表面髋关节置换三维有限元模型的建立及意义*

背景：目前髋关节的三维有限元模型大都是基于人体尸骨数据或通过CAD重建获得的,其效果不够理想。 目的：通过64排螺旋CT扫描提供数据,建立表面髋关节置换的三维有限元模型,拟为生物力学实验提供标准数学模型。 方法：选择1名行表面髋关节置换后的成年男性志愿者,经X射线检查排除健侧髋关节疾患。螺旋CT扫描表面髋关节置换后患者所得数据导入Mimics软件。采用域值法建立三维立体模型,之后导入Abaqus软件,进行网格划分。建立起表面髋关节置换术后的三维有限元模型。 结果与结论：建立了表面髋关节置换术后三维几何和有限元模型。表面髋关节置换模型分为三维六面体单元165 886个,节点213 343个。可见,通过Mimics软件、Abaqus软件可以利用表面髋关节置换术后患者薄层断面图像构建出其三维几何模型与三维有限元模型。该模型具有较高的形态学及力学仿真度。     

基于HyperMesh建立颅底陷入合并寰枕融合畸形的三维有限元模型

目的 探讨建立颅底陷入合并寰枕融合畸形的三维有限元模型的方法。方法 采集1例颅底陷入合并寰枕融合畸形患者的颅颈交界区的CT薄层扫描数据,利用Mimics软件对CT数据进行处理,生成三维几何表面模型,并导出点云;采用逆向工程软件Imageware处理点云数据,生成三维曲面;采用四面体与六面体混合分网的思路,利用HyperMesh对曲面模型先分块再分网,最后导出网格模型;将网格模型导入有限元软件Abaqus,进行韧带添加、材料赋值、接触定义、边界约束等,得到寰枕融合畸形三维有限元模型。结果 建立的有限元模型包含474 162个单元和235 524个节点,外观逼真,几何相似性较好,可根据不同实验目的进行加载分析,对复杂载荷条件进行仿真计算。结论 利用HyperMesh等软件的前处理功能建立的颅底陷入合并寰枕融合三维有限元模型,可为颅颈交界区畸形的生物力学研究提供基础,可为上颈椎畸形有限元模型的建立提供参考。     

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。     

股骨头坏死有限元模型的建立

背景：股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足。 目的：借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型。 方法：将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型。 结果与结论：快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型。提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确。     

基于正常人体资料建立胸腰椎多椎体压缩性骨折三维有限元模型

摘要: 目的 探讨基于正常人体资料建立胸腰段脊柱椎体压缩性骨折三维有限元模型的方法及临床意义。方法 将健康志愿者扫描所得的胸腰段210层Dicom格式CT图像直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理去除冗余数据,三维化处理后获得胸腰段三维几何面网格模型,直接导入Ansys划分体网格,再将体网格转入Mimics根据CT值给于赋值,再次导入Ansys添加韧带、关节约束后生成三维有限元模型。在生成的模型上约束L1下端、在T12上缘由前向后施加位移载荷,运算求解。将单纯T12 L1双椎体压缩性骨折患者的CT扫描图片按同法建立有限元模型,并将两骨折模型施加压力验证其有效性。结果 建立了外形逼真、生物力学特性全面的胸腰段脊柱椎体压缩性骨折三维有限元模型。结论 应用正常人体原始资料依据骨折受伤机制构建相应骨折有限元模型的方法科学有效。     

基于CT扫描及CAD技术建立下腰椎三维有限元模型

背景：近年来,计算机技术和有限元理论的飞速发展为构建腰椎模型提供了技术支持,有限元模型的精确性和可靠性显著提高,为研究椎间盘、椎板切除、腰椎融合、脊柱内固定材料等临床相关的生物力学问题提供了更好的平台。 目的：应用三维有限元法建立L3~5腰椎活动节段力学模型。 方法：通过CT扫描、Unigraphics V18.0软件进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,验证重建模型的有效性。 结果与结论：建立下腰椎的三维有限元模型(L3~5),分析结果证明其在仿真分析中是可行的,可以模拟生物力学实验。建立的模型共有6 482个节点,31 326个单元,生成网格时利用网格生成器的扫掠和优化功能,尽量依据模型的几何外形,使网格生成的最少,兼顾了对建模准确性和计算可行性,同时又能充分满足对腰椎的生物力学研究。     

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Mimics 10.0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147 167个节点,113 898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。     

