多模态医学影像数据融合三维构建肢体肿瘤及其周围解剖整体结构

目的利用多模态医学影像数据三维重建和配准融合的方法构建肢体肿瘤及瘤周解剖整体结构,明确肿瘤的局部特征和三维空间关系,为肿瘤外科治疗术前评估和计划提供客观的空间可视化信息。方法采集4例肢体肿瘤患者盆部和大腿上段CT、MRI和MRA影像数据,分别导入三维重建软件,基于CT和MRI对人体不同组织结构成像敏感度的差异,从各模态影像数据中分别提取肿瘤及其周围目标结构进行三维重建。依据体内解剖参照点对各个组织的三维结构进行配准融合,构建肢体肿瘤及瘤周解剖整体结构。结果通过CT、MRI和MRA影像数据构建出包括肿瘤及周围骨骼、肌肉、神经、血管、盆腔脏器等组织的三维整体结构,显示了肿瘤的大小、形状、部位等局部特征以及肿瘤与其周围结构的三维空间关系。结论以多模态影像数据通过三维重建和配准融合的方法可以构建肿瘤区域多种组织的三维整体结构,清楚而直观地显示肿瘤的局部特征以及与周围结构的空间解剖关系,具有个体化肿瘤术前评估和计划的应用价值。     

前臂桡侧皮瓣血流动力学模型的建立

目的:建立以桡动静脉为血管蒂的前臂皮瓣血流动力学三维数值模型,并探讨其科学有效性。方法:应用Pro/E(Wildfire 4.0)软件建立前臂皮瓣三维几何模型。椭圆形皮瓣的长短轴分别为80mm×50mm,厚度为10mm,血管蒂(桡动脉内径1.9mm,桡静脉内径0.84mm)长50mm,以半嵌入方式平行长轴贯穿皮瓣。将几何模型整体导入SC/Tetra 8.0软件,进行网格划分和计算。根据实测桡动脉流量,设定进口血液流速为20mm/s,参照皮瓣血管蒂实测压力差53mmHg,初步获得压力损失模型(porous model)的有关系数值,然后将压力损失模型代入皮瓣,模拟毛细血管网对血流的阻力,计算出皮瓣及血管蒂部的血液流动,比较分析血管蒂部桡、动静脉中心轴向压力分布和不同截面径向血液流速分布。结果:前臂皮瓣模型的整体网格数为10355473,节点数为2104014。皮瓣代入压力损失模型后,桡、动静脉出入口压力差值为7050Pa(52.8mmHg),接近临床实测值。计算流体力学分析显示,在压力损失模型中桡动脉的中心轴向压力分布持续维持在较高的水平,当血液流入及流出皮瓣时,会出现速度减缓和增加,而桡静脉的中心轴向压力值在...     

准确构建个体化膝关节有限元解剖模型的方法

目的利用多模态影像数据融合和多种建模软件协同应用的方法准确构建膝关节有限元解剖模型,为研究膝关节生物力学行为奠定基础。方法采集正常膝关节CT和MRI影像数据,导入Mimics软件,提取骨、软骨、韧带和半月板,分别构建三维工程化模型。以外部标记物为参照进行模型的配准融合。将膝关节工程化模型导入SC/Tetra和Hypermesh软件,分别进行干涉面删除、网格自定义划分、局部网格优化和体网格划分,构建包含多解剖结构的膝关节有限元模型。结果基于CT和MRI影像数据构建出膝关节骨、软骨、韧带和半月板的三维工程化模型。以三维工程化模型为基础,多种建模软件协同应用构建的有限元模型充分保持了膝关节各结构的解剖学特征。结论利用CT和MRI影像数据融合和多种建模软件协同应用的方法可以构建活体膝关节有限元模型,并保持膝关节各解剖结构的解剖真实性,为准确模拟膝关节生物力学特征提供前提。     

全膝关节置换股骨假体植入定位参数有限元分析及优化

目的通过有限元分析,结合正交试验方法,优化膝关节股骨假体植入的定位参数,有助于降低聚乙烯衬垫表面压应力峰值以减少磨损。方法依据全膝关节置换(TKA)基本原则,构建TKA膝关节有限元模型,以股骨假体外翻角度、外旋角度以及内外平移量作为正交试验的影响因素,对模型进行材料属性定义、边界条件建立并施加载荷,以聚乙烯衬垫上表面压应力峰值为研究指标,进行有限元分析,并对分析结果进行极差和方差分析,比较各因素变化对聚乙烯衬垫上表面压应力分布的影响,确定聚乙烯衬垫上表面压应力峰值最小的股骨假体植入定位参数的最优组合。结果通过有限元分析获得不同参数组合下9个TKA膝关节有限元模型聚乙烯衬垫上表面的压应力峰值,由极差分析,明确内外平移对分析结果影响最大,其次是外旋角度,外翻角度影响最小。确定股骨假体植入定位参数最优组合为外翻6°、外旋3°、平移0 mm。结论聚乙烯衬垫所受的压应力峰值受股骨假体位置变化影响,微小的植入位置变化可导致股骨-聚乙烯衬垫假体间的应力异常分布,提示术中要对股骨假体进行精确定位。     

胫骨模型对膝关节有限元分析结果影响的探讨

目的：通过有限元法对膝关节进行力学仿真,探讨胫骨模型对膝关节生物力学行为的影响。方法：应用MimiCS建立膝关节三维实体模型并对骨骼赋予不同的材料属性;使用Hypermesh建立膝关节三维网格模型,同时建立了不同胫骨长度的膝关节三维模型;在Abaqus中设置边界条件和软组织材料属性,施加载荷进行膝关节力学仿真。结果：通过有限元分析获得了膝关节主要软组织的应力和相互接触面积,得到胫骨上的Mises应力分布。结论：膝关节骨骼材料属性以及胫骨长度对膝关节软组织的力学行为基本没有影响,可在实际的对膝关节软组织的有限元分析中将骨性结构定义为刚体;胫骨上的Mises应力随骨骼材料属性和长度有明显的变化,在针对骨骼的有限元分析中需要建立完整的骨骼结构以及将骨骼划分为至少10种材料属性。