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网格划分在分子影像学中的应用
有限元是光学分子影像学分析的一个重要方法,网格划分是有限元方法的一个重要步骤,其中Delaunay 划分是是众多网格划分方法中应用较为广泛的一种.本文主要介绍Delaunay、受限 Delaunay网格划分特点以及逐点插入法和分治法两种划分算法.程序主要采用划分速度较快的分治法, 并通过加入边界和改造不合格三角形来优化网格.
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基于有限元的虚拟人体三维医学图像分析--一种四面体网格剖分算法
介绍了一种针对医学体数据的三维网格划分方法.首先将三维图像剖分成大小相同的立方体,再将立方体剖分成四面体,然后提取目标区域.后根据特定的算法将组织表面细化.这一方法为快速有效的分.析外科手术中人体软组织的变形情况提供了必要的数据准备.
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适用于临床的小腿残端有限元网格自动快速划分方法
目的为在假肢设计CAD/CAM系统中发展小腿残端三维有限元应力分析功能建立专门的有限元网格自动划分算法.方法 针对小腿残端的特点,用标准骨替代真实骨,使用校准点映射法进行骨定位和配准,采用子域分解法自动形成网格.结果 提出并实现了一种小腿残端有限元网格快速自动划分方法,实现了骨的自动定位和配准,保证了骨几何形状的完整性,能适宜不同个体的差异;网格密度可控制,可以满足不同计算量要求的有限元分析;所生成的单元都是精度较高的5、6面体单元.结论 所建立的小腿残端三维有限元网格自动划分算法可满足临床的需要,避免了CT、MRI等方法对患者的放射性损伤以及图像处理方面的难点,该方法将促进有限元分析方法在假肢设计中的临床应用,也为矫形师进行参数分析提供了一个快速便捷的网格划分工具.
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Lenke3型成人特发性脊柱侧凸有限元模型及胸椎钉道导靶3D模型的建立
背景：有研究表明后路矫形内固定及前路矫形内固定对于治疗成人特发性脊柱侧凸均可获得良好的临床效果，但哪一种方法对于Lenke3型成人特发性脊柱侧凸临床效果更佳，椎弓根螺钉发生断裂的风险更小，同时远期疗效更可靠尚无报道。
目的：利用有限元分析软件建立Lenke3型成人特发性脊柱侧凸有限元模型，同时建立胸椎钉道导靶3D模型，为其生物力学分析及科学置钉提供科学依据。
方法：将1例28岁Lenke3型成人特发性脊柱侧凸志愿者从T1至骶骨的CT图像以Dicom格式导入Mimics 16.0软件中，通过几何清理建立完整的脊柱侧凸三维模型，于椎体模型上利用Mimics 16.0软件中设计模块建立胸椎钉道导靶。将三维模型点云格式导入Geomagic Studio 11.0软件中，对模型进行一系列图像处理，后将三维模型导入ANSYS 14.0有限元分软件中建立具有生物性能的有限元模型。
结果与结论：成功建立了完整的 Lenke3型成人特发性脊柱侧凸三维有限元模型，包括四面体单元440975个和杆单元580个，共计441555个单元，1077318个节点。成功建立了12个胸椎的钉道导靶模型包括四面体单元4682个，7390个节点，试验建立了外形逼真的Lenke3型成人特发性脊柱侧凸三维有限元模型及其胸椎钉道导靶模型。结果证实，建立的Lenke3型成人特发性脊柱侧凸三维有限元模型，为进一步的生物力学实验提供科学依据，胸椎钉道导靶模型的建立为胸椎椎弓根螺钉置钉提供一种新的科学方法。 -
前沿法网格划分方法在脑组织变形中的应用
目的:拟开发一种全自动网格划分技术,生成脑组织的网格模型,用于模拟脑组织的变形.方法:用本研究提出的前沿法网格划分方法,对临床实际病例的脑组织三维图像进行网格划分.结果:本研究算法生成的脑组织大部分网格的α值处于[0.8,1]范围内.结论:该方法得到的脑组织网格对后期的脑组织变形校正的精度相比其他方法有显著提高,提高了神经外科手术导航的精度.
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流体动力学网格划分技术在骨骼有限元建模中的应用
目的 研究一种高质量、高效率的骨骼分网方式.方法 结合骨结构的特点,将流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的分网方法引入到骨生物力学的网格划分中,用六面体单元模拟皮质骨,四面体单元模拟松质骨.结果 采用CFD网格划分技术能够划分出高质量的六面体单元,并且较好地模拟骨骼的结构特征,可以实现计算机自动分网,分网花费时间约为传统分网方法的1/5,有限元模型计算结果基本符合尸体实验测量值.结论 CFD网格划分技术可应用于骨生物力学领域中,为复杂人体骨骼的重构探索了一条有效途径.
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可实现特殊网格划分的个性化动脉瘤实体模型的构建
目的 通过建立一个可以用于有限元分析,可进行分区域网格划分的个性化主动脉弓动脉瘤实体模型,探索一种能满足特殊网格划分要求的个性化实体模型的建立方法.方法 采用逆向工程的思想方法,借助Geomagic和Pro/E软件,以原始STL格式的表面模型为依据,建立了一个个性化主动脉弓动脉瘤实体模型,并加入理想化支架模型,导入ANSYS有限元分析软件终完成实体模型的建立和分块.结果 建立的有限元模型,可进行针对边界层和支架的分区域网格划分,并完成了一个血流动力学模拟仿真.结论 建立的模型基本满足对特定区域网格细划分的需要,可以为支架介入治疗动脉瘤的血流动力学仿真提供基础.所建模型的方法是可行的,可以为将来建立其他类似模型提供参考.