上颌切牙区3种不同形式种植固定桥三维有限元模型的建立

背景：研究表明,三维有限元分析法是分析种植体周围骨界面生物力学分布的重要研究手段,精确的模型构建是三维有限元准确分析的基础,可为优化种植设计方案提供研究支持。 目的：建立3种不同形式种植固定桥修复上颌切牙区的三维有限元模型,为研究其生物力学分布提供数学化模型。 方法：利用CT扫描技术和Geomagic studio 9.0软件、Mimics 10.01软件的实体建模技术,结合 ANSYS 10.0有限元分析软件建立人上颌切牙区3种不同形式种植体支持固定桥的三维有限元模型。 结果与结论：成功建立了三维有限元模型,总节点数为365 173个,四面体总单元数为204 854个。该模型获得上颌骨、上颌中切牙、侧切牙、种植体及瓷层的形态,具有良好的几何相似性。提示将CT 扫描技术、数字图像处理技术与一系列计算机软件相结合,建立三维有限元模型的方法是行之有效的。     

人工髓核置换三维有限元模型的建立

背景：目前人工髓核置换主要集中在临床使用及观察方面，尚缺乏更多力学实验数据的支持，需要可靠的物理模型或大量体外实验论证分析。 目的：建立L4/L5节段人工髓核置换三维有限元模型，拟为生物力学实验研究提供标准数学模型。 设计、时间及地点：观察性实验，于2006-07/11在南方医科大学珠江医院骨科中心完成。 材料：健康志愿者及人工髓核置换患者各1名，进行64层螺旋CT扫描。扫描数据以Dicom 3.0标准直接存储。根据国人实际情况，实验选用最常用PDN-SOLO-7型进行建模，PDN-SOLO-7型代表假体高度7.0 mm，横径25 mm，弹性模量为 45 MPa，泊松比为0.49，面接触摩擦系数为0.3 MU。 方法：在Mimics 10.11软件建立L4/L5运动节段及PDN-SOLO-7型人工髓核模型。模仿腰椎后路人工髓核置换，建立人工髓核置换三维有限元几何模型。各组件在ANSYS 11.0 转化成体单元网格。L4和L5体单元网格导回Mimics根据灰度值进行材质分配。余组件直接定义材料参数。在ANSYS用高级有限元装配技术，建立L4/L5节段人工髓核置换三维有限元模型。 主要观察指标：观察人工髓核置换后有限元模型的模拟单元，节点及构成组件。 结果：建立了人工髓核置换后三维几何和有限元模型。人工髓核置换模型分为92 516个四面体单元，153 963个节点，由L4、L5、纤维环、上下终板、7条韧带和人工髓核13个组件构成，由三维10 节点SOLID92固体单元模拟。 结论：通过64层螺旋CT扫描获得腰椎精确几何数据，Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确模型，利用灰度值赋材质，建立高仿真脊柱节段及人工髓核置换有限元模型。     

基于CT图像应用Mimics软件快速构建人体胸腰段骨骼有限元模型*☆

将以各向同性分辨率0.625 mm薄层扫描所得的层厚0.65 mm人体胸腰段连续断层210层Dicom格式CT图像，直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理，去除冗余数据，三维化处理后获得胸腰段三维几何面网格模型，将其保存为后缀名.lis的Ansys文件，直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分，再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值，再次导入Ansys生成有限元模型。快捷建立了外形逼真、计算精确的人体胸腰段脊柱三维有限元模型。结果提示，应用精细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值直接赋值使胸腰段脊柱三维有限元模型的建立更加快捷、精确。     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.     

应用CT断层图像构建颅内动脉瘤三维有限元模型的方法

目的 基于螺旋CT断层原始图像,利用Mimics三维重建软件与Anasys有限元分析软件,建立颅内动脉瘤的三维有限元模型,以进一步进行颅内动脉瘤血流动力学的研究. 方法 利用GE Lightspeed 16排螺旋CT,层厚0.625 mm,层间距0.5 mm,获得颅内动脉瘤的CTA图像.应用Mimics直接读入Dicom格式的原始图像,采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法 ,得到最感兴趣的部位,主要包括载瘤动脉和动脉瘤,对图像进行三维计算,调用FEA模块的Remesh功能,获取颅内动脉瘤的三维模型的面网格格式,文件以lis格式保存并输出,直接导入ANSYS软件转化成IGES文件,导入ANSYS Workbench生成体网格进行血流动力学的研究. 结果建立了精确、快速的颅内动脉瘤三维有限元几何模型,面网格文件可直接导入ANSYS软件进行血流动力学的研究. 结论 薄层螺旋CT扫描技术、Dicom医学数字图像通讯标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件可以直接建立颅内动脉瘤的三维有限元几何模型,提高了效率.