。节段静脉后支与同名动脉伴行，并与对侧、相邻节段同名静脉在棘突和横突部位构成静脉丛。在脊柱后路常规的后正中切口操作时因需向侧方显露，极易招致节段动静脉后支的出血，有时盲目使用电凝止血而损伤脊神经后支的内侧支或外侧支。椎旁肌的神经失营养所致的相应节段强直和顽固性腰背疼痛，甚至慢性椎旁骨筋膜室综合症与脊神经后支的内侧支或外侧支多节段损伤和椎旁肌与脊柱后方骨性结构的自然结合广泛破坏相关。经皮椎弓根螺钉技术由于近似于垂直操作且无侧向牵拉，损伤脊神经后支的机会较少，在这方面较采用脊柱后路常规的后正中切口植入椎弓根螺钉有可比的优越性。 第二部分的研究主要是在非导航条件下经皮植入椎弓根螺钉时，术前运用现代医学影像学技术建立脊柱叁维立体计算机模型，模拟手术仿真平台并设计个体化手术方案，并对精确度要求进行估计，从而指导手术定位。方法:术前对于手术节段的脊柱进行CT扫描时要求层厚为1.0~1.5幻nn。，不同输出格式的数据均应转换成统一的Dicom格式，在计算机上应用MedgraPhic软件做胸腰段脊柱的叁维重建，将叁维造型结果转化成快速成形所需要的STL格式，并在MagicRP平台上进行测量同时可应用UnigraPhi。、Pro/E软件模拟手术，设计个体化手术方案。叁维重建的目的是选择合适的进钉点、方向以及合适直径、长度的螺钉，做到个体化椎弓根螺钉植入优化的原则。在MagicRP软件支持下的STL叁维重建图像有一个与在CT?
张朝霞[4]2011年在《基于MSCT的感兴趣血管段CAG最佳视角和冠脉运动估计的研究》文中研究表明冠心病是威胁中国公众健康的重要疾病,目前临床普遍采用的影像学诊断方式是X射线冠状动脉造影(coronary angiography,CAG)和多层螺旋计算机层析成像(multislice computed tomography,MSCT)。CAG被称为诊断冠心病的“金标准”,但其本质为透视投影成像,若造影角度选择不当,容易引起血管投影缩短和血管相互间遮盖,影响感兴趣狭窄血管段的诊断与治疗,因此确定感兴趣段的最佳造影角度具有重要的意义。MSCT技术近年来得到了迅速发展,以无创成像、叁维容积数据等优势在冠心病排查及术前分析中应用越来越广泛。本文的主要研究目的是采用计算机视觉和数字图像处理方法,对术前MSCT心脏数据进行分析,分割叁维冠脉血管,同时建立CAG系统几何模型,研究介入手术中感兴趣血管段最佳造影角度的计算方法,并对多期相的冠脉进行运动分析,辅助诊断冠心病。本文的研究内容主要包括:一.建立系统整体数据处理方案根据X射线冠脉造影与多层螺旋CT两种冠脉成像技术的特点及相关技术参数,提出了基于多层螺旋CT数据的术前分析方案,进行感兴趣血管段最佳造影角度确定及冠脉运动分析,建立了课题的整体数据处理流程。二.多层螺旋CT数据中的冠脉分割选择区域生长机制,同时辅以必要的预处理步骤,分别与概率决策、基于Hessian矩阵的血管增强滤波及基于最佳方向性梯度通量的血管增强滤波结合,以获得满意的分割效果。叁.基于多层螺旋CT血管模型的最佳造影角度计算建立由CT数据坐标系到造影系统坐标系的几何变换模型,模拟二维投影图像。对感兴趣段血管进行基于形态学的细化,并进行B样条拟合,同时满足最小投影缩短和最小遮盖的角度,即为造影系统的最佳视角。四.基于多层螺旋CT数据的冠脉运动初步分析对多期相的骨架点进行基于连贯点漂移的非刚体配准,实现运动场估计,定量描述主要分支的位移幅度与速率。利用全期相冠脉数据,建立动态血管模型,计算了整个心动周期内的冠脉最佳造影角度。
李鉴轶[5]2007年在《人体膝关节相关数字解剖学研究及在体稳定性测试系统的建立》文中研究表明目的近几年兴起的针对膝关节损伤的数字化虚拟研究很多，人体膝关节的叁维重建是这些研究的基础。但由于膝关节结构的复杂性以及影像技术的限制，这些叁维重建往往只重建了膝关节的骨结构。本研究将结合膝关节的CT、MRI图像，利用叁维重建技术及图像配准技术，构建膝关节的骨、半月板、前／后交叉韧带、关节软骨，为开展膝关节的数字医学研究进行有关模型构建及应用等方面的探索。临床膝关节手术中要求尽可能保护局部血液循环，以避免局部骨坏死的出现。由于膝关节局部血供复杂，传统影像学检查无法观察血管，血管造影可以较好显示局部血管走行，但其质量受造影剂流动速度控制、图像分割处理技术等影响。为克服以上不足，本研究将进行动脉造影灌注后行CT扫描，重建膝关节骨与血管，旨在准确、完整地显示膝关节动脉的走行与分布，为膝关节外科及解剖的教学、科研提供一种清楚、准确、有价值的显像手段。人体解剖学是一门形态科学，目前基于二维图像的教学方法教学难度很大。随着计算机图形图像技术的不断完善以及虚拟人研究的不断进展，已出现多种图像的叁维重建方法，但目前大多数叁维图像的显示都需要专业软件，价格昂贵且存在知识产权问题，无法用于叁维解剖图谱的普及与推广应用。