概述 理解如何维持气道通畅的基础是咽部被动机械变形对上气道塌陷的作用进行分析。本项研究首先在 Simpleware 软件中使用 CT 扫描数据创建了精细的 3D 解剖模型，然后采用有限元分析（FEA）方法研究变形情况。结果与体内试验及文献报道吻合较好，可以作为更全面地模拟人上气道塌陷和治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的起点。 亮点 从 CT 获取人体上气道图像数据在 Simpleware ScanIP 中重建 36 个不同的解剖结构在 Simpleware FE 中生成有限元网格并施加内气道压力边界条件在 ANSYS Workbench 中进行气道变形模拟 图像处理和网格生成 采用多层螺旋 CT 扫描仪获取一例 79 岁男性的正常气道 CT 扫描数据。通过 Simpleware ScanIP 对 DICOM 文件进行三维重建和分析。对整个图像应用二值化的中值滤波以降低噪声；采用噪声曲率流滤波器促进区域内平滑、抑制区域间平滑、去除噪声，增强灰度边界。对36个单独的组织、骨骼、软骨、韧带、肌肉和膜的解剖结构进行分割。采用递归高斯平滑对分割后的结构进行平滑处理，进一步降低噪声水平，减弱锐利的边缘。将模型的下侧裁剪至声带附近，从而减少 FEA 的计算需求。 图：用于 FEA 的三维模型渲染图。每个数字和不同颜色代表特定的解剖结构。 使用 Simpleware FE 创建由正四面体单元组成的网格，进行局部网格细化和额外的网格改进措施。多部分网格在接触界面上具有共享节点，在气道壁上定义的节点集施加内气道压力边界条件，并在立方体域边界与模型的界面处定义节点集；在这里也采用了固定边界条件。 模拟结果 划分的网格和节点集以 .cdb 格式导入 ANSYS Workbench 进行模拟。在 Image J 中分析横截面积，证明网格已收敛。在小变形的限制下估算被动咽部组织的性质，以线性弹性作为合理假设。 在不同气道压力下分析口咽部和腭咽的横截面积，确定大气压（零）附近的面积随压力的变化斜率，并与已发表的放松状态下已麻醉正常人的体内实验数据进行比较。研究结果提供了新的理解，有助于进一步基于图像建模研究，也有助于针对口腔压力治疗设备进行新型医疗器械设计。 图：在基于三维 CT 的人咽部有限元模型中，整体和定向局部变形的矢状断面视图。（A）总变形；（B）横向变形；（C）前后向变形；和（D）垂直向变形 参考 致谢请参考英文原文；Carrigy, N.B. et al., 2016. Simulation of muscle and adipose tissue deformation in the passive human pharynx. Comput Methods Biomech […]

简介 引导骨组织再生（guided bone regeneration，GBR）是一种口腔种植骨增量技术，在骨缺损区利用屏障膜维持空间并阻挡增殖较快的上皮细胞和成纤维细胞长入，保证增殖速度较慢的成骨细胞优势增长而形成骨。随着增材制造（常被称为“3D打印”）技术的发展，可利用计算机辅助设计（computer aided design，CAD）设计出与患者颌骨形态贴合并且具有预期骨增量水平的个性化钛网模型，在激光的作用下通过材料逐层累积将其“打印”出来，最终将这种个性化骨增量钛网用于引导骨组织再生手术。与传统钛网相比，增材制造的个性化骨增量钛网更加贴合骨缺损部位，极大缩短手术时长并降低钛网暴露率，尤其适用于大面积、解剖形态复杂的骨缺损病例。 个性化骨增量钛网工艺研发 对于增材制造个性化骨增量钛网产品，研发工程师与口腔种植科的临床医生和影像科医生组建钛网项目团队，经由主治医生获得患者的影像数据（CBCT产生的“.DICOM”数据）及其对患者预期骨增量的要求，同时主治医生还会提供患者的口内扫描数据、修复体和种植体规划数据等作为钛网设计的参考模型。