精准微创个体化医疗、3D打印及计算机导航技术在骨科临床的研究进展

随着近年来3D打印、有限元分析及计算机导航技术迅速发展, 为智能精准微创个体化医疗尤其是骨科临床应用提供了路径和方法. 本文首先对当前精准微创的个性化医疗发展趋势, 以及3D打印和有限元分析在骨科的临床应用进行介绍, 并详细探讨了计算机导航技术在骨科中的临床应用价值和存在的不足, 最后对未来3D打印和骨科计算机导航技术的发展趋势进行了展望.     

3D打印结合内固定模型库辅助复杂胫骨平台骨折精确化内固定手术

本研究旨在通过应用3D打印导航模板辅助复杂胫骨平台骨折内固定植入手术, 提高内固定手术的精确性. 采用5例正常膝关节尸体标本进行Schatzker V型骨折造模, 骨折模型进行CT扫描三维重建, 结合钢板模型库进行虚拟个性化内固定手术. 根据虚拟的优化内固定手术方案设计并3D打印个性化导航模板, 引导现实的骨折标本内固定手术. 通过虚拟术前规划(术前)和标本实验(术后)的螺钉长度、进钉点位置以及方向的对比分析来评估内固定效果, 结果提示本实验获得了优化、精确的内固定效果. 螺钉长度差异为(0.89±2.94)mm, p>0.05; x, y和z轴进钉点差异分别为(1.19±1.31), (1.73±1.31)和(1.22±0.88)mm, p>0.05; 冠状面(x-y)和横断面(x-z)的投影角差异分别为(2.99±2.98)°和(1.57±5.13)°, p>0.05. 以螺钉长度、进钉点位置和钉道投影角进行评估术前和术后的钉道差异, 结果提示二者无明显差异. 在钢板模型库和个性化导航模板的辅助下可以获得理想和精确的内固定植入方案, 提高个性化内固定手术的精确性和有效性     

髋臼四方区解剖型自锁定钢板的数字技术设计

为探讨使用数字技术设计新型髋臼四方区自锁定解剖型钢板, 采集宁波市第六医院影像科2020年1月至2020年12月, 25~50岁正常男女骨盆CT数据, 选择中位数的骨盆CT作为模型. 将CT数据依次导入Mimics 21.0软件和Unigraphics NX软件, 生成三维骨盆模型. 用CAD软件画出钢板螺钉dwg格式二维图像后导入Unigraphics NX软件, 建立stl格式钢板螺钉三维模型, 设计钢板厚2.0~3.0mm, 实心皮质骨螺钉Ф3.5/5.5mm. 在三维空间视图中, 将钢板螺钉装配到骨盆模型, 重点观察三维透视图、钉道纵轴切面图、螺钉与钢板的锁定角度, 校对功能固定区、定位孔、阻挡孔、固定孔、应力桥、滑动槽等指标, 优化钢板形态和螺钉钉道, 一块钢板同时固定髋臼四方区、臼顶负重区、前后柱、前后壁. stl格式数据输出至打印机, 3D打印钢板, 装配到骨盆模型, 校对钢板与骨盆的匹配度, 确定最优化的图像数据. 根据患者骨盆CT导出的数据, 用Unigraphics NX软件建立三维骨盆模型, 可灵活设计钢板螺钉, 精度达到0.2mm, 即刻修改钢板螺钉形态数据, 虚拟内固定. 数字技术设计不再需要手工标本测量和CT图像测量, 可提高新型内固定装置的设计效率, 为个性化骨科内植物设计、精准固定手术提供了新路径.     

快速高仿真人骨有限元几何建模—–基于Mimics、Geomagic及Ansys软件的应用

综合运用Mimics、Geomagic及Ansys软件, 探讨快速、高度仿真、具有通用性意义的不同类型人骨的有限元建模方法. 采集长骨(股骨)30例、不规则骨(胸椎)10例及扁骨(骨盆)10例的薄层CT扫描数据, 在Mimics中进行图像编辑及三维重建. 实验分设3组, 分别为传统方法组、改良方法组及快速建模组. 快速建模组由Geomagic进行模型网格简化, 在Mimics中进行体积恢复, 运用Ansys命令流进行快速网格划分, 在Mimics中赋予材料属性后进行最简单的有限元分析. 比较3组的建模时间、仿真程度, 并进行统计分析. 结果发现: (1)快速建模组具有建模时间少、仿真程度高及网格质量高等显著优势; 统计分析表明, 快速建模组与其他2组具有显著性差异. (2)在Geomagic中进行模型简化的主要参数“Target Edge Length”为2.0mm(规则骨), 1.5~ 1.8mm(不规则骨); 模型体积/简化网格数为1.50±0.92(股骨)、2.86±0.84(骨盆)、0.36±0.05(胸椎). (3)可以通过Geomagic处理后模型体积/原模型体积的立方根或者二者的回归函数来进行体积恢复. 研究结果表明, 基于逆向工程软件Geomagic的人骨有限元建模方法具有快速、高仿真、高成功率及通用性等优势, 推广价值较高.     

