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基于机器学习的鸡、牛骨颗粒micro ct原位可视化鉴别

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农业机械学报 2023年第4期54卷 394-398,438页

作者：朱瀛高冰史卓林解茹越刘贤韩鲁佳中国农业大学工学院北京100083

不同种属动物源肉骨粉的快速鉴别分析技术是加强饲料监管、防范疯牛病传播的重要保障。为了探索使用显微X射线计算机断层成像技术(micro computed tomography,micro ct)快速鉴别分析不同种属动物源肉骨粉的可行性,本研究以制备的哺乳动... 详细信息

不同种属动物源肉骨粉的快速鉴别分析技术是加强饲料监管、防范疯牛病传播的重要保障。为了探索使用显微X射线计算机断层成像技术(micro computed tomography,micro ct)快速鉴别分析不同种属动物源肉骨粉的可行性,本研究以制备的哺乳动物源牛骨颗粒和非哺乳动物源鸡骨颗粒各100个作为样品集,以不同相对位置鸡、牛骨颗粒以及鸡骨颗粒中牛骨颗粒质量分数约0.97%分别制备验证集,使用Bruker Skyscan 1275 micro ct对所有样品进行扫描和图像重构(管电压80 kV、管电流125μA,图像分辨率10μm,重构灰度图像灰度阶为0~255,对应X射线吸收系数为0~0.035);提取不同骨颗粒样品的感兴趣区域进行图像分割,并结合PLS DA和SVM DA机器学习算法分别构建鸡和牛骨颗粒分割模型。研究结果表明,鸡、牛骨颗粒图像分割感兴趣区域灰度区间为165~255,基于PLS DA和SVM DA模型的鸡、牛骨颗粒鉴别交互验证总准确率均为94%,验证集样品的micro ct三维原位可视化表征结果经验证与样品实际结果一致。结果表明,micro ct结合PLS DA和SVM DA机器学习算法进行哺乳和非哺乳动物源骨颗粒的鉴别分析是可行的。本研究为不同种属动物源饲料的快速、无损鉴别提供了新的三维原位可视化表征手段。

关键词：动物源骨颗粒鉴别 micro ct 三维原位可视化机器学习

micro ct对标本三维立体重建优势及在骨关节炎动物模型中的应用

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中国组织工程研究 2022年第12期26卷 1931-1936页

作者：杜龙龙袁普卫杨威李雪枫高启萌陕西中医药大学陕西省咸阳市712046 广州中医药大学广东省广州市510006

背景:骨关节炎的病理进程中有多种因素共同作用,包括滑膜炎症、软骨丢失、软骨下骨损害、骨质增生等,其具体机制尚未明确。micro ct是一种非破坏性成像工具,可以形成样本的高分辨率3D图像,实现骨和软骨的相关结构和功能的研究、疾病进... 详细信息

背景:骨关节炎的病理进程中有多种因素共同作用,包括滑膜炎症、软骨丢失、软骨下骨损害、骨质增生等,其具体机制尚未明确。micro ct是一种非破坏性成像工具,可以形成样本的高分辨率3D图像,实现骨和软骨的相关结构和功能的研究、疾病进展和治疗的定量评估及对比增强软组织成像。通过micro ct扫描骨关节炎动物模型,可以明确在骨关节炎病程中关节、关节软骨、软骨下骨、滑膜、血管等组织的病理变化,有利于骨关节炎病理进展的研究。目的:归纳总结micro ct在骨关节炎动物模型的关节、软骨、软骨下骨、滑膜、骨内血管的成像方法及研究展望,为骨关节炎的病理机制变化研究提供新的方法。方法:通过检索中国知网、Web of Science、Embase、PubMed、万方等数据库,英文关键词为"Osteoarthritis,micro ct,Pathology"等,中文关键词为"骨关节炎,micro ct,病理"等,选取相关性强,发表年限较新的合格文献进行综述。结果与结论:(1)micro ct在关节、软骨、软骨下骨、骨内血管都有较好的成像表现,成像方法成熟,改变传统病理切片破坏组织整体性、步骤繁琐的缺点。(2)micro ct在滑膜的成像方面尚未有文献报道,但在如脂肪、肿瘤等软组织的成像中有着不错的表现,对滑膜的成像在未来有研究前景。(3)micro ct可以对标本进行三维立体重建,打破常规二维病理切片的局限性,为骨关节炎的病理机制研究提供新的模式。

关键词：骨关节炎 micro ct 动物模型病理软骨软骨下骨骨内血管综述

正畸加载对自体移植牙的牙周组织影响的micro ct研究

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正畸加载对自体移植牙的牙周组织影响的Micro CT研究

