基于螺旋CT构建人体骨盆三维有限元模型

目的 利用作者所在研究所自行开发的两种图像处理软件GETCT和MedGraphics，构建骨盆三维有限元模型。方法 CT图像处理、截面轮廓线信息处理、数字有限元分析。结果 准确快速的建立了人体骨盆的三维有限元模型。结论 利用上述两种软件以及一些现有的软件可以准确，快速地构建人体骨盆的三维有限元模型，并进行计算。有限元分析结果表明该方法可用于构建骨盆有限元模型。     

基于MRI切片的人体复杂结构的三维建模方法

目的：探讨使用Mimics软件构建包含皮肤、肌肉、脂肪以及骨骼的复杂三维人体模型的方法及意义。方法：利用MRJ（MagneticResonanceImaging）切片通过MIMICS软件分别建立人体骨骼、肌肉、脂肪、皮肤等几何面模型，准确表达人体组织和器官的复杂几何结构；将组织和器官的几何面模型导入到MAGICS中进行面网格划分，通过ANSYS软件将面网格转化为体网格，得到人体各器官和组织的三维几何体模型；进而给骨骼、肌肉、脂肪、皮肤分别赋予材料特性（弹性模量和泊松比等），可以模拟真实人体组织和器官的物理属性。结果：利用MIMICS的布尔运算将各部分组织和器官进行组装，得到人体复杂结构的三维实体模型。结论：与目前常用的基于几何学的人体模型建模方法相比，使用该方法建立的三维实体模型可以完全模拟人体器官和组织的真实结构，等效程度高、建模速度快。所建立的数学模型可以直接用于3D打印、模具制造及等效假人的运动学和力学分析。广泛应用于医学、人机工程学等领域。     

基于CT图像构建的腰椎三维有限元模型

背景：与实验生物力学研究相比,有限元分析方法具有独特的优越性。如何准确地构建腰椎节段有限元模型是有限元分析的关键。 目的：建立人体腰椎三维有限元模型用于生物力学分析。 方法：利用GE 64排螺旋CT对成年男性腰部进行扫描,得到351层DICOM格式断层图像,应用Mimics软件进行三维重建,将所得模型以.stl格式导入Solidworks,生成实体模型,最后导入Ansys赋予材料属性并划分网格,得到便于分析的有限元模型。与体外生物力学实验数据对比,完成模型验证。 结果与结论：成功地建立了表面光滑、外观逼真的腰椎有限元模型。该模型共有144 411个节点,88 742个单元,具有较高的准确性,且可以方便地施加约束和载荷,进行有限元分析。为临床腰椎三维有限元模型建立提供了一种精确而实用的方法,所建模型可以用来模拟腰椎生物力学实验。     

基于"中国数字人"切片和CT数据重建下颌骨的对比研究

目的：探索快速重建人体下颌骨三维模型的方法，比较常用CT资料重建与切片资料重建骨组织的优劣差异。方法：获得虚拟人数据集，并取虚拟人数据中下颌骨部分的切片资料和CT资料分别进行软件的三维重建。结果：利用切片资料建立了较之CT资料更为精细准确的人体下颌骨三维模型。结论：采用应用软件重建方法快速可行，而且利用虚拟人的切片数据建立了高度精确的下颌骨三维模型。     

CroweⅣ型髋关节发育不良骨盆有限元模型的构建

背景:骨骼生物力学数字有限元分析方法,因其有限元模型作为虚拟标本可重复使用而不被破坏,可以降低实验成本。目的:探索一种利用三维有限元软件快速建立骨盆三维有限元模型的方法,并对发育性髋关节脱位患者假髋臼周围的受力情况进行初步分析。方法:采用发育性髋关节脱位患者的骨盆CT数据,在Mimics10.0软件中进行三维重建面网格划分,在Ansys10.0软件中进行体网格划分后导入Mimics10.0中赋予材料属性,从而建立发育性髋关节脱位患者的双髋臼半骨盆有限元模型。在Ansys10.0中,模拟患者患侧单下肢站立的情况对假臼关节面施加静力载荷,对该模型进行初步的力学分析及验证。结果与结论:基于DICOM格式CT数据建立了发育性髋关节脱位患者的双髋臼半骨盆三维有限元模型,模型精确可用,包括147167个节点,113898个单元,假臼位置与骶髂关节的关节面相对。患侧单下肢站立的情况下,骨盆应力主要集中在假髋臼和骶髂关节面之间的骨质。利用Mimics及Ansys软件可简单有效地建立骨盆的有限元模型,此建模过程同样适用于人体其他骨骼有限元模型的建立。利用有限元模型可以方便有效的模拟人体骨骼生理及病理状态下的受力情况,对于临床提供参考和指导。     