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镍钛聚髌器的生物力学研究
目的分析镍钛聚髌器这一髌骨骨折内固定器的设计合理性及治疗粉碎性髌骨骨折,促进骨折愈合的生物力学基础.方法利用ANSYS软件对聚髌器进行分析,建模后进行网格划分,有限元单元采用20节点、八面体的三维砖块单元,六个定义自由度,共划分了10483个单元,节点数为:17959.利用电测技术,得到镍钛聚髌器的载荷-应变关系曲线,并计算出镍钛聚髌器记忆加压聚合固定力值.
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不同形态桩核三维有限元模型建立
目的提出一种快速建立具有复杂形态结构的上前牙不同形态桩核三维有限元模型,并利用有限元分析方法验证所建模型的有效性.方法采用螺旋CT扫描离体上颌中切牙,利用"计算机颅颌骨三维识别系统"软件和unigraphics(UG)软件建立上颌中切牙实体模型及锥形、柱形桩核模型,并将后者插入前者实体模型,分别建成锥形、柱形桩冠三维有限元模型,对锥形桩冠模型进行网格划分并设定边界条件、加载条件,计算分析.结果本实验所建模型与实体模型具有良好的几何相容性,模型受力后应力分布符合预期结果.结论所建模型能较真实地模拟实体,实验方法具有准确快速的特点.
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粘接层厚度对粘接层抗力影响的有限元分析
目的:应用有限元比较不同粘接层厚度对粘接层应力分布的影响.方法:利用有限元软件建立粘接厚度分别为20、50、80和150 μm的4组种植单冠有限元研究模型.施加外力:静态力100 N,作用于牙冠顶部中点,方向垂直向上,模拟拉伸试验.比较4组模型粘接层拉应力、剪切应力及米塞斯应力.结果:4组模型轴面粘接剂从顶部到颈部粘接材料应力逐渐增大.粘接厚度分别为20、50、80和150 μm时粘接层大拉应力分别为19.43、7.41、19.38和23.83 Mpa,大剪切力分别为14.62、9.13、9.26和9.54Mpa,大米塞斯力分别为27.73、23.95、23.20和26.64 Mpa.结论:粘接层厚度为50.μm时有利于聚羧酸锌粘接种植义齿单冠的固位.
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近视患者角膜的非线性回归拟合曲面方程
目的 通过对近视眼患者角膜前、后表面的网格划分.三维坐标的测量、采样和分析,拟合出较为精确的近视患者角膜前、后表面的通用曲面方程,为后续研究奠定基础.方法 运用orbscan角膜地形图系统测量64眼近视患者中央角膜前表面7mmx7mm、后表面6mmX6mm范围内各特定点(0.2mm×0.2mm网格划分的顶点)与适球面之间的径向距离差值及中央角膜厚度值,代入数学公式计算各点的三维坐标,随机选择64眼中60眼角膜前、后表面各特定点的坐标数据.应用SAS软件以非线性回归方法拟合角膜前、后表面的通用曲面方程.以SPSS软件对通用曲面方程计算余下4眼角膜前、后表面各特定点的预测z轴坐标值,并同实测z轴坐标值进行相关性分析.结果 近视患者角膜前、后表面均为椭球面.前表面通用曲面方程:X2/8.73352+y2/8.62782+(Z+9.6835)2/9.68352=1:后表面通用曲面方程:X2/8.46932+Y2/8.25632+(Z+12.1211)2/11.58482=1;角膜前、后表面通用曲面方程的预测性较好:本结果已应用于后续角膜生物力学研究中的角膜建模.结论 本研究较为合理的网格划分方式及非线性回归拟合算法使得终求出的角膜前、后表面曲面方程具有较高的精确性,可较好地描述真实角膜形态,为其他相关研究提供基础性参考.
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近视个体人眼角膜曲面方程的探讨
目的 拟合建立一种角膜面形方程,为后续角膜生物力学研究奠定基础.方法 通过截痕法判断近视个体人眼角膜形态,创用网格法划分角膜表面,Orbscan角膜地形图系统测量角膜前、后表面各特定点与适球面的径向距离差值及中央角膜厚度值,计算各点坐标,SAS软件非线性回归拟合角膜前、后表面曲面方程,SPSS软件检验结果.结果 该近视人眼角膜前、后表面均为椭球面,前表面曲面方程:X2/8.97882+Y2/8.87792+(Z+9.9601)2/9.96012=1(Residual=0.0184,R2=0.9995),方程预测Z坐标值与实测值相关性较好(r=1.000),差异无统计学意义(t=0.456,P＞0.05); 后表面:X2/7.60942+Y2/7.51642+(Z+9.5758)2/9.03682=1(Residual=0.0360,R2=0.9993),方程预测Z坐标值与实测值相关性较好(r=1.000),两者差异无统计学意义(t=-0.930,P＞0.05).结论 本研究用较为合理的截痕法、网格划分及非线性回归拟合算法使得终求出的角膜前、后表面的曲面方程具有较高精确性,可较好地描述真实角膜面形,为其它相关研究提供方法.
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三维阻抗法计算人体头部SAR分布的研究
在建立虚拟人体脑部模型的基础上,推导了阻抗法的计算公式,计算出了人脑的SAR.数据通过Matlab软件进行图像处理,得到了在准静态磁场作用下人脑的三维SAR分布.将计算结果与有限差分方法的计算结果进行了比较,在计算小物体时阻抗法具有简单、无需严格设置边界条件和计算速度快等优点.
