内摩擦角是什么?莫尔法(Mohr)又是什么?
粘性土的康健强度指标(内摩擦角和),由于受剪切时的条件、应力历史等因素的影响,在选择抗剪强度指标是,要考虑地基或土体的排水条件,加载前土体的固结情况,加载速度的快慢等现场工程条件。例如,在饱和粘性土地基上用较快速度修建建筑物,可采用三轴仪不固结不排水剪或直剪仪快剪试验的强度指标cu,即yu=0,以总应力法分析饱和粘性土的短期稳定性。对建成多年的建筑物地基,由于地基图本身已经得到充分固结,需要考虑在其上快速加高,或对于来临的非常荷载,如地震荷载,当地基土体透水性和排水条件不佳时,则可采用固结不排水或古结慢剪的强度指标。一般认为,由三轴固结不排水试验确定有效应力强度指标c'和y'宜用于分析地基的长期稳定性。
近年来,颅面部结构的三维测量与重建在口腔医学领域越来越受到人们的重视,它对颅面生长发育的研究、口腔正畸治疗的诊断设计、正颌外科的手术设计、术后疗效的评价以及手术疗效的预测方面等都有十分重要的意义。早在19世纪就有学者开始着手进行颌面部三维结构的重建和测量了。由于相对躯体其它部位来说,牙颌颅面结构与能较为复杂,所以,传统的两维分析方法很难对颅面三维结构进行精确的测量和分析。近10多年来,由于计算机、电子、光学及图象处理等技术的迅速发展,进一步推动了三维测量及三维重建的研究及应用,并被广泛应用于医学、空间测量、机械加工等各个领域。
在口腔医学领域,颅面部三维结构的测量及重建方法,归纳起来主要有以下几个方面:
1、生物立体测量:
立体摄影测量是在口腔医学中应用最早的一种立体测量方法,用于研究牙颌面结构的生长变化及畸矫治的研究。70至80年代,已有许多学者将立体测量技术与计算机图形技术结合起来,应用于颅颌面畸形的诊断与治疗设计中,用来研究颌骨畸形、颜面不对称、正颌外科术后颜面变化、颜面生长发良等方面,但此法需要专门的照相机,且操作步骤复杂,难以得到普及推广。
2、摩尔云纹法:
莫尔等高法(Moire Topography)是一种非接触测量方法,其原理是两组周期性栅格重叠在一起而非接触地产生物体的等高线图象。70年代初期,该方法被用于医学领域中,获得了人体的莫尔等高条纹,随后此方法被应用于脊柱侧弯及颜面畸形的计测和矫治。在口腔医学领域,莫尔条纹等高法已在颅颌面生长发育、颜面对称性、颞颌并节、唇腭裂三维形态分析等方面得到应用,这种方法与被摄物体无法接触、价格低廉、操作相对简单。电子扫描和取样技术代传统的光栅观测方法,获得了更加清晰的莫尔条纹,此即扫描莫尔成图法,建立了莫尔条纹的实时测量方法,并在颅颌面三维形态的研究方面取得了较广泛的应用。
莫尔条纹等高法的缺点主要有以下几个方面:1、此方法并不十分适用于过于平缓或陡峭的平面;2、灵敏度较低,患者面部南非涂染料;3、需人机对话,且头颅位置需严格定位,否则,云纹片严惩失真。
3、形态分析法:
这是一种用三维照片来记录的一种方法。在这一方法中,头部的位置由一个记录性装置按标准化位置固定,其中三个Cartesian参照片面保持在恒定的位置。用病人的照片,X线片以及牙合模型建立一个面部模型,从而可以在三给立体平面真实准确地进行分析。由于这些装置非常的复杂而昂贵,技术要求非常费时间,所以并不能用于日常的医疗实践。
4、激光打描技术:
这种方法提代了一种非介人性面部三维重建的方法,激光束由激光发生器照射到病人面部,反射光可由一个摄像机华倾斜地接收。Moss于1987年采用氦氖激光研制的三维测量系统获取面部的三维信息,该系统具有分辨率高、非接触及低放射剂量等优点,精度可达0.5mm;同时CT重建硬组织结构,并观察正颌外科手术后面型的预测。McCance的研究小组,设计出病人在计算机控制下旋转,激光束照射到面部的弯曲线条每隔2.8°就被记录一次,而面部中心处则每隔1.4°记录一次。这一方法与常规的X线及照像比要慢得很多,因为需要扫描面部15秒钟。在扫描期间整个面部的变化和姿势的改变都会使部分的扫描结果失真。
5、CT辅助三维重建:
80年代中期,CT辅助建立三维图像和头颅结构模型被引入到颌面部手术中,并在头颅解剖学、颅面畸形、创伤、肿瘤及涎腺等方面等到应用,它还可用于正颌外科手术方案的设计及术后面部三维形态的预测。这种方法可获得面部各个层面的数字化图像,每一层面之间都有一定的间隔,这些图像经计算机处理它可重建为三维图像。其缺点是病人需要处于较高剂量的X线之中,不适合正颌外科手术的长期观察和评价。由于CT层面相隔在5mm以上,这之间的一些结构将不能显示,另外软组织的情况也不能较好的显示,而且所需仪器设备昂贵。