作者：杜文婷山东大学

学位级别：硕士

自体牙移植术(autotransplantation)是将自体牙完整摘出,再植于自身其他的缺牙部位。某些自体移植牙因受植区间隙不足或牙槽嵴宽度、高度不足等原因,需将供牙低于(牙合)平面或者旋转一定角度放置,因此,手术后需要应用正畸的方法对其进... 详细信息

自体牙移植术(autotransplantation)是将自体牙完整摘出,再植于自身其他的缺牙部位。某些自体移植牙因受植区间隙不足或牙槽嵴宽度、高度不足等原因,需将供牙低于(牙合)平面或者旋转一定角度放置,因此,手术后需要应用正畸的方法对其进行扭正或近远中颊舌向的牵拉,或牙齿压低伸长的调整。这种因受到再植区条件限制而不能放置到正常位置的自体移植牙,后期是需要通过正畸治疗将其调整到正常位置的。即便自体移植牙的位置正常,临床上也常遇见牙弓内其它部位牙齿需要正畸移动的情况,此时,自体移植牙就需要被纳入矫治系统。近期有研究表明早期咀嚼刺激会减少骨粘连的发生率,并且提出通过正畸装置控制适宜的力值,对移植牙进行早期加载,会提高其移植后的成功率。显微ct(micro computed tomography,micro ct)技术是一种新型的采用X线成像原理进行超高分辨率三维成像的设备,可以在不破坏样本的情况下,对骨骼,牙齿和各种生物材料进行超高分辨率X线成像,获得三维图像,并可以进行结构,密度和力学定量分析。本实验采用新型的micro ct技术对正畸加载后的自体移植牙进行研究,描述正畸加载对自体移植牙牙周组织的影响,为提高自体移植牙的成功率提供参考。【目的】本研究构建动物模型,在移植后不同时程加载自体移植牙,并设置对照组,拍摄micro ct,对牙齿及其周围牙周组织进行超高分辨率的X线成像,获得高精度三维图像,进行形态学观察,并对结构和密度进行定量分析,从而推断正畸加载对自体移植牙的牙周愈合的影响,为临床自体牙移植参考依据。【方法】选择8只健康成年雄性犬作为研究对象,犬龄均约为12月龄,体重在10-12kg。使用2%盐酸氯胺酮配合速眠新混合肌注麻醉后,进行牙齿的移植手术。选择两侧上颌中切牙进行实验,将牙齿拔出后对牙槽窝进行适当修整,将两牙齿交换植入对侧牙槽窝中,并与邻牙进行结扎固定。一周后拆除结扎固定装置并行常规根管治疗。在移植后的第一周,第四周,第八周及第十二周对左侧中切牙进行加载,力值为3oz。将右侧未加载的移植牙和未移植的加载支抗牙设为实验对照组,同时设立正常牙的空白对照组。在加载后一个月处死动物,获取所需牙齿及包括其周围牙周组织的骨块,拍摄micro ct,利用数字化软件对牙齿及牙槽骨进行分析,并完成三维重建。比较不同时程加载的自体移植牙牙周组织预后的差异,以及实验组与对照组的牙周组织的差异性变化。【结果】 1临床牙周状况检查正畸加载与未加载的自体移植犬牙,在术后均未出现松动或者脱落现象。但根据术前及术后的牙周探诊检查发现,未正畸加载及正畸加载的移植牙其牙周袋都较术前加深,且牙龈附着较术前有一定程度的丧失,属于活动性位点,但未移植的牙齿加载后与正常牙齿的牙周状况变化不大,表明正畸加载对牙周组织的影响相对较小,而自体牙移植手术对牙周状况有一定的影响。 2 micro ct检测 2.1形态结构的观察自体移植牙拍摄micro ct并进行三维重建后发现在自体牙移植术后第一周进行正畸加载的移植牙,在形态学上未见出现骨粘连,部分区域出现少量的牙根吸收,根尖区牙槽骨密度减低明显,骨小梁排列较紊乱;自体牙移植术后四周及八周进行正畸加载的移植牙,在形态学表现上无明显差异,未出现明显的骨粘连,牙根吸收少见,牙周膜间隙增宽不明显,根尖区牙槽骨密度减低不明显,骨小梁排列较均匀;自体牙移植术后十二周进行正畸加载的移植牙,牙周膜间隙变窄或消失,牙根部多区域发现骨粘连。设为对照组的未加载的自体移植牙,几乎未见牙根吸收的出现,但部分区域牙周膜间隙变窄甚至消失,可见骨小梁直接与牙骨质连接。对未移植的正常牙进行正畸加载一个月后未见明显牙根吸收,根尖区牙槽骨密度与正常牙无明显差别。 2.2骨结构参数比较第一周加载的移植牙,其骨小梁数目(Trabecular number,Tb.N)最少,骨小梁间隙(Trabecular spacing,***)最大,即离散度最高,表明此时骨组织的重建最少。由骨体积分数(Bone Volume Fraction,BVF)及骨表面积体积比(Bonesurface/bone volume,BS/BV)量化结果可见,移植牙在第四周与第八周进行正畸加载其骨小梁体积占骨体积的比重较大,与正常牙及未加载的移植牙相差不大,说明第四到第八周时骨小梁重建基本完成,牙周骨组织恢复最好,牙槽骨组织部分重建;到第十二周Tb.N及***都有所下降,表明有骨粘连的发生。通过各个骨结构参数比较发现,第四周开始进行正畸加载的移植牙根尖区5mm范围的“感兴趣区”(region of interest,ROI)其BVF,BS/BV,Tb.N三个参数值均在较高水平,且***值最低,提示根尖区骨小梁破坏最少,骨小梁离散度低。【结论】 1.采用犬

