基於 CT 影像並使用有限元分析最佳化客製上顎植入物設計

概述

Jajal Medical 公司使用 Synopsys Simpleware 軟體可協助將病患掃描數據（例如 CT、MRI）轉換為適合視覺化和規劃複雜手術的 3D STL 格式和有限元 (FE) 模型。數位化手術規劃工作流程可降低手術期間意外併發症的風險、從而減少手術室 (OR) 時間，並節省資金以及改善臨床結果和患者滿意度，因此變得越來越有價值。

在本文案例中，患者被確診為毛黴菌病，導致左上頜骨大面積缺損，Jajal Medical 使用 Simpleware 軟體和 Ansys 軟體最佳化客製的上顎植入物設計。

亮點

使用 Simpleware ScanIP 導入和視覺化 CT 掃描並分割骨骼
使用 Ansys 軟體模擬骨骼/醫療設備交互
3D 列印患者特定骨骼模型與客製化植入物
虛擬手術規劃用於協助最終手術和植入

3D 視覺化和分割

使用足夠切片厚度的高解析度 CT 掃描來視覺化上顎骨解剖結構和鄰近區域。在 Simpleware ScanIP 軟體中匯入 CT 數據、執行分割並重建 3D 解剖模型，以幫助外科醫生更好地視覺化和理解手術。

圖：使用 Synopsys Simpleware 軟體分割顱骨 CT 數據。

客製化植入物設計

由於患者左側上顎骨骨質流失明顯，因此以健康的右側為參考，在 3D 設計軟體中設計上顎植入物，將健康的右上顎骨鏡像並與現有上顎骨重疊，這種方法有助於重建缺損處的上顎骨，確保實現對稱性以獲得更好的美觀效果，此外還在植入物表面上添加孔，以幫助減輕重量。考慮到牙齒康復，也將標準基台的印模合併到植入物中。

圖：客製化上顎植體設計。

有限元分析

最終位置確認後，將檔案載入 Ansys 軟體中處理，Jajal 使用有限元方法來解決涉及複雜幾何形狀的醫療結構問題，虛擬模擬即時負載條件、評估植入物應力和疲勞，以幫助最佳化設計，對客製化的上顎植入物和上顎骨進行分析，以了解植入物的設計安全性和性能。在 Ansys 中執行實際負載條件的虛擬模擬，以了解植入物設計上的應力。結果顯示植入物設計上的 Von Mises 應力為 93.29 Mpa。

然後根據有限元結果進一步最佳化該設計，實現了理想的植入物設計，經過此設計最佳化，第二個測試設計的 von Mises 應力降低至 46.645 Mpa，並將模型用於手術植入。