6、立体印刷成像技术:
应用CT扫描断面并由计算机以一定顺序数字化为三维图像。每一个层面由计算机处理,根据计算机的资料建立为多聚物层片,各个层面由紫外光固化聚合为一个整体。层片中间某些部分也可以是空心的,这样最后模型也是空心的。这种三维重建模型需要较高的技术,以及丰富的医学经验的熟练的操作。
7、超声波三维图像:
超声波图像是利用超声波的反射而建立的图像系统,因此反射的超声波必须被检测出来并转化为数字化信息。这一方法的最大缺点是超声波并不能穿越空气,不管是反射还是传播。这种方法还需要一个特殊的探测器用业产生三维图像。
8、三维立体摄像技术:
这是一种近年发展起来的一种生物三维测量系统。它的原理是应用立体摄像机和特殊的闪光系统,快速地(小于1秒)获得图像资料,采用荷藕联器(CCD)的数码相同直接输入计算机并进行处理。由于价格不贵,它在口腔医学领域将具有巨大的应用前景。与其它的的三维重建不同,这一方法是真正意义上的软组织三维重建,可以把人体面部显示于重建的三维立体模型之中,模型可在计算机中旋转和放大,并且可以根据矫治设计进行三维测量,其精度可控制在0.5mm以内。
近来,首都医科大学附属北京口腔医院正畸科为临床诊断与治疗的需要,研制开发出了数字化颌面部软组织三维测量与重建系统;该系统采用先进的数字化摄影系统,应用4台数码机摄取面部的三维信息,并开发出了可用于口腔正畸面部三维诊断与评价的软件系统。
该系统的硬件系统由以下几个部分组成:坐标控制场、数字化的景立体摄影系统、计算机、专业3D显示卡(带偏振光立体眼镜)。数字化近景立体摄影系统由四台改装后的kodak DC 265数码相机、两台光栅投影仪、两台外接闪光灯、同步拍摄控制装置、两个大型摄影架、头托和升降椅等组成。
软件系统包括面部软组织三维重建软件和面部软件组织三维测量软件。在面部重建中,被拍摄者面部 图像由数码相机来记录,数码相机对所拍摄的两幅面部图像先存入计算机,然后由专业3D显示卡拟合成一幅图像。专业3D显示卡将两幅图像存在两个显存上,并且厅以在显示器屏幕上分别显示,戴上显示卡的立体眼镜便可以看到这幅图像的立体图形。
4台数码相机拍摄3次:第一次用4台相机拍摄,用外接闪光灯;第二次用2台相机拍摄,用左侧光栅;第三次用2台相机拍摄,用右侧光栅。使用4台数码相机两个相机对的目的是为了把面部左右侧面全部拍摄下来。4台相机第一次拍摄的4张照片用于面部软组织三维重建;第二次和第三次拍摄的4张照片用于重建面积软组织三维立体网纹数据库模型,利用显示卡和所开发的软件系统可以将重建面部进行上下左右范围的连续旋转。
面部软组织的三维测量的基本原理为,被拍摄物体的立体像对与实物有着严格的对透视关系。若将此立体像对的相互关系恢复到摄影状态(即完成像对的相对定向),并将立体像对的影像进行投射,则同名光线两两相交,从而构成与实物相同的光学模型。在这一光学模型上与被拍摄物体对应进行三维测量,以获取所需的测量数据,这就是面部软组织三维测量的基本原理。
简单概括一下,本系统的主要优点及特点主要有以下几个方面:
1、 可同时进行面部软组织三维重建和测量,既可以进行测量项目的测量,又可以形象化的三维观测与储存;
2、 操作非常简便,操作时间短,在数秒之内就可完成4台相机的拍摄过程,可以保持央部重建和测量的精度不受时间影响;
3、面部软件组织三维测量的精度在0.5mm以内,足以满足面部软组织三维测量要求和需要;
4、可以在计算机中迅速完成面部软组织三维重建并进行显示观测;
5、被拍摄者不会受到任何有害的射线(如X射线);
6、所需设备不昂贵,无任何消耗性材料,成本较低,因此在临床治疗中有广泛的应用前景。
随着计算机技术和数字照相技术的飞速发展,必将带动三维重建和测量系统的进一步提高和发展,也必将使颌面部的三维重建和测量被更加广泛地应用在口腔正畸面部三维结构的定量评价、有助于俣理有效矫治计划的制定以及治疗疗效的预测;在正颌外科领域,有助于手术方案的确定以及术后颜貌三维结构变化的预测,并对人们更加深入地认识颅面结构的生长发试育规律及其控制机制等方面有着广泛的应用前景。