关键词：自体牙移植正畸学 micro ct 动物实验犬

平纹编织复合材料micro ct成像试验与纤维束识别方法研究

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平纹编织复合材料Micro CT成像试验与纤维束识别方法研究

作者：钱浩国防科学技术大学

学位级别：硕士

本文以复合材料在高超声速飞行器结构中的应用为背景,以构建复合材料微观结构与宏观力学性能间的关系为研究背景,开展了平纹编织复合材料的micro ct成像试验、微观结构分析及纤维束分割方法研究。介绍了micro ct成像原理,分析了影响复... 详细信息

本文以复合材料在高超声速飞行器结构中的应用为背景,以构建复合材料微观结构与宏观力学性能间的关系为研究背景,开展了平纹编织复合材料的micro ct成像试验、微观结构分析及纤维束分割方法研究。介绍了micro ct成像原理,分析了影响复合材料micro ct成像质量的因素,提出了基于灰度及形态特征融合的纤维束分割方法和基于NSct(Non Subsampled Contourlet Transform,非下采样轮廓波变换)域边缘检测的纤维束分割方法。该方法的结果为量化、统计分析复合材料微观结构特征和构建复合材料微观结构与宏观力学性能间的关系奠定了基础。本文从试验件制备开始,进行了平纹编织复合材料的成像试验。分别介绍了基于吸收衬度和相位衬度成像的micro ct成像原理。结合平纹编织复合材料编织结构特点,说明了micro ct切片的选取方法。针对所获得的micro ct切片图像,在射线源焦点尺寸、管压及伪像等方面分析了影响复合材料micro ct成像质量的因素。通过真空导入和先驱体浸渍裂解工艺分别制备了聚合基(E-Glass/Epoxy、C/Epoxy)和陶瓷基平纹编织复合材料层合板(C/SiC)。针对这三种复合材料,通过选取合适的micro ct设备参数获得了不同分辨率下的micro ct图像。利用灰度值统计方法分别对经过预处理后的三种材料micro ct切片图像进行了微观结构特征分析。平纹编织复合材料微观结构分析结果显示出正交两束纤维(经线束和纬线束)存在相交边界模糊问题以及平行两束纤维(经线束或纬线束)存在挤压边界模糊问题。为了解决正交两束纤维相交边界的分割问题,提出了基于灰度及形态特征融合的纤维束分割方法。该方法涉及三级特征融合过程,对首次灰度阈值分割的结果进行纹理特征分割,然后对分割结果进行第二次精细化阈值分割,最后对分割结果进行形态学修正得到正交纤维束分割结果。两种典型材料的micro ct切片图像分割结果表明该方法能准确分割出经线束和纬线束。为了解决平行两束纤维挤压边界的分割问题,在正交两束纤维束分割结果的基础上,提出了基于NSct域边缘检测的纤维束分割方法。该方法通过NSct边缘检测方法提取平行两束纤维束的边缘,采用矩形窗口对纬线束区域进行标定,随后根据矩形窗口中占空比与长宽比的关系来判断是否存在挤压情况,接着采用Harris角点检测算法对挤压两束纤维进行角点检测并判断拐点,最后通过矩形窗口的中轴线来寻找到中轴线最短的两个点并用直线连接得到平行两束纤维束挤压边界的分割结果。本文的研究工作为micro ct清晰成像提供重要参考、为三种典型复合材料的micro ct图像微观结构特征分析结果为今后相同复合材料的分析提供参考依据、为复合材料微观结构特征的定量分析和自动化分析奠定基础。文中提出的平纹编织复合材料微观结构特征分析方法以及纤维束分割方法也适用于其它编织复合材料。

