Methodology for 3D reconstruction of craniofacial structures and their use in the finite element method
Fecha
2008-06-10
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Descripción
This article describes the implementation of a methodology for 3D reconstruction of craniofacial anatomical structures made up of hard and soft tissues from biomedical images to be used in applications that involve the finite element method in bioengineering. The methodology begins with the development of a biomedical image processing software in DICOM (Digital Imaging Standard for Medical Images) format made in C language that provides the point cloud of the anatomical structure, from which the structures are constructed and optimized. surfaces that are finally those that make up a solid that can be exported to ANSYS 10.0r. This process was carried out using the geometric modeling software ProENGINEER WILDFIRE 3.0r and GID 8.0r. Structures such as jaw, temporal bone and some dental pieces were reconstructed satisfactorily, retaining their anatomical characteristics, obtaining a geometric model that allowed biomechanical simulations to be carried out using the finite element method in ANSYS 10.0r. The methodology implemented provided a greater capacity for detail in the geometric modeling of anatomical structures, and in turn made it possible to carry out a biomechanical application without incurring simplifications such as the omission of the spongy bone and the inadequate allocation of the mandibular mechanical properties, so that The quality of the results could be affected. Although the validation of the study was carried out from the action of an orthodontic device on the jaw, the methodology developed could be applied to the evaluation of other problems involving different anatomical structures.
Este artículo describe la implementación de una metodología para la reconstrucción 3D de estructuras anatómicas craneofaciales conformadas por tejidos duros y blandos a partir de imágenes biomédicas para ser utilizadas en aplicaciones que involucren el método de elementos finitos en bioingeniería. La metodología inicia con el desarrollo de un software de procesamiento de imágenes biomédicas en formato DICOM (Digital Imaging Standard for Medical Images) realizado en lenguaje C que provee la nube de puntos de la estructura anatómica, a partir de la cual se construyen y optimizan las superficies que finalmente son las que conforman un sólido que puede ser exportado a ANSYS 10.0r. Este proceso se llevó a cabo utilizando los software de modelación geométrica ProENGINEER WILDFIRE 3.0r y GID 8.0r. Se reconstruyeron estructuras como mandíbula, hueso temporal y algunas piezas dentales de manera satisfactoria, conservando sus características anatómicas, obteniendo un modelo geométrico que permitió efectuar simulaciones biomecánicas por medio del método de los elementos finitos en ANSYS 10.0r. La metodología implementada proporcionó una mayor capacidad de detalle en la modelación geométrica de estructuras anatómicas, y a su vez posibilitó la realización de una aplicación biomecánica sin incurrir en simplificaciones como la omisión del hueso esponjoso y la inadecuada asignación de las propiedades mecánicas mandibulares, de modo que se pudiera afectar la calidad de los resultados. Aunque la validación del estudio se realizó a partir de la acción de un dispositivo de ortodoncia sobre la mandíbula, la metodología desarrollada podría aplicarse a la evaluación de otros problemas que involucren estructuras anatómicas diferentes.
Este artículo describe la implementación de una metodología para la reconstrucción 3D de estructuras anatómicas craneofaciales conformadas por tejidos duros y blandos a partir de imágenes biomédicas para ser utilizadas en aplicaciones que involucren el método de elementos finitos en bioingeniería. La metodología inicia con el desarrollo de un software de procesamiento de imágenes biomédicas en formato DICOM (Digital Imaging Standard for Medical Images) realizado en lenguaje C que provee la nube de puntos de la estructura anatómica, a partir de la cual se construyen y optimizan las superficies que finalmente son las que conforman un sólido que puede ser exportado a ANSYS 10.0r. Este proceso se llevó a cabo utilizando los software de modelación geométrica ProENGINEER WILDFIRE 3.0r y GID 8.0r. Se reconstruyeron estructuras como mandíbula, hueso temporal y algunas piezas dentales de manera satisfactoria, conservando sus características anatómicas, obteniendo un modelo geométrico que permitió efectuar simulaciones biomecánicas por medio del método de los elementos finitos en ANSYS 10.0r. La metodología implementada proporcionó una mayor capacidad de detalle en la modelación geométrica de estructuras anatómicas, y a su vez posibilitó la realización de una aplicación biomecánica sin incurrir en simplificaciones como la omisión del hueso esponjoso y la inadecuada asignación de las propiedades mecánicas mandibulares, de modo que se pudiera afectar la calidad de los resultados. Aunque la validación del estudio se realizó a partir de la acción de un dispositivo de ortodoncia sobre la mandíbula, la metodología desarrollada podría aplicarse a la evaluación de otros problemas que involucren estructuras anatómicas diferentes.