基于CT图像和逆向工程方法建立正常人体腰椎三维有限元模型

背景：利用有限元法可以分析静止及活动时正常脊柱的生物力学,并预测应力时的风险。目的：建立腰椎L3~L5三维有限元模型。方法：选取一名健康30岁男性志愿者L3~L5薄层CT扫描图像,使用工具软件Geomagic和Ansys,应用逆向工程原理构建三维有限元模型,设定边界条件进行加载,记录角位移及应力集中部位,计算模型的平均刚度。结果与结论：建立L3~L5椎体三维有限元模型,包括椎体、韧带、椎间盘、纤维环和小关节,模型总单元数51905个,通过定量和定性两方面验证模型有效。说明所建立的L3~L5椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特征,可用于进一步脊柱生物力学研究。     

基于CT及逆向工程软件构建正常人体骨盆三维有限元模型

背景：骨盆是人体骨骼中形态及结构最复杂的部分,许多学者一直致力于其生物力学的研究。由于骨盆形状极其不规则,所附着肌肉及韧带解剖结构复杂,建立精确的包含主要肌肉及人韧带的骨盆有限元模型十分困难。 目的：建立正常成年人骨盆的三维有限元模型,为后续骨盆的生物力学分析提供数字模型。 方法：采集健康成年男性志愿者的骨盆CT数据,将DICOM格式的CT图像导入医学影像三维重建软件Mimics 10.0进行图像的分割及三维重建,将导出文件导入逆向工程软件Geomagic studio 11中对图像进行曲面化处理,建立曲面模型,使其更加光顺,将生成的曲面模型导入有限元分析软件Ansys 14.0中进行有限元网格划分。 结果与结论：建立了正常成年人骨盆的三维有限元模型,总单元数为818294个,总节点数为149290个。课题基于健康成年男性志愿者的骨盆 CT 图像建立骨盆有限元模型,所得的模型精确度高、逼真、具有良好的解剖及几何相似性,可为下一步骨盆的生物力学分析提供基础。     

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GE64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144411个节点,88742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

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L_1下端、在T_(12)上缘由前向后施加位移载荷,运算求解.将单纯T_(12)L_1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2个骨折模型施加拉力力矩验证其有效性.结果显示,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.结果提示,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.     

CT扫描结合逆向工程软件建立下胸椎三维有限元模型

背景:脊柱生物力学的研究有赖于三维有限元模型的建立,对于下胸椎的生物力学研究,由于其结构特点,使其对有限元模型的准确性和精确性要求更高.目前脊柱有限元研究通常以颈、腰段为多见,对于下胸段方面的研究,目前文献报道不多.目的:通过CT扫描结合逆向工程软件建立下胸椎三维有限元模型,为其进一步生物力学研究奠定基础.方法:选择内蒙古医学院附属医院影像科标本1例,志愿者无脊柱疾患和骨质疏松,对试验方案知情同意.利用非脊柱疾患病例CT资料,利用医学图像处理软件Mimics实现直接从CT图像中提取数据,再利用逆向工程技术平台Geomagic,在可视化的界面下对模型进行修改,建立人完整下胸椎、椎间盘及韧带的有限元模型.结果及结论:利用Mimics,Geomagic等逆向工程软件,结合CT技术对人下胸椎进行了三维重建,精确再现了下胸椎外形解剖特征,实现了对椎体组织内部不同结构的精细区分,下胸椎共具有112 540个四面体单元.提示此方法可以提高建模的效率和可操作性,能够成功的建立符合实验要求的下胸椎有限元模型.     

骨质疏松股骨三维有限元模型的建立

背景:通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人体且模型间可比性低,对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人体认识的一种有效手段.目的:建立骨质疏松股骨三维有限元模型.方法:根据国人股骨平均参数,选择重度骨质疏松老年男性患者1例,年龄86岁,排除髋关节疾患.通过螺旋CT扫描获得骨质疏松股骨图像数据,将图像数据导入图像处理软件Mimics 11.1进行图像处理,生成股骨骨皮质内、外表面的轮廓曲线;再将轮廓曲线数据导入建模软件Unigraphic NX4.0进行实体建模,得到具有骨皮质、骨松质、骨髓腔的股骨三维模型;将三维模型数据导入有限元分析软件Ansys11.0进行赋值、网格划分、定义接触等操作建立骨质疏松股骨三维有限元模型.结果与结论:建立了骨质疏松股骨三维有限元模型,为骨质疏松股骨限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为研究骨质疏松股骨骨折的固定方法、关节置换等创造了条件.     