本研究将利用先进的VRML语言，编写相关的程序，建立基于web的膝关节叁维浏览网页，为完成叁维解剖图谱奠定基础。尽管膝关节的稳定性测试目前已应用于膝关节运动功能的评价，但由于膝关节的离体标本研究无法模拟膝关节的真实运动，而在体的运动测试又无法获得骨结构的运动信息，因而不能得到准确的膝关节稳定性数据，也就无法对膝关节微损伤的早期诊断及防治措施进行深入的研究。本研究将利用图像叁维重建、2D／3D图像配准技术以及图像处理技术探讨建立膝关节在体稳定性评价系统的可行性。逆向工程是是基于一个已获得的实物模型来构造出CAD模型，并通过调整相关参数来达到对实物模型的逼近、修改和完善，进而将这些CAD模型用于产品的分析和制造。基于利用叁维激光扫描仪开展的逆向工程测量精度高的优点，本研究将探讨在离体状态下利用逆向工程技术开展膝关节运动还原的方法，并对利用激光叁维扫描仪的逆向工程运动还原方法的测试精度进行标定。应用计算机叁维重建技术、2D／3D图像配准技术及图像处理技术构建了膝关节在体稳定性测试系统。本研究将以逆向工程运动还原方法为对照，研究膝关节在体稳定性测试系统的精度。材料与方法人体成年新鲜膝关节标本1例，进行CT扫描共387层，层厚为0.299mm，随后进行MRI扫描，共64层，层厚为1.497mm，利用叁维重建软件Mimics及逆向工程软件Geomagic对图像进行叁维重建及图像配准，构建膝关节骨、软骨、韧带及半月板等结构。新鲜成人完整下肢标本1例，用填充剂配成合适浓度，对标本的动脉进行灌注。随后进行CT扫描，层厚0.499mm，取膝关节部分共671层用于本研究。采用Mimic进行膝关节骨及血管等结构的叁维重建，分别采用Mimics和3ds max进行动脉的透明化显示及效果比较。采用BS Contact VRML 6.1和Vrmlpad作为VRML显示插件及程序编辑软件，将已叁维重建膝关节各部分结构转为wrl文件，并进行VRML编程及网页制作。对健康成年志愿者膝关节进行CT扫描，采集志愿者保持某一姿势时互成直角的正侧位X线平片，进行膝关节CT图像的叁维重建，并在软件中建立虚拟X线放射系统再现2张互成直角的X线平片，采用2D／3D图像配准还原摄平片时膝关节的位置，计算两种位置之间的相对位移及角度变化。人体膝关节标本上、下端包埋后由激光叁维扫描仪采集包埋块的位置信息，通过Geomagic软件进行膝关节的位置还原，并将标志物固定于精度可达0.01mm及0.01°的KOHZU精密测试平台上，由激光叁维扫描仪采集标志物的运动信息，通过软件计算其运动参数，检测逆向工程运动还原方法的测试精度。人体膝关节标本3例，利用G型臂X线机获得正侧位X线片，同时利用激光叁维扫描仪扫描包埋块的叁维点云信息，每个标本采集2次任意角度的正侧位X线片和包埋块的叁维点云信息。采用虚拟X线放射系统和逆向工程运动还原方法分别进行位置还原，将还原出来的位置分别计算与CT图像构建的膝关节模型的相对运动，并进行配对样本T检验。对由虚拟X线放射系统和逆向工程技术系统导出膝关节的相对运动数据，采用描述性统计观察两者在平移和旋转各个轴上的差异。结果利用CT对骨结构显示较好的特点，将CT图像导入图像叁维重建软件Mimics10.01中进行重建，然后将骨的叁维模型分别以stl文件格式保存于电脑中。将MRI与CT分别构建的骨模型导入Geomagic软件中进行位置配准，对CT的叁维模型进行坐标变换使其适合MRI图像的坐标系，使CT构建的骨模型可以准确地导入MRI图像中。利用MRI对软骨、韧带等组织显示较好的特点，用Mimics10.01软件构建出半月板、前／后交叉韧带和关节软骨的叁维模型，导入Geomagic软件中进行叁维修饰，使其结构稍平滑。关节软骨需要再次导入CT影像中使其边缘平滑。最终建立具有骨、半月板、前／后交叉韧带和关节软骨的叁维膝关节模型。利用血管造影灌注后CT扫描数据，用Mimics软件成功构建膝关节骨-血管叁维立体结构模型，能够清晰地显示膝关节骨结构及血管之间的相互位置关系及立体形态。对于关节的局部血供也可以清楚展现，如髌周的血管网。利用Mimics和3ds max都可实现膝关节动脉叁维模型的透明化，两者显示效果相近。相比较而言，利用Mimics软件操作比较简单，但软件设定的透明度不能任意调节。而3ds max软件操作相对复杂一些，特别是对于容量较大的文件，导入3ds max的过程较慢，但它可以任意设定透明度，具有较强的可视化设计能力。通过Vrmlpad编辑软件，将色彩、叁维文字标注及各结构组装等功能通过各个程序实现，并用Frontpage软件建立了膝关节的叁维解剖图谱，此叁维解剖图谱包括了文字内容、二维及叁维图像，便于学生理论与标本相结合、二维与叁维相对照地学习解剖学知识，提高学习效率。