研发工程师将“.DICOM”数据导入到Simpleware Scan IP软件中进行解剖结构的三维模型重建，包括患者骨缺损处的颌骨、邻牙及牙根、神经管（下颌病例）并将其导出为“.STL”格式的三维模型。使用光敏树脂材料将带邻牙的颌骨模型增材制造出来，用于个性化骨增量钛网的试配。以口腔修复为导向，根据主治医生预期骨增量要求，以及钛网与邻牙、神经等解剖结构的位置关系，同时考虑固定钛网用的钛钉尺寸和位置，设计出钛网的轮廓面。在Solidworks 软件中将钛网网孔的单胞结构填充于钛网轮廓面上并增加钛网的厚度为0.3~0.4 mm，导出“.STL”格式的钛网模型。下图显示了个性化骨增量钛网的设计模型及其与颌骨、钛钉和骨粉配合在一起的示意图。个性化设计出来的钛网模型可以进行有限元分析和静力学计算，以评估钛网植入后的生物力学性能。 图：个性化骨增量钛网的增材制造 图：个性化骨增量钛网设计模型，包括有严重骨缺损的下颌骨、个性化骨增量钛网、钛网固定钛钉和人工骨粉 在完成钛网的CAD设计和CAE仿真后，将钛网模型（“.STL”格式）进行增材制造工艺支撑和打印布局的设计，钛网及其工艺支撑按照25μm厚度进行切片，切片后的数据导入至增材制造设备MLab中，使用医用纯钛材料进行增材制造，所得产品在热处理后进行线切割和去支撑，经过打磨后进行喷砂处理，最后进行超声清洗以及灭菌杀毒，使用无菌包装将其封闭。主治医生在种植手术时将个性化骨增量钛网拆除包装直接植入患者口腔，在手术完成后拍摄即刻CBCT。 骨缺损颌骨三维重建和个性化骨增量钛网设计 根据每位患者的CBCT数据三维重建生成骨缺损颌骨模型，使用光敏树脂材料增材制造出用于个性化骨增量钛网试配和术前评估；依据临床要求对骨缺损颌骨进行“数字雕刻”，即通过模拟现实中蜡型雕刻方式制作数字化的模型，设计出满足预期骨增量要求的“完美”颌骨，在此基础上完成个性化骨增量钛网的模型设计。相较于传统钛网，采用“全程数字化”技术设计和制造的个性化骨增量钛网更贴合患者牙槽骨形态，避免了术中需要折弯剪裁的复杂步骤，节省大量手术时间；个性化骨增量钛网适合多种复杂骨缺损病症，为引导骨再生手术提供稳定的成骨空间，实现了种植术后功能重建和美学的可预期性。 图：由患者CBCT数据重建而成的骨缺损颌骨和个性化骨增量钛网模型 为了提高设计效率同时有效减小“金属伪影”对模型尺寸精度的影响，工程师开发出基于神经网络的深度学习算法，对目前已处理的200多例患者CBCT数据进行精准标注和训练，产生预训练模型用于解剖结构的分割、检测和分类任务，最终实现自动生成骨缺损颌骨和邻牙的精准三维模型。 结论 根据患者的解剖结构和预期的骨增量水平定制式设计出个性化骨增量钛网，通过有限元分析对钛网的设计模型进行验证，通过增材制造的工艺将其生产出来，同时在生产过程中增加“随炉试样”用以验证钛网成品的理化性能。增材制造的个性化骨增量钛网可以获得满足临床应用要求的性能，其临床上的长期有效性有待钛网植入后进一步的随访观察。 参考 张立强：增材制造个性化骨增量钛网的工程实现。中国口腔种植学杂志 2021 年 12 月第 26 卷第 6 期，第354~361页。

患者个性化外科手术规划 360 Knee Systems 公司专注为全膝关节置换手术提供创新的技术解决方案。他们与骨科医生通力合作，提供动态、实用、针对患者的规划和模拟解决方案。 借助于 Simpleware 软件，360 Knee Systems 开发了针对患者的术前计划，这些计划依赖于创建患者骨骼几何结构的准确描述，以解决全膝关节置换手术的固有挑战。 特点 获取患者骨骼 CT 扫描结果在 Simpleware 中生成患者骨骼的三维模型进行分析和仿真科技使外科医生能够对患者进行个性化分析，从而优化手术计划和程序基于模拟的输出设计患者的个性化导板 生成3D模型 360 Knee Systems 获取患者髋部、腿部和踝关节骨骼的CT扫描，并将其导入 Simpleware ScanIP 中生成 3D模型，捕捉解剖结构的不同细节，达到了高质量和高细节的水平。