Mimics辅助快速建立颅上颌复合体的三维有限元模型

背景：颅颌面部是骨骼系统中结构最复杂、功能最多样的的结构之一,要进行颅上颌骨复合体生物力学分析,就必须建立一个精准的三维有限元模型。 目的：探索快速建立完整颅上颌复合体三维有限元模型的方法。 方法：以牙列完整、咬合关系正常、磨牙为中性关系、牙周组织健康的成年志愿者作为建模素材,进行多层螺旋CT扫描,利用Mimics软件和MSC.Patran软件建立颅上颌复合体三维有限元模型。 结果与结论：探索出一条快速建立颅上颌复合体三维有限元模型的新方法。建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人颅上颌复合体三维重建生物医学模型和三维有限元模型,由76 035个节点和373 819个单元组成。该模型具有较好的几何相似性和力学相似性。     

基于超级计算人体骨骼肌系统弯腰搬物整体有限元的建模与仿真

背景：目前有限元模型的建立大多通过CT 成像技术建立三维三角面片模型,然后通过商业软件转换成四面体有限元网格,但建立的有限元模型无实体模型,不能进行切割或植入假体。 目的：建立人体骨骼肌系统整体有限元模型,并对人体骨骼肌系统弯腰搬物运动进行基于超级并行计算的整体有限元仿真分析。 方法：针对中国数字人工程所获得的冷冻切片数据进行人体骨骼肌系统的整体三维重建;建立人体骨骼肌系统各肢体部分有限元模型,利用系统集成的方法建立人体骨骼肌系统的整体有限元模型;对人体骨骼肌系统弯腰搬物运动行运动捕捉测量实验,进行人体骨骼肌系统弯腰搬物的整体有限元仿真分析。 结果与结论：建立了人体骨骼肌系统的整体有限元模型,人体弯腰搬物过程中总体有限元仿真分析显示,腰椎部分是提供人体弯腰搬物运动的主要动力部分,而胸椎则在整个弯腰搬物运动中起的作用不大,结果分析同解剖学和生理学上的解释一致。说明建立的人体骨骼肌系统整体有限元系统集成建模方法和模型,能够有效真实地对人体骨骼肌系统整体运动过程中的微观力学行为进行仿真分析,为从整体角度研究人体骨骼肌系统的深层次力学现象提供了一种新方法。     

人体骨骼有限元几何模型的重建

目的：研究重建人体骨骼结构的有限元几何模型。方法：通过CT扫描、影像边界记录、定标等方法，按照点、线、面、体的顺序重建三维结构，并通过有限元分析验证重建模型的有效性。结果：建立了寰椎骨性结构的有限元模型，分析结果证明其在仿真分析中是可行的。结论：该方法适用于重建人体骨骼结构的有限元几何模型，为数字化虚拟人体仿真研究提供了一种可行的建模方法。     

人工椎间盘置换腰椎节段有限元模型的建立

目的：建立UL节段正常及人工腰椎间盘置换的三维有限元模型，用于进一步的腰椎生物力学研究。方法：取新鲜成人腰椎标本，通过螺旋CT扫描、图像数字化处理、三维图像重建技术及自由造型系统进行图像表面光滑处理，再对表面图像矢量化，转入有限元软件，建立L4／L5腰椎节段和SMH人工腰椎间盘的有限元模型，模仿腰椎前路椎间盘除术，建立人工腰椎间盘置换的三维有限元模型，用不同的材料参数仿真腰椎和人工椎间盘各结构特性。结果：建立了L4/L5节段人工腰椎间盘置换的有限元模型，模型由皮质骨、松质骨、椎间盘、韧带和人工椎间盘等结构组成。模型分为53452个单元，86329个结点，其中包括53408个固体单元，44个缆绳单元。结论：通过CT扫描可以获得准确的腰椎几何构型数据，并可在此基础上建立高仿真脊柱节段有限元模型。     