通过图像重建、2D／3D图像配准及相应的图像处理后，计算出股骨在G型臂X线机摄片位与CT扫描位之间的相对位移及角度。与CT扫描时的位置相比，摄X线平片时股骨下段前屈5.72°，内翻1.02°，左旋13.22°。通过点云重建、位置还原等步骤，可计算出激光叁维扫描时与CT扫描时的膝关节位置的相对运动。与CT扫描时的位置相比，激光叁维扫描时的股骨后伸6°，内翻1.2°，右旋6.16°。激光叁维扫描仪在各角度时的测试结果与KOHZU精密测试台的测试结果相比，各角度时测试精度均可控制在0.1°以内。利用SPSS10.0统计软件进行单因素方差分析发现各角度组之间的误差率无显着性差异(P=0.206)。对膝关节在体稳定性测试系统与逆向工程运动还原系统导出的图像分别与CT扫描时的位置计算其相对运动数据，经配对样本T检验后发现，膝关节在体稳定性测试系统计算的相对运动与逆向工程技术计算的相对运动之间不存在显着性差异(t=0.132，P=0.895)。对平移及旋转各个轴单独进行配对样本T检验，发现除Z轴平移数据两者存在显着性差异(t=3.214，P=0.024)外，其余各个轴的平移及旋转数据均不存在显着性差异(P＞0.05))。将两个配准系统导出的股骨、胫骨叁维位置直接进行相对运动计算，可发现各个轴的配准误差。其中在X轴的平均平移误差最大，达到6.98mm；Z轴的平均旋转误差最大，达到了6.92°。结论本研究通过采集同一标本的CT和MRI数据，利用CT显示精度高、对骨的显示好的特点以及MRI对软组织显示好的特点，取长补短，对CT或MRI数据在个人计算机上进行图像重建，并且结合先进的逆向工程技术，构建了具有骨、关节软骨、半月板及前／后交叉韧带的膝关节。本研究模型清楚显示膝关节周围血管的形态，叁维直观再现了Scapinelli描述的髌周动脉环结构。重建的膝部骨—动脉叁维模型，直观再现膝部动脉走行、分布特点与常用手术入路之间的关系，并能测量其空间距离，有利于帮助判断手术操作对血运的影响程度。可用于改进解剖教学手段，同时利于直观、形象地与临床应用要点相结合地开展教学，利于医学生迅速、准确掌握局部解剖特点。叁维解剖图谱在解剖学教学中可以方便教学，提高教学效率。重建的叁维模型及二维图像可以在普通的个人计算机上使用，帮助学生们直观地理解并记忆各解剖结构，提高学习效率。同时网页版的叁维解剖图谱可以建立虚拟解剖学实验室，实现解剖学的远程教学。本研究采用计算机图像重建技术对患者膝关节进行叁维重建，采用G型臂X线机采集患者膝关节骨结构的运动信息，通过二维／叁维(2D／3D)图像配准技术，将二维动态的X线影像转化为叁维模型的仿真运动，建立膝关节在体稳定性测试系统。利用逆向工程技术可以实现膝关节的位置还原，具有以下优点：1．实验精度高，精度可达到0.1°；2．测量为非接触式，对实验影响较小。3．对于运动范围较大的测试，可采用点云拼接的方法，在实验精度不受影响的情况下实现稳定性评价。本研究建立的膝关节在体稳定性测试精度与逆向工程运动运动还原系统的测试精度无显着性差异，说明本系统可以用于膝关节的在体稳定性研究。但精度不高，今后要注意实验细节，改进实验方法，进一步提高测试精度以更好地服务临床。
舒小秋[6]2006年在《新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的基础与临床研究》文中进行了进一步梳理目的(1)测试自行设计的寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定的生物力学稳定性，并与德国蛇牌SSE挂钩的生物力学稳定性进行对比；(2)测试自行设计的寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定的材料疲劳特性，并与德国蛇牌SSE挂钩的材料疲劳特性进行对比；(3)参照其它颈椎的叁维重建方法，重建环枢椎复合体的叁维图像，因为叁维显示是可视化的核心，只有叁维显示才使可视化成为真正意义上的可视；(4)利用环枢椎复合体结构的叁维模型进行有限元运算，以研究外力作用时环枢椎复合体的内部应力变化以及新型形态记忆合金颈椎夹钩内部应力变化；(5)从临床实践方面分析寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩的治疗效果。从而使基于计算机虚拟技术的力学结果与临床应用相互应证，为寰枢椎不稳的合理治疗提供一种新的有效方法和手段。方法(1)试验分成6组：正常状态组、寰枢椎不稳组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组、德国蛇牌SSE挂钩固定组、德国蛇牌SSE挂钩疲劳组。