然后使用 Simpleware CAD 模块执行基本的 CAD 操作，在患者解剖结构内定位植入物。精确的模型确保了模拟能够真实地进行。 图：Simpleware ScanIP中的膝关节分割 标注 为了能够更轻松地执行可重复性的操作，360 Knee Systems 与 Simpleware 的服务团队合作编写脚本，如优化分割过程和标记扫描的骨骼。在模拟中需要用到标志点创建轴和参考，因此精确的标志点是结构分析的关键。脚本的使用则大大减少了此任务所需的手动工作量。 图：在Simpleware ScanIP中为分割后的膝关节设置标志点 创建规划和导板 外科医生使用在 Simpleware ScanIP 中生成的 3D 模型为患者创建个性化导板。每个导板都是根据该患者的特定骨骼结构量身定做，旨在帮助医生确定合适的手术切口。360 Knee Systems 运用这些模型为膝关节植入物的最佳放置位置提供术前规划，外科医生也可以在术前就熟悉患者的骨骼结构。3D 打印的导板可以用来演示植入物的髌骨、股骨和胫骨组成部分的精确切割位置。 参考信息 致谢和更多信息请参见英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/knee-replacement.html

概述 对于希望虚拟重现主动脉夹层疑难病例患者主动脉内血流这个目标来说，Simpleware ScanIP 是一个不可或缺的宝贵工具，它不仅能够准确地提取这些患者复杂的主动脉几何结构，而且还提供了重要的形态和功能信息，这对于建模工作流程至关重要。 亮点 开发工作流程实现由非侵入性临床数据获得主动脉夹层的个性化计算流体力学（CFD）模型使用 Simpleware ScanIP 从 CT 图像中提取三个复杂研究个案患者的特定结构使用 ANSYS® CFX 完成 CFD 模拟，提供的血流动力学方面见解可以增强临床认识、支持决策过程。 介绍 主动脉夹层（AD）是一种可危及生命的血管疾病，发病率和死亡率都很高。在 AD 中，主动脉内膜层的撕裂导致血液在血管壁内流动，产生两个或更多流道，真腔（TL）和一个或多个假腔（FL）被内膜皮瓣（IF）隔开。主动脉夹层的形态高度复杂且具有患者特异性，通常由多个IF撕裂表现为曲折的FL与TL相连。这种复杂的环境产生异常的血流动力学应力（如压力和剪切应力），从而驱动疾病演变。目前，成像技术无法准确评估体内血流动力学。然而，临床图像和计算流体动力学（CFD）的结合可以提供重要的预后见解，从而支持这种危及生命疾病的临床决策过程。 工作流程说明 开发主动脉夹层 CFD 模型生成和个性化的工作流程。涉及的步骤： 利用 Simpleware ScanIP 重建患者特定主动脉的 CT 扫描几何结构为模拟特定患者主动脉的血流动力学包络调整 CFD 模型的边界条件在 ANSYS 软件中求解计算模型并进行结果的后处理 借助Simpleware ScanIP进行结构分割 将临床 CT 扫描的 DICOM 文件直接导入 Simpleware ScanIP 中，采用中值滤波处理，降低图像的“椒盐”噪声。对于以主动脉及其主要分支为代表的感兴趣区域，首先采用自动阈值算法（即 floodfill）分割，然后手动细化，以准确描述 IF 及其撕裂。为消除像素伪影，对生成的掩模采用平滑算法，然后通过 Simpleware ScanIP 中的自动工具垂直于脉管中心线裁剪，从而创建 CFD 模型的流入和流出边界。然后将患者特定的主动脉夹层面模型作为建立模型导入 ANSYS®软件。 图：主动脉夹层的分割：（a）CT数据的渲染；（b）平滑后的分割掩模；（c）模拟中使用的三维模型 图：对3个研究案例进行几何重构，箭头表示内膜瓣内撕裂的位置 CFD模型的设置和个性化 CFD […]