基于MRI快速建立前交叉韧带三维数字化模型初步报道

目的　研究利用MRI二维图像快速建立前交叉韧带(ACL)三维数字化模型的方法,并评估模型的真实可靠程度。 方法　 选择 20 例临床诊断为ACL断裂患者的术前健侧MRI图像资料,导入自主开发的ACL快速分割技术软件（3D MIA ）进行图像分割,再以面绘制方式进行三维重建,建立膝关节及ACL三维数字化模型,测量模型的ACL长度、宽度、厚度及与人体三个解剖平面的角度,所得数据与前期解剖研究结果进行统计学的分析对比,评估模型的可靠程度。 结果 造模包括膝关节各骨性结构及前后交叉韧带,平均造模时间18 min,测量得到ACL长(39.80±1.86)mm、宽(5.80±1.83)mm、厚(9.96±1.26)mm;ACL与冠状面夹角(27.58±3.64)°、与矢状面夹角(39.82±4.01)°、与水平面夹角(22.27±4.23)°。与前期研究获得的相应数据对比,经独立样本t 检验,差异均无显著性意义(P>0.05)。 结论 利用自主开发的ACL分割技术及三维重建软件可以快速且较准确地建立健侧 ACL三维数字化模型,为计算机辅助ACL手术系统及实现ACL临床仿真个体化解剖重建提供了参考基础。     

儿童肱骨三维有限元建模及验证

背景：有限元数值模拟力学实验方法是对人体进行生物力学结构研究的有效手段。 目的：建立正常6岁健康儿童肱骨的三维有限元模型。 方法：使用某6岁儿童志愿者的人体CT数据,导入到Mimics 10.01软件中,应用阈值分割的方法进行肱骨三维重建。运用Geomagic Studio 12.0对模型表面进行表面优化处理及曲面片的划分,然后使用TrueGrid软件进行网格划分,最后对其进行材料属性赋值,完成有限元模型的构建。施加边界条件及约束,模拟肱骨的三点弯曲试验,输出模拟结果。 结果与结论：建立完成的肱骨有限元模型包括3 024个节点,8节点六面体单元1 875个,实验分别加载0.01 m/s和3 m/s的动态载荷,肱骨中部均发生断裂,载荷-位移曲线与尸体试验结果近似。模拟结果显示,儿童肱骨的有限元模型仿真结果与尸体试验结果较为接近,有限元仿真法可以很好的模拟人体骨骼的物理特性。     

Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立

目的构建Wallis腰椎非融合系统有限元模型,为临床应用提供生物力学基础。方法 8例志愿者采用连续螺旋CT扫描,将获得的断层Dicom格式图像,导入Materialise Mimics10.01软件,定义骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、三维重建L4、5椎体及椎间盘三维模型,将重建的模型以.stl格式保存,导入Materialise3-Matic4.3软件,进行三角面片优化;在AutoCAD 2009软件中建立Wallis系统模型,以.stl格式保存,导入Materialise 3-Matic4.3软件,进行三角面片优化,将重建的Wallis模型按标准手术模式与腰椎模型拟合,导入Ansys10.0软件进行赋值和网格划分,生成有限元模型。结果重建的三维模型可以精确的模拟Wallis非融合系统固定情况。结论应用CT扫描技术,图像Dicom标准,Mimics软件能直接与Ansys软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷、精确。     

腰椎有限元模型建立方法的研究

目的介绍一种基于CT扫描图像重建腰椎有限元模型的方法。方法通过CT扫描获得人体腰椎断层图片,在Mimics 10.0软件及Patran-Nastran中进行腰椎有限元建模,在此模型的L3椎体上表面加载500N轴向压力以模拟正常人站立时的情况,再分别在15NM力矩下进行屈、伸、侧弯以及扭转四个动作来验证模型的有效性。结果建立的腰椎有限元模型各方向的位移与符合真实情况,并且椎间盘应力分布接近现实。结论利用CT扫描技术建立限元模型的方法精确有效。     