所有8例标本均参加该6组试验，采用重复测量的方法，依次进行正常对照组试验、寰枢椎不稳无固定对照组试验、寰枢椎不稳德国蛇牌SSE挂钩固定组试验、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩组试验，最后进行疲劳试验。利用SPSS10.0软件包(第一军医大学统计教研室)对测量的结果进行重复测量的方差分析，组间两两比较采用LSD法，差异统计性标准置于0.05。(2)建立上颈椎计算机叁维仿真模型：取一成年男性尸体颈椎(C0-C3)标本，事先通过CT扫描排除标本存在颈椎疾患解剖异常，剔除肌肉等软组织，保留各节段颈椎韧带及关节囊。然后包埋固定标本，在标本上安置寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩，然后标本在64排螺旋CT工作平台扫描，层距1mm。图像通过螺旋CT工作站预处理，以消除金属内固定伪影。扫描结果保存为BMP灰度图。利用64排螺旋CT工作平台PHILIPS计算机系统体素重建法重建上颈椎有效计算机叁维仿真模型，并模拟寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩在上颈椎计算机叁维仿真模型上的安置。(3)根据文献，对材料属性以及单元类型、实常数赋值。模型包含皮质骨、松质骨、终板、椎间盘、小关节、韧带等。划分网格后分别对寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型进行X轴(冠状轴)、Y轴(矢状轴)加载负荷200N，对比寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型在相同载荷下位移和应力分布的变化。(4)临床部分：寰枢椎不稳患者8例，其中男7例，女1例；年龄33～59岁，平均年龄48岁。8例患者中先天性寰枢椎脱位3例，外伤性骨折脱位5例；外伤患者中，2例为齿状突Ⅱ型骨折伴寰椎后脱位，3例为寰椎横韧带断裂伴寰椎前脱位。所有患者术前均做MRI及X线检查，包括正侧位片及开口位片。术前采用颅骨牵引使脱位的寰枢椎复位。术后拆除骨牵引，颈围固定3个月。随访观察并纪录患者术后症状缓解情况。结果(1)在前屈／后伸状态下，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组与德国蛇牌SSE挂钩固定组差异无统计性意义(P=0.595)，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无统计性意义(P=0.239)，其余各组之间差异有统计性意义(P＜0.05)。(2)在侧弯状态下，正常状态组与寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组差异无统计性意义(P=0.053)，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无统计性意义(P=0.575)，其余各组之间差异有统计性意义(P＜0.05)。(3)在旋转状态下，正常状态组、寰枢椎不稳组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组、寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组、德国蛇牌SSE挂钩固定组、德国蛇牌SSE挂钩疲劳组6个组之间，各组之间差异有统计性意义(P＜0.05)。(4)利用64排螺旋CT工作平台执行体素重建法重建上颈椎有效计算机叁维仿真模型；执行分割和边缘处理运算可计算出寰枢椎叁维仿真模型和上颈椎椎体叁维仿真模型；执行组件操作功能模块可模拟寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩在上颈椎计算机叁维仿真模型上的安置。执行模型旋转、移动操作可显示观察椎管内叁维仿真效果。执行计算机和软件自动分割与手动分割相结合，并利用系统自带配准模型库，可重建显示十字韧带、翼状韧带，前纵韧带和椎间盘等结构。(5)Y轴(矢状轴)加载负荷200N后运算出寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的应力分布，以应力等值线图表示。寰枢椎不稳在屈曲条件下的最大应力为38.75MPa，高应力区出现在前柱结构。寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的的最大应力为24.49MPa，前柱结构应力降低，在后柱枢椎棘突固定处以及寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩接触处出现应力升高，记忆合金传递应力效果较好，显示记忆合金内部应力分布均匀：X轴(冠状轴)加载负荷200N，运算出寰枢椎不稳在侧弯条件下应力分布，以应力等值线图表示；运算出寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在侧弯条件下的应力分布，以应力等值线图表示。加载记忆合金前最大应力为45.81MPa，加载记忆合金后最大应力为27.46MPa。寰枢椎不稳在加载记忆合金前出现前柱高应力区，在加载记忆合金后范围缩小，枢椎与第叁颈椎接触处仍有小范围对抗性高应力区(右侧)。后视图显示枢椎棘突在加载记忆合金后抵抗侧弯拉伸应力区域偏向左侧，拉伸应力沿记忆合金内固定传导。(6)8例患者有7例获随访，随访时间6～18个月，平均11.8个月。2例四肢无力、走路不稳及双上肢麻木患者术后完全缓解，1例双上肢无力、麻木患者术后完全缓解，3例外伤性截瘫患者症状明显改善，可自行大小便，1例颈部症状消失。疗效评定采用NASCIS评分标准，7例患者中，疗效为优的患者4例，3例疗效为良。结论(1)寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩组具有良好的术后即时稳定性。其中寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定组与德国蛇牌SSE挂钩固定组屈伸稳定性相当，差异无统计性意义(P=0.595)；侧弯和旋转稳定性差异有统计性意义(P＜0.05)，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩侧弯稳定性(1.45±0.25)不及德国蛇牌SSE挂钩(0.79±0.15)，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩旋转稳定性(5.08±0.68)优于德国蛇牌SSE挂钩(8.01±1.21)。(2)寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩具有与德国蛇牌SSE挂钩大体相当的抗疲劳性能，其中屈伸状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无显着性意义(P=0.239)；侧弯状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异无显着性意义(P=0.575)；旋转状态下寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩固定疲劳组与德国蛇牌SSE挂钩疲劳组差异有统计意义(P＜0.05)，寰枢椎不稳新型形态记忆合金颈椎夹钩疲劳后旋转稳定性(11.34±0.97)优于德国蛇牌SSE挂钩疲劳后的旋转稳定性(16.20±1.00)。(3)寰枢椎不稳在屈曲条件下的最大应力为38.75MPa，高应力区出现在前柱结构。寰枢椎不稳加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后在屈曲条件下的的最大应力为24.49MPa，前柱结构应力降低，显示在加载枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后对抗Y轴(矢状轴)不稳的效应。在后柱枢椎棘突固定处以及寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩接触处出现应力升高，记忆合金传递应力效果较好，显示记忆合金本身具有较好的材料力学特点。寰枢椎不稳在侧弯条件下加载记忆合金前最大应力为45.81MPa，加载记忆合金后最大应力为27.46MPa。显示在加载枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后对抗X轴(冠状轴)不稳的效应。对比寰枢椎不稳上颈椎有限元模型和加载寰枢椎新型形态记忆合金颈椎夹钩后的上颈椎有限元模型在侧弯载荷下应力分布的变化，可揭示寰枢椎不稳在加载记忆合金后稳定性增加，应力峰值降低，应力分布趋于均匀。(4)本组8例患者中先天性寰枢椎脱位3例，外伤性骨折脱位5例，均采用自行研制的记忆合金颈椎后路颈椎夹钩固定，7例随访患者中，疗效为优4例，良3例；术后4-8个月后7例植骨均融合；随访中未发现并发症的发生。记忆合金颈椎后路颈椎夹钩价格低廉，无须特殊工具，固定手术操作简单易行，易于普及。但仍然存在对抗侧弯强度不够的缺点，在以后的研究中有待改进。