基于绝热多米诺逻辑的三值移位寄存器设计

通过对三值移位寄存器和绝热多米诺电路的研究,提出了一种具有左移右移并入并出功能的三值绝热多米诺移位寄存器的设计方案.首先根据开关信号理论设计了具有复位功能的三值绝热多米诺D触发器,实现寄存器移位寄存功能;然后设计了具有数据选择功能的T运算电路,此电路具有3种切换功能;最后在此基础上进一步设计了4位三值绝热多米诺移位寄存器,实现三值绝热多米诺移位寄存器的级联.经HSPICE仿真验证,所设计的电路具有正确的逻辑功能及显著的低功耗特性.     

3D技术在大跨度机械臂监控系统中的应用研究

针对传统的视频监控对于大跨度机械臂存在视角盲点的问题,研究了3D技术在大跨度机械臂监控系统中的应用,提出了利用嵌入式3D技术来提升监控视角覆盖范围的方法. 该方法通过3D Studio Max软件对拥有大跨度机械臂的桥梁检测车进行实体建模,在嵌入式Android平台上利用OpenGL ES函数库对3D模型重新渲染,为机械臂模型各关节的运动暴露传感器控制接口. 实验结果表明,3D技术的应用不仅可以克服传统视频监控的视角局限,而且在监控画面的逼真程度上得到了一定的提升.     

基于RTD和HEMT的D触发器设计

共振隧穿二极管(RTD)作为一种新的量子器件和纳米电子器件,具有负内阻、电路功耗低、工作频率高、双稳态和自锁等特性,可突破CMOS工艺尺寸的物理极限,在数字集成电路领域有更为广阔的发展空间.针对RTD的特性,采用3个RTD串联的单双稳态转换逻辑单元(MOBILE)和类SR锁存器,设计了基于RTD和HEMT(高电子迁移率晶体管)的D触发器.较于其他研究的D触发器,该D触发器能有效降低电路的器件数量和复杂度,且能抗S、R信号的延时差异干扰,具有更稳健的输出.     

机器学习在心血管疾病辅助诊断中的研究:现状与未来进展

心血管疾病具有高发病率、高住院率、高致残率、高死亡率等特征,伴随高额的治疗疾病负担,早期准确诊断心血管疾病意义重大.以机器学习(ML)为代表的人工智能心血管疾病辅助诊断技术为诊断心血管疾病提供了新方法.基于ML疾病诊断技术日趋成熟,且在各类心血管疾病中取得诸多进展,包括冠心病、心力衰竭及心律失常等.本文综述了ML在心血管疾病辅助诊断中的技术背景和研究现状,分析了该领域在临床转化应用方面的挑战,并对未来研究进行了展望.     

髓芯减压联合陶瓷骨植入治疗中早期股骨头坏死的临床研究

本文旨在评估髓芯减压联合陶瓷骨植入治疗股骨头坏死的临床疗效, 并与单纯髓芯减压手术进行对比. 纳入第一作者所在医院骨科自2015年1月至2017年8月收治的早期股骨头坏死患者32例(40髋). 采用随机数表法将患髋随机分为A、B两组: A组20例, 行单纯髓芯减压术; B组20例, 行髓芯减压联合陶瓷骨植入手术. 术后每3个月通过影像学检查及查体对患者进行随访, 依据X线片结果将影像学分为进展及稳定两个等级. 髋关节功能评分采取Harris评分(Harris Hip Score, HHS). 记录两组数据并进行对比分析. 所有手术均顺利, 无围手术期严重并发症发生. 单纯髓芯减压组12髋(60.0%）影像学稳定, 髓芯减压联合陶瓷骨植入组18髋(90.0%)影像学稳定, 二者具有统计学差异(p=0.032). 两组术后HHS均较术前明显提高, 髓芯减压联合陶瓷骨植入组术后平均HSS为92.1分, 显著优于单纯髓芯减压组(HHS: 82.2, p=0.008). 按照HHS评分等级, 髓芯减压联合陶瓷骨植入组髋关节功能优良率为95.0%, 显著高于单纯髓芯减压组(70.0%, p=0.046). 髓芯减压联合陶瓷骨植入手术的临床疗效优于单纯髓芯减压手术, 可以作为治疗早中期股骨头坏死的有效方法.     