基于CT数据构建人体腰骶椎的有限元模型

背景：目前有限元模型的方法主要是基于医学图像的建模方法,可直接反映人体腰椎真实的几何形态。 目的：以CT影像数据为基础,利用图像处理软件建立L1~S5节段的腰骶椎三维有限元模型。 方法：选取1名男性健康志愿者,采用各向同性分辨率 0.625 mm 薄层CT扫描数据,以Dicom 格式导入 Mimics 10.0软件,三维化处理后获得腰骶段三维几何面网格模型,通过Geomagic studio 12.0软件曲面化、HyperMesh 10.0软件网格划分,最终导入Abaqus10.1软件生成腰骶椎三维有限元模型。 结果与结论：建立了精确的人体腰骶椎三维有限元模型并验证有效。应用精细的影像学数据,通过软件进行图像处理,快捷有效完成了脊柱模型的构建。此完整的多节段模型可方便考察临床疾病和外科固定对脊柱整体的影响,弥补了目前单个运动节段模型的缺陷。     

脊柱侧凸有限元模型的建立和参数优化

脊柱侧凸种类繁多,为了建立特定患者脊柱的三维有限元模型,并进行生物力学相关的侧凸治疗、病因和病理等研究,参数优化是一个重要的步骤.本文采用螺旋CT扫描收集脊柱侧凸患者的几何学数据,通过系列的图像处理软件和有限元分析软件,建成脊柱侧凸的三维有限元分析模型.该模型初始的材料属性和皮质骨厚度来自文献.其后赋予模型不同材料属性和皮质骨厚度,模拟左、右侧曲试验.首先将计算的结果与临床试验对照,应用SPSS软件进行正交设计数据处理,实现模型材料性质和皮质骨厚度的参数优化.然后再利用优化后模型模拟侧屈和牵引实验,计算结果和临床实验进行对照.结果显示材料性质和皮质骨厚度优化后的模型,其生物力学行为和临床一致.因此,在初步建立的脊柱侧凸的有限元模型的基础上,进行参数优化后的模型有助于深入了解个体的侧凸脊柱的生物力学特征.     

脊柱腰段正常及骨质疏松三维有限元数字模型的建立

背景：建立逼真的有限元模型是对脊柱进行有限元力学分析的重要基础,关于骨质疏松有限元模型的报道尚少。 目的：建立脊柱腰段各主要结构及骨质疏松腰椎的有限元数字模型,为正常脊柱腰段及骨质疏松患者腰椎的有限元力学分析打下基础。 方法：对1名健康男性志愿者行脊柱腰段的螺旋CT扫描,将所得图像先在Mimics中进行分隔和重建,在Geomagic中进行优化,在Ansys中赋材质及网格划分,建立三维有限元数字模型。 结果与结论：建立了包括全部腰椎、椎间盘及主要韧带的正常腰椎及骨质疏松腰椎三维有限元数字模型。该模型外形逼真,几何相似性好,可以随意旋转,方便从多角度观察、采集三维信息,各主要结构材料属性接近实际,适合进行生物力学研究。提示利用CT数据及mimics、geomagic、Ansys软件可以建立脊柱腰段正常及骨质疏松有限元数字模型。     

用三维重建和有限元方法对人体心脏进行力学分析

目的　建立人体心脏的三维几何模型和有限元网格模型，进行有限元仿真计算。方法　利用可视化人体心脏数据集，通过3D-DOCTOR软件和SOLIDWORKS软件重建心脏外形和内腔的三维结构数据，以STEP格式导入ABAQUS有限元软件形成网格模型。在有限元网格模型的基础上进行心脏自振频率、内腔血压等载荷情况下的力学性能分析。结果　建立了一个数字化心脏可视模型。能够反映心脏三维形状和内腔结构；得到了心脏内腔的大致容积；反映了心脏心肌不同区域的不同性质；得到了心脏3个方向的自振频率和振型，以及内腔血压下的应力分布。结论　建立了可视化三维心脏的几何和网格模型，反映了心脏的外形和内腔。利用有限元分析方法，能够为心脏的生物力学分析提供可视化的数值仿真平台。