王洪伟[7]2013年在《数字化技术在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中的基础研究与临床评价》文中指出背景：脊柱骨折约占全身骨折的5%～6%，致残率较高，对伤病员生活质量及社会产生极大影响。如何更好地预防及救治脊柱骨折成为脊柱外科领域的研究热点。近年来，数字化技术迅猛发展，其在脊柱骨折的预防和临床救治过程中发挥着极其重要的作用。数字化电子病历系统使医务人员可以方便地存贮、检索和浏览病历，方便、迅速、准确地开展各种科学研究和统计分析工作，极大地提高临床科研和救治水平。随着社会工业化进程和人口老龄化的发展，在重庆这种特殊地形的城市，脊柱骨折的流行病学特点是否与既往文献报道相一致有待进一步研究。有限元分析法在脊柱骨折生物力学评价中的应用，为脊柱骨折内固定术式选择提供了更多的理论依据。近年来很多学者提出各种附加伤椎固定的后路短节段内固定术式包括采用单向钉行后路开放椎弓根螺钉内固定术，万向钉经皮椎弓根螺钉内固定术和单节段椎弓根螺钉内固定术治疗脊柱骨折，很多体外生物力学实验证实附加伤椎固定的后路短节段钉内固定术式的生物力学稳定性要优越于传统跨伤椎4钉内固定术式，但既往文献未系统分析脊柱骨折治疗的各种后路短节段内固定术式，尤其较少对比研究单向钉与万向钉在后路短节段固定中的生物力学特点，且大部分实验未对椎间盘压强、椎弓根螺钉及螺钉棒的应力进行分析。众所周知，与传统开放手术相比，微创椎弓根螺钉置入术会给手术医生带来较大的射线损伤，因此我们自主研发了脊柱手术机器人系统代替手术医生进行椎弓根螺钉的置入进而减少射线损伤。脊柱手术机器人系统是脊柱椎弓根螺钉置入研究中的热点，在复杂脊柱畸形如脊柱骨折、脊柱侧弯等的矫正手术的术前计划中，机器人系统的叁维成像和导航技术可使平面影像资料无法看清的结构成为动态的叁维图像，有助于提高术前手术计划和术中手术操作的精确性。我国脊柱椎弓根螺钉置入手术机器人的研发尚处于起步阶段，尚未应用于临床。目的：探讨数字化电子病历在研究创伤性脊柱骨折及跳跃性脊柱骨折的流行病学特点中的作用，分析脊柱骨折椎弓根螺钉置入方式的应用趋势，探讨有限元分析法在后路短节段各种内固定术式生物力学评价中的作用，探讨我们自主研发的脊柱手术机器人在椎弓根螺钉置入术中的可行性研究，发现目前机器人系统存在的问题，进一步完善手术机器人系统。方法：方法一：通过“军字一号”工程电子病历系统回顾性分析2001年1月至2010年12月第叁军医大学附属第一、二医院收治的创伤性脊柱骨折3142例，跳跃性脊柱骨折213例的病历资料。统计患者的性别、年龄、致伤原因、骨折节段、脊髓损伤程度、创伤严重度评分、合并伤、住院时间、住院花费、住院期间并发症、死亡率、医保情况及椎弓根螺钉置入手术方式等。方法二：通过有限元分析法系统评估各种后路短节段椎弓根螺钉内固定脊柱骨折模型在力加载作用下的叁维运动范围、椎弓根螺钉及螺钉棒的Von Mises应力，重点对比分析后路短节段单向钉与万向钉固定脊柱骨折模型的生物力学特点差异，观察脊柱模型在位移加载作用下的叁维运动范围、椎弓根螺钉及螺钉棒的Von Mises应力、固定节段邻近上/下位最大椎间盘压强及其与正常脊柱模型最大椎间盘压强的比值。方法叁：通过脊柱手术机器人系统进行牛脊柱标本椎弓根螺钉钻孔手术操作。术前计划时测量进钉点的进钉角度，进钉点距离棘突正中线的垂直距离。术中在C型臂透视下定位机械臂骨钻与脊柱标本的相对位置，按照术前计划进行螺钉轨迹钻孔，钻孔后放置克氏针在孔道内，记录每个钻孔手术时间及术中透视次数。术后CT扫描评估克氏针的位置情况。结果：结果一：摔伤和车祸伤是创伤性脊柱骨折最常见的两大致伤原因。车祸伤更倾向于引起青壮年创伤性脊柱骨折，高坠伤引起的创伤性脊柱骨折伴合并伤发生率最高。随着年龄增长及年度变化，低坠伤和活动伤引起的创伤性脊柱骨折逐渐增加。胸椎+腰椎是跳跃性脊柱骨折最常见的骨折节段，青壮年颈椎+胸椎跳跃性脊柱骨折发生率明显高于老年人。重物砸伤最常见颈椎+胸椎跳跃性脊柱骨折，且骨折椎体间正常椎体数量在所有致伤原因中最多。后路椎弓根螺钉置入手术是脊柱骨折治疗的主要方式，微创手术百分比逐年增高。结果二：附加伤椎固定的单向钉内固定术的生物力学稳定性要显着优于单纯后路跨伤椎短节段4单向钉内固定术，伤椎固定降低了上、下位螺钉的应力，分散了内固定器械的应力载荷。单向钉跨伤椎4钉固定的螺钉应力最大，万向钉跨伤椎4钉固定叁维运动范围最大。附加伤椎固定的万向钉6钉固定稳定性强于正常脊柱模型且螺钉应力较单向钉固定模型的应力明显缩小。结果叁：脊柱手术机器人系统的基本功能能够满足脊柱外科医生进行椎弓根螺钉位置钻孔的要求，应用脊柱手术机器人进行钻孔操作，每个椎弓根螺钉轨迹钻孔操作的平均时间为(89.5±6.1)秒，术中C型臂X线机平均透视次数为(2.9±0.8)次。术后CT平扫评估克氏针完全位于椎弓根内达到85.0%。