关键词：平纹编织复合材料 micro ct 微观结构纤维束分割

下颌第一前磨牙根管形态的micro ct研究

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下颌第一前磨牙根管形态的Micro CT研究

作者：戴海峰南京医科大学

学位级别：硕士

实验一带根面沟下颌第一前磨牙Ⅴ型根管形态的micro ct研究目的:使用micro ct技术研究离体带根面沟下颌第一前磨牙Ⅴ型根管系统形态。方法:收集58颗带根面沟下颌第一前磨牙,运用micro ct扫描后三维重建牙齿及根管系统形态,观测根管类型... 详细信息

实验一带根面沟下颌第一前磨牙Ⅴ型根管形态的micro ct研究目的:使用micro ct技术研究离体带根面沟下颌第一前磨牙Ⅴ型根管系统形态。方法:收集58颗带根面沟下颌第一前磨牙,运用micro ct扫描后三维重建牙齿及根管系统形态,观测根管类型,Vertucci Ⅴ型根管分叉位置及角度,统计侧副根管发生率及位置,并对颊、舌根管根尖孔位置、管壁厚度及根管直径三方面进行比较分析。结果:带根面沟下颌第一前磨牙根管最常见类型为Vertucci Ⅴ型,发生率为55.2%,有1例罕见4根管类型:1-3-4-3型;分叉至釉质牙骨质界距离为6.13 mm,其舌侧根管偏离主根管角度为29.89°;Ⅴ型根管颊舌两根管在根尖孔位置、管壁厚度及根管直径三方面均有统计学差异(Pmicro-ct 研究目的:使用micro ct技术比较下颌第一前磨牙Ⅰ型根管及Ⅴ型根管的根管解剖形态。方法:收集50颗未带根面沟下颌第一前磨牙,运用micro ct扫描后三维重建牙齿及根管系统形态,观测根管类型,统计其Ⅰ型根管侧副根管发生率及位置;测量根尖孔位置、管壁厚度及根管直径,并与Ⅴ型根管进行比较分析。结果:未带根面沟下颌第一前磨牙根管最常见的类型为Vertucci Ⅰ型,发生率为94%,未带根面沟Ⅰ型根管与带根面沟Ⅴ型根管颊舌两根管在根尖孔位置、管壁厚度及根管直径三方面均有统计学差异(P<0.05)。结论:不带根面沟下颌第一前磨牙Ⅰ型根管发生率最高,其与带根面沟Ⅴ型根管颊舌两根管在根尖孔位置、管壁厚度及根管直径三方面均有统计学差异,因此了解两种根管解剖差异,具有重要临床意义。

关键词： micro ct 下颌第一前磨牙根面沟 Ⅴ型根管形态 micro ct 下颌第一前磨牙 Ⅰ型根管形态 Ⅴ型根管形态

micro ct应用于新生儿腭裂组织表面三维形态观察的研究

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Micro CT应用于新生儿腭裂组织表面三维形态观察的研究

第九次全国口腔医学计算机应用学术会议暨“口腔医学计算机技术新进展”学习班

作者：吴国锋第四军医大学口腔医院口腔修复科

目的:尝试建立一种新型腭裂组织表面三维建模方法,用于探索新生儿唇腭裂组织表面三维发育变化趋势。方法:临床随机选取双侧完全性唇腭裂新生患儿作为实验对象,观察随访18个月。在患儿出生当天,应用专用腭裂托盘与牙科硅橡胶制取患儿上... 详细信息

目的:尝试建立一种新型腭裂组织表面三维建模方法,用于探索新生儿唇腭裂组织表面三维发育变化趋势。方法:临床随机选取双侧完全性唇腭裂新生患儿作为实验对象,观察随访18个月。在患儿出生当天,应用专用腭裂托盘与牙科硅橡胶制取患儿上颌腭裂印模,灌注腭裂石膏模型。后续取模时间点设为患儿出生后第2周、第3周、第4周、第6周、第8周、第4个月、第5个月、第6个月、第12个月、第16个月和第18个月。应用micro ct(西门子Inveon micro,德国,第四军医大学口腔医学院实验仪器中心)对腭裂石膏模型进行断层扫描,扫描范围为长轴≤57.00mm、直径≤57.00 mm,电压80kv,电流500VA,扫描分辨率55um,曝光时间800ms,360°下全景扫描。应用micro ct系统软件Simens COBRA-Exxim软件对数据进行重建,生成"DICOM"文件。将"DICOM"文件导入逆向工程软件Mimics(Materialise公司,比利时)中,经灰度调节,计算等程序后最终形成腭裂表面数字化模型,文件以".stl"格式保存。结果:首次成功应用micro ct扫描系统获得12个新生儿腭裂组织表面数字化系列模型,所有三维模型形态清晰,范围完整。在Geomagic逆向工程软件工作平台上,腭裂三维模型可以可沿X、Y、Z轴方向任意旋转,观测各个视角。还可对模型牙槽骨段体积、表面积、任意区域间线距、角度等进行测量计算。结论:microct可以获得较理想的腭裂组织表面数字化模型。microct最小扫描层厚可达5um,扫描对象不受模型复杂程度影响,并且一次性就能完成扫描,能真实的反应模型实际情况。该方法具有快捷、能长期储存的优点。在唇腭裂新生儿期腭裂组织表面形态学研究中有推广应用前景。

