概述
Jajal Medical 公司使用 Simpleware 软件将患者的扫描数据（如CT、MRI）转换为适用于可视化和规划复杂手术的 3D STL 格式和有限元（FE）模型。数字化手术规划有助于降低手术期间意外并发症的风险、缩短手术室（OR）时间、节省资金以及改善临床结果和患者满意度，因此此类工作流程变得越来越有价值。
在这个案例中，患者被确诊为毛霉菌病，导致左上颌骨大面积缺损，Jajal Medical 需要为其优化个性化的上颌植入物设计。过程中运用到 Simpleware 和 Ansys 两款软件。
亮点
- 使用 Simpleware ScanIP 导入和可视化 CT 扫描，分割出骨骼
- 使用 Ansys 软件进行骨骼/医疗器械间的交互模拟
- 3D 打印患者特定骨骼模型和个性化植入物
- 虚拟手术规划协助最终的手术和植入
3D可视化和分割
采用适当层厚的高分辨率 CT 扫描数据可视化上颌解剖结构及邻近区域。在 Simpleware ScanIP 软件中导入 CT 数据，执行分割并重建 3D 解剖模型，帮助外科医生更好地可视化和理解手术。
个性化植入物的设计
鉴于患者左侧上颌骨骼明显缺失，在 Geomagic Freeform 软件中以健康的右侧作为参考设计上颌植入物。然后将健康的右侧上颌骨镜像并与现有上颌重叠。这种方法有助于在缺损处重建上颌骨，确保对称性和美观。此外，在植入物的表面添加孔可以达到减重效果。考虑到牙齿康复，同时将标准基台的印模也合并到植入物中。
有限元分析
最终位置确定后，将文件加载到 Ansys 软件中处理。Jajal 采用有限元方法解决涉及复杂几何形状的医疗结构问题，虚拟模拟实时加载条件、评估植入物应力和疲劳，继而帮助优化设计。对个性化的上颌植入物与上颌骨一起分析，研究植入物的设计安全性和性能表现。在 Ansys 中进行真实加载条件下的虚拟仿真，了解植入物设计上的应力情况。结果显示植入物上的 Von Mises 应力为 93.29 MPa。
然后根据有限元分析的结果进一步优化该设计，从而达到满意的理想植入物设计状态。这次设计优化后，第二次设计测试的 Von Mises 应力降低到 46.645 MPa，将此模型应用到手术植入中。
3D 打印和结果
手术规划和植入物获得批准并最终确定后，通过 3D 打印方式制造植入物和患者骨骼。骨骼模型采用塑料材质，植入物为医用级金属钛，最终版的植入物会成为实际手术的一部分。由此预先规划手术方法，通过患者特定模型辅助实现精确重建，从而缩短手术时间，加速患者康复。
参考
- 更多信息和致谢请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/maxillary-implant-design.html