乳晕周围双环切口多区段乳腺切除缩乳术的配合

1　临床资料10例患者 :年龄 18～ 4 1岁 ,平均 2 6岁 ,7例未婚 ,3例已婚育 ,并根据ＬＡＬＯＲＩＥ(1988年 )巨乳分型 ,6例为中度 ,4例为轻度 ,术后每例切除组织重量 0 .3～ 0 .8ｋｇ,术后效果较满意 .2　手术配合重点2 .1术前准备(1)心理护理 .心理护理是促进手术成功的重要因素 .整形病人对自身的私密性及要求较一般手术要求更高 ,另外对手术室具有恐惧感 .因此手术护士要热情大方 ,态度诚恳 ,与病人交谈时应消除戒备心理 ,表示对女性审美的同感 ,以消除病人紧张情绪 ,并简要介绍手术方式及术后的情形 ,增强其对手术的信心 ,保持良好的心态…     

基于电路三要素理论的四值同步可逆计数器设计

通过对电路三要素（信号、网络和负载）理论和五值代数理论的研究,提出了四值D触发器的元件级结构设计方案．根据可逆计数器的功能特性,采用该四值D触发器设计了具有复位功能的四值同步可逆计数器．PSPICE模拟验证所设计的电路具有正确的逻辑功能．     

基于CTGAL电路的低功耗十进制复位计数器设计

通过对计数器和钟控传输门绝热逻辑电路工作原理及结构的研究,提出一种带复位功能的低功耗十进制计数器设计方案.新方案利用CTGAL电路钟控传输门对输入信号进行采样,然后通过自举操作的NMOS管和CMOS-latch结构对输出负载进行全绝热方式充放电,并通过计数器预置复位端结构实现进制可变计数器的设计.PSPICE的模拟结果表明：所设计的电路具有正确的逻辑功能,在相同工作频率下,与传统CMOS电路实现的十进制计数器相比,平均节省能耗约82%.     

右手持拍男性乒乓球运动员脊柱形态特征的研究

旨在研究比较右手持拍男性乒乓球运动员与普通男性大学生的脊柱形态差异. 利用DIERS光学三维脊柱分析仪各测量了40名男性大学生的脊柱参数. 研究发现右手持拍男性乒乓球运动员的骨盆倾斜距离、脊柱冠状面偏移距离、躯干倾角、脊柱偏移距离、脊柱矢状面偏移距离以及脊柱矢状面偏移角度与普通男性大学生相关指标表现出显著性差异(P<0.05); 右手持拍男性乒乓球运动员胸曲后凸角和腰曲前凸角均值低于普通男性大学生, 但无显著性差异(P>0.05). 结果表明, 乒乓球运动员的脊柱形态产生一定程度的变化可能与其长时间进行单侧的大强度训练有关.     

三维迷宫的设计与建模

三维迷宫在难度和趣味性上达到了一个更高的水平.通过改进二维迷宫的生成算法,提出了循环迷宫的概念和迷宫复杂度公式.进而,提出一种基于四边形网格曲面的三维迷宫设计算法.该算法分3个步骤:首先,将给定的三维曲面四边形网格化;再确定迷宫的起点和终点,采用基于生成树的二维迷宫生成算法,在网格表面生成迷宫路径;最后,将迷宫实体化为三维结构,并与原始三维模型做布尔运算,得到三维迷宫.通过3D打印机制造出个性化的三维迷宫玩具,大大增强了迷宫的趣味性,改善了用户体验.     

MPC850最小系统的硬件设计

介绍MPC850芯片的两个主要模块:嵌入式处理器模块和通信处理模块.设计了基于MPC850最小系统硬件系统,它包括系统时钟、复位电路、存储器电路及串行通道和接口.实际应用显示该系统效果良好.     

Fe-Cu/AC非均相催化剂制备及CWPO法深度处理印染废水

采用浸渍法制备Fe-Cu/活性炭非均相催化剂,利用EDS、XPS、BET等测试方法对催化剂进行表征.结果表明,催化剂表面Fe和Cu主要以Fe₂O₃和CuO形式分布在活性炭的微孔内.Fe-Cu/活性炭非均相催化剂用催化湿式过氧化氢氧化法（CWPO）对印染废水进行深度处理时,CWPO工艺处理出水COD_Cr去除效率比普通AC/H₂O₂工艺高,去除率可从普通工艺的17.03%提高到34.84%,出水水质基本达到《污水综合排放标准》（GB18978-2002）一级B标准.得到的最佳处理工艺条件为:双氧水质量分数0.075%,水力停留时间（HRT）2 h,反应塔每周冲洗1次,每次冲洗3 h.