结论：结论一：我们要注重预防摔伤和车祸伤导致创伤性脊柱骨折，随着病患年龄增长及年度变化，我们更应该注意预防低坠伤和活动伤。在脊柱骨折诊断中注意重物砸伤引起的长节段跳跃性脊柱骨折，避免延迟诊断和漏诊。加强后路椎弓根螺钉内固定技术及微创技术在脊柱骨折治疗中的研究。结论二：附加伤椎固定的单向钉内固定术的生物力学稳定性优于单纯后路跨伤椎短节段单向钉内固定术，降低螺钉及螺钉棒的应力疲劳。附加伤椎固定的万向钉6钉固定稳定性强于正常脊柱模型且螺钉应力小于单向钉后路短节段固定模型，为我们临床应用微创附加伤椎固定万向钉6钉内固定术治疗脊柱骨折提供了临床依据。结论叁：脊柱手术机器人的能够满足后路椎弓根螺钉置入操作的基本要求，脊柱手术机器人操作钻孔时间短、术中透视次数少，但是脊柱手术机器人的精确性有待进一步加强如需逐步完善虚拟手术系统，构建术中神经电生理监测系统及数字动作捕捉系统等。
王宸昊[8]2012年在《高精度颅颌面手术导航中的关键技术研究》文中研究说明随着科学的发展和社会的进步，越来越多的先进科学技术被应用到医疗领域，微创和计算机辅助逐渐成为外科手术的重要发展方向。手术导航系统是计算机辅助手术的应用，目前已成为新的研究及临床应用热点。它将手术器械和病灶部位实时显示在术前重建的虚拟解剖结构上，在术中为医生实时进行导航，可以提高手术精度，减小手术创伤，降低手术失误率。根据颅颌面外科手术对手术导航系统的需求和研究需要，本文研制了新一代的高精度颅颌面手术导航临床样机系统。本文主要围绕高精度颅颌面手术导航临床样机系统的研制，对其所涉及的关键技术进行了研究，包括立体视觉叁维重建、手术器械定位和颅颌面手术导航系统自配准等技术。本研究的主要创新性结果归纳如下：1.研究了手术器械的标定、识别和重建算法。手术器械的标定包括获取标识点构成的几何结构，以及工作点在这些标识点构成的局部坐标系下的坐标。首先，采用变换手术器械姿态的方式，通过计算机视觉方法进行手术器械标定。其次，采用模板匹配法识别手术器械。再次，提出了手术器械高精度重建算法。传统方法在识别标识点后孤立地将手术器械每个标识点重建，由于受到图像噪声、标定误差和量化误差等因素的影响会导致叁维位置误差较大。本文基于手术器械的刚体结构特性提出了提升器械重建精度的方法，即在手术器械识别后，将手术器械自身结构信息作为约束重建手术器械的所有标识点。此方法不仅能得到更高精度的重建结果，而且能消除抖动误差。2.研制了自配准颅颌面手术导航系统。根据颅颌面解剖特点，发明颅颌面自配准跟踪装置，并基于此装置开发了自配准及跟踪软件。头颅骨标本实验表明，自配准颅颌面手术导航系统精度满足临床需求。使用自配准跟踪装置不会造成额外创伤，并可多次使用。3.研究了手术导航系统中的叁维配准误差。首先通过对配准误差中配准点定位误差、配准点配准误差、目标点配准误差及目标点预测误差的深入研究，发现可通过对配准点空间位置分布进行优化来降低目标点配准误差。其次通过对影像漂移误差、手术导航系统的精度及临床应用误差等方面进行实验与分析，完成了手术导航系统误差传递链的系统研究。4.研究了导航中变形曲面的叁维重建和跟踪。针对双目摄像机，本文提出一种基于线性规划和立体视觉的变形曲面重建方法。针对实际应用中可能出现的单目摄像机情形，本文提出在L∞范数意义下，将单目变形曲面重建问题描述为一系列线性规划问题，从而能有效求取全局最优解；并且提出一种快速求解该问题的算法，提高了算法运行速度。在上述关键技术的基础上，本文研制了颅颌面手术导航临床样机系统。该样机硬件系统包括立体视觉定位仪、手术器械、病灶物体等几个部分，软件系统包括图像采集处理，手术器械标定、识别和重建，医学图像的叁维重建，叁维配准以及术中导航等模块。本文基于头颅骨模型和标本进行了大量实验，实验结果表明研制的手术导航临床样机能够实现手术导航系统的主要功能。该系统在上海市第九人民医院进行了两例临床手术，临床应用验证了该系统基本满足临床手术要求。
刘宗亮[9]2009年在《中国力学虚拟人颈椎建模与基本问题研究》文中指出现代社会,高速交通的迅猛发展、工作节奏的加快以及工作模式的转变,使得颈椎病痛成为困扰人们日常生活的常见病痛;生活水平及患者对生活质量要求的提高,使得脊柱内固定器和人工假体在临床上的需求急剧增加。生物力学模型是研究颈椎伤病的基础,在颈椎伤病研究中占据重要地位。由于颈椎结构的复杂性,组成物质的非均匀性以及用人体做力学试验存在的伦理限制等,近年来在颈椎损伤生物力学研究中,有限元分析方法因对复杂结构分析独有的优势,在脊柱生物力学研究中得到日益广泛的重视与应用。本文正是在这样的前提下,以上海交通大学生物医学制造与生命质量工程研究所承担的国家自然科学基金重点项目“中国力学虚拟人”为依托,建立了人体颈椎的叁维几何模型和有限元模型。