关键词： micro ct 新生儿腭裂三维形态

应用micro ct检测国产开放式口腔CAM制作全冠精度的实验研究

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应用Micro CT检测国产开放式口腔CAM制作全冠精度的实验研究

第九次全国口腔医学计算机应用学术会议暨“口腔医学计算机技术新进展”学习班

作者：鲁莉施生根刘树生杨建中首都医科大学附属北京朝阳医院解放军306医院北京胜为弘技数控装备有限公司华中科技大学工程中心

目的:在军队医院临床高新技术重大项目支持下(项目编号:2010gxjs053),应用micro ct对基于国产工业资源的开放式口腔CAM系统完成的全冠适合性进行检测,以验证现有国产工业技术应用于口腔CAM系统的可行性,推进口腔CAD/CAM系统国产化进程... 详细信息

目的:在军队医院临床高新技术重大项目支持下(项目编号:2010gxjs053),应用micro ct对基于国产工业资源的开放式口腔CAM系统完成的全冠适合性进行检测,以验证现有国产工业技术应用于口腔CAM系统的可行性,推进口腔CAD/CAM系统国产化进程。方法:使用3shape’s Dental System 2009(3shape A/S公司,丹麦)获取天然牙全冠预备后的基牙数字化模型,扫描设备自带CAD软件进行牙冠设计,采用华中多轴联动编程系统2.0版(武汉华中科技大学工程中心,中国)进行牙冠数据处理,生成可加工的实体模型,应用TX-5/2200五轴叶片加工中心(北京胜为弘技数控装备有限公司,中国)完成全冠加工,使用micro ct(XM-Trace r-225,中国科学院高能物理研究所)扫描获取代型和全冠的间隙,测量修复体与牙预备体间的垂直距离。结果:,预备体肩台和全冠边缘的间隙平均值为74.6μm,预备体颊面、舌面、近中面、远中面和全冠的间隙平均值为80μm,预备体颌面和全冠的间隙平均值为139.8μm。结论:国产工业资源的开放式口腔CAM系统完成的全冠,其边缘适合性和冠内适合性上可以接受,证明国产工业技术应用于口腔CAM系统的可行性,推进了口腔CAD/CAM系统国产化进程。

关键词：口腔CAD/CAM系统 micro ct 适合性

基于micro ct多孔介质重构的两相流动孔隙尺度模拟

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基于Micro CT多孔介质重构的两相流动孔隙尺度模拟

高等教育学会工程热物理专业委员会第二十一届全国学术会议

作者：刘振宇吴慧英上海交通大学机械与动力工程学院

深刻认识多孔介质内流动传输特性具有重要的科学意义及工程价值,本文对复杂多孔介质内的气液两相流动过程进行孔隙尺度模拟。基于二维micro ct扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质物理模型,其孔隙尺寸为微米/毫米量级;基于Shan-Chen... 详细信息

深刻认识多孔介质内流动传输特性具有重要的科学意义及工程价值,本文对复杂多孔介质内的气液两相流动过程进行孔隙尺度模拟。基于二维micro ct扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质物理模型,其孔隙尺寸为微米/毫米量级;基于Shan-Chen多相格子Boltzmann方法 (LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型。结果表明,气液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力系数对两相流动特性也将产生影响。

关键词：孔隙尺度 micro ct 多孔介质两相流数值模拟

基于micro ct多孔介质重构的两相流动孔隙尺度模拟

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基于Micro CT多孔介质重构的两相流动孔隙尺度模拟

高等学校工程热物理第二十届全国学术会议

作者：刘振宇吴慧英上海交通大学机械与动力工程学院

关键词：孔隙尺度 micro ct 多孔介质两相流数值模拟