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6482个节点,31326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。     

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6482个节点,31326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。     

腰椎牵引三维有限元模型分析

目的 :研究腰椎牵引条件下三维有限元分析。方法 :使用Abaqus 6 .1有限元软件建立有限元模型。平卧位腰椎的轴向荷载为 1 50N ,垂直位轴向荷载为 40 0N。牵引力作用于腰椎设定为 40 0N。结果 :牵引下髓核内压力下降 ;牵引下可将垂直位小关节应力解除 ;牵引下纤维环应力增加 ;椎间盘后外侧边缘和中点均有位移。结论 :三维有限元分析可以用于研究腰椎牵引的研究 ,以验证生物力学的研究结果并弥补其不足     

逆向工程法建立下颌第一磨牙种植体有限元模型

背景:逆向工程建模在以往的研究中也较多采用,但针对种植方面建模的研究却鲜见,尤其下颌磨牙种植方面的研究更为少见.而下颌磨牙是牙列中缺失率最高的,所以利用逆向工程建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,对下颌磨牙种植修复的研究具有参考价值.目的:利用逆向工程快速建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,为口腔生物力学的研究提供数学模型基础.方法:通过螺旋CT扫描正常下颌骨,Mimics软件读取断层影像数据、数据分割、三维重建,应用Magics软件优化网格设计,Pro/E软件前处理实体模型,SolidWorks2007软件建立三维有限元模型并划分网格、求解.结果与结论:成功地重建了正常牙槽骨高度的下颌第一磨牙种植体三维有限元模型,与实体模型具有高度的几何相似性,力学性质、网格质量较好,模型可以根据需要进行简便易行的修改.可为研究不同种植设计方式修复下颌第一磨牙种植体周围骨的应力分析,提供极好的模型支持.     

以螺旋CT数据建立的颅底三维有限元模型

背景:近年来国内外学者进行了大量生物力学实验研究,试图解释颅脑损伤的发生过程和受力大小与损伤部位的相关性.但是目前针对颅底骨折原因的研究主要是直接暴力,对于间接暴力作用于颅底后颅底的应力分布情况尚无报道.目的:利用螺旋CT数据、三维重建软件及有限元分析软件,在普通PC机建立颅底三维有限元模型.方法:选择正常成年女性作为建模对象,无头颈部损伤、手术及其他病史,CT扫描前进行X射线常规检查排除器质性疾病.头部螺旋CT薄层扫描后,将图像数据输入医用图像与三维重建软件MIMICS中,建立颅底的三维可视化模型.将该模型简化优化后,导入有限元分析软件ANSYS 10.0中,建立颅底的三维有限元模型.结果与结论:建立了由额骨、蝶骨、筛骨、颞骨、枕骨等共同组成的颅底实体模型,由于成年人骨缝闭合,所以将其视为一个整体.对实体模型划分网格,得到颅底的三维有限元模型,共有51 053个单元,80 273个节点.提示所建立的颅底有限元模型外形逼真,几何相似性好,可以用来进行颅底骨折的生物力学研究.     

利用螺旋CT数据建立上颈椎三维有限元模型

目的：建立上颈椎三维有限元模型．以期应用于临床相关的生物力学实验研究。方法：通过对正常人的CT薄层扫描获得原始DICOM图像数据．采用CAD数据处理技术进行计算机三维重建．改良建立的模型导进ANSYS9．0软件进行计算机模拟仿真生物力学研究。结果：所建模型外观清晰逼真。几何相似性好。三维重建结构可以单独或联合显示。甚至可行结构的任意取舍，重建结构的任意径线及角度均可进行适时三维测量。结论：该技术为临床医生对枕颈交界区有限元三维模型的建立提供了一种便捷而精确的方法，对计算机分析及研究该模型局部结构在各种受力情况下的生物力学表现创造条件。     

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t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。     

基于大鼠尾部悬吊实验的三维有限元模型建立与分析

针对微重力环境模拟中广泛采用的大鼠尾部悬吊实验,采用三维有限元方法,研究尾部关节在有限元建模中的必要性.应用CT扫描与计算机软件手段,采用Abaqus有限元软件建立模拟失重的大鼠尾部悬吊三维有限元模型,并在此三维有限元模型基础上计算了尾部悬吊大鼠尾部、腰椎、骨盆、股骨等部位在考虑关节软骨与未考虑关节软骨两种情况下的应力分布和位移变化情况.结果显示,考虑软骨与不考虑软骨的两种情况下,尾部悬吊大鼠各部位应力与位移分布数值差异较大,这将影响到模型的计算准确性.故在建立尾部悬吊大鼠三维有限元模型时,关节软骨的考虑是很有必要的.同时,盆骨应力分布的不对称性,提示尾吊大鼠的左右平衡水平会对大鼠应力分布造成影响.     

应用反求工程初步建立髋臼三维图像数据库

介绍一种应用反求工程技术建立髋臼三维图像数据库的方法。选择正常成人的骨盆进行CT扫描，获得三维数据，通过反求工程来完成髋臼形态的曲面重构和实体造型，建立髋臼图像数据库。根据患者特点从数据库中选择合适的髋臼三维模型，利用快速原型技术制造出髋臼仿真模型。提示应用反求工程可以建立髋臼三维图像数据库，有助于对髋臼骨形态的重新认识，可为髋臼骨折的手术设计和髋臼缺损的解剖重建提供重要的参考。     

踝关节三维有限元数字模型的建立

背景:对于踝关节的生物力学的研究日益成为热点,也从以往传统的生物力学已发展到有限元力学分析。目的:建立踝关节的三维有限元数字模型,探讨踝关节各组成部分的应力分布规律。方法:对一名成年女子行踝关节螺旋CT扫描,将所得图像经Mimics、Geomagic处理,得到三维有限元数字模型。结果与结论:建成了包括胫腓骨下段、距骨的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,方便从多角度观察模型,采集三维信息,适合进行生物力学研究。