利用该模型,对颈部常见运动的生物力学特性进行了分析与探讨,并模拟了颈椎前路融合术及人工假体置换术,以期加深我们对颈椎病伤痛机理的认识,为更加合理有效的进行颈椎创伤手术治疗提供理论依据。同时本文还对表面肌电信号的测量与处理进行了实验与分析,为进一步开展更为深入的颈部“骨-肌”系统运动学、动力学研究奠定基础。本文的主要工作归纳如下:1、构建人体颈椎“骨-肌”系统叁维几何模型。采用医学冷冻层切断层图像与CT扫描数据相结合的方法,通过图像处理,逆向建模等手段,构建了具有精确解剖学结构全颈椎叁维几何模型,包括:寰椎、枢椎、C3-C7段椎骨等全部7块颈椎椎骨;与颈椎相关主要骨骼肌9组25对肌肉的直线模型。为开展后续研究奠定了基础。2、建立颈椎的叁维有限元模型。利用CT灰度值与骨弹性模量之间的关系,确定椎体松质骨和椎体后部结构的材料属性。并参照相关文献为颈椎添加韧带、椎间盘、关节突关节等等软组织和关节,并对颈椎软组织的有限元建模方法进行了研究。3、参照文献中的实验加载条件及结果和现有有限元模型对现模型进行对比验证,从而证明现模型的有效性。在此基础上,对颈椎生物力学有限元研究中的基本力学问题进行了探讨。4、截取下颈椎段模型,对下颈椎的前路植骨融合手术以及人工椎间盘置换手术进行了仿真模拟,预测了不同的手术方法对颈椎稳定性所产生的影响,并针对这两种方案的优劣进行了比较。5、采用NDI运动捕捉系统测量了颈部肌肉的表面肌电信号。通过不同的运动方式与外部载荷条件对表面肌电信号产生的影响,分析了不同肌肉在颈椎运动中所扮演的角色。同时对颈部肌肉采用表面肌电信号预测肌肉力的方法的可行性进行了分析。本文建立的人体颈椎的叁维几何模型和有限元模型,其优势在于解剖学结构的完整性与精确性,同时与前人的模型相比非对称的结构能够更加真实的模拟颈部各种运动状态及受力情况,能够广泛地应用于生物力学研究当中。该模型也为进一步开展颈椎的生物力学研究搭建了一个公共平台。
梅飞雪[10]2006年在《基于人机工程学的计算机辅助产品设计系统研制》文中进行了进一步梳理随着时代的进步、科技的发展，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育和有限元分析等技术在现代设计与制造中发挥着越来越重要盼作用。与此同时，人机工程学的理论研究也日益成熟。但是，人机工程学理论在实际设计生产过程中还未得到很好地应用，特别是如何与成熟的计算机辅助设计技术有机结合，使普通设计人员也能设计出符合人机工程学的产品是研究的一个盲点。尤其在国内，人机工程的研究主要是针对具体案例的分析和改进，而将人机工程技术和计算机辅助设计技术结合起来进行系统研究和开发还很少。本文正是针对这一问题展开了研究。 论文根据我国现有的人体测量数据构建了中国人体数据库框架，以具有世界先进水平的计算机辅助设计软件CATIA为工作平台应用VBA作为二次开发工具建立具有中国人特征的叁维数字化人体模型的方法，并成功地建立了标准中国人叁维人体模型和以参数化设计方法建立了特殊人群的人体几何模型。在此基础上，论文还提出了以人体模型尺寸为驱动的叁维空间布置的计算机辅助设计方法，即当人体尺寸发生变化时系统自动计算设备在特殊环境空间的相对位置。论文最后以汽车座椅在汽车车厢内的空间布置为事例，建立了空间设计的计算机辅助人机工程系统，运用CATIA内嵌的人机工程检测功能验证了该设计方法的实用性和正确性。实现了计算机辅助设计与人机工程学的有机结合。
参考文献：
[1]. 脊柱叁维运动分析及手术可视化系统的研制[D]. 黄文华. 第一军医大学. 2001
[2]. 旋提手法治疗神经根型颈椎病过程中颈椎位移的实验研究[D]. 毕方杉. 中国中医科学院. 2007
[3]. 经皮椎弓根钉螺钉的基础和应用研究[D]. 杨雷. 第二军医大学. 2003
[4]. 基于MSCT的感兴趣血管段CAG最佳视角和冠脉运动估计的研究[D]. 张朝霞. 天津大学. 2011
[5]. 人体膝关节相关数字解剖学研究及在体稳定性测试系统的建立[D]. 李鉴轶. 第一军医大学. 2007
[6]. 新型形态记忆合金颈椎夹钩治疗寰枢椎不稳的基础与临床研究[D]. 舒小秋. 第一军医大学. 2006
[7]. 数字化技术在脊柱骨折椎弓根螺钉置入中的基础研究与临床评价[D]. 王洪伟. 第叁军医大学. 2013
[8]. 高精度颅颌面手术导航中的关键技术研究[D]. 王宸昊. 上海交通大学. 2012
[9]. 中国力学虚拟人颈椎建模与基本问题研究[D]. 刘宗亮. 上海交通大学. 2009
[10]. 基于人机工程学的计算机辅助产品设计系统研制[D]. 梅飞雪. 天津科技大学. 2006
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