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有限元法在腰椎运动学分析中应用的研究进展
1腰椎有限元模型建立有学者对腰椎运动学的有限元研究集中于单个及双节段腰椎[1-4].刘耀升等[3]采用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)技术建立L4-5节段有限元模型,用非种子区域分割方法提取该节段的二值图像,然后采用反应腰椎生理曲度的佳切割平面生成轮廓线并建立分段线性子空间,经过仿射变换分段线性子空间为规则子空间等方法建立表面模型,终获得仿真模型.
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基于CAD技术的个体化退变腰椎有限元模型库的建立
目的 根据退变腰椎的形态特征,采用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)方法精确建立不同形态改变的退变腰椎L4-L5运动节段三维有限元模型.方法 采用改良的"非种子区域分割"以及非平行"佳切割平面"等一系列新型CAD方法精确建立包括终板凹陷角、椎间盘高度、腰椎小关节角及椎间盘前凸角改变的L4-L5节段表面模型基本"结构模块",表面模型数据导入ANSYS获得各"结构模块"有限元模型后,通过界面间的拼接粘贴构建不同形态改变的退变腰椎有限元模型并进行充分加载验证.结果 所构建的有限元模型包含L4-L5节段所有重要解剖结构,正常和退变腰椎有限元模型预测结果与体外实验生物力学研究结果相符合.结论 基于CT数据的新型CAD方法实现了个体化退变腰椎有限元模型库的建立.
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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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腰椎L4~L5活动节段有限元模型的建立与验证
目的:采用一种新型计算机辅助设计(CAD)方法精确建立腰椎L4~L5节段三维非线性有限元模型并进行充分验证.方法:采用改良的"非种子区域分割方法"提取腰椎CT图像数据中目标区域得到二值图像,用Marching Cubes方法由二值数据生成初始表面模型.采用反映腰椎生理曲度的"佳切割平面"从初始表面模型获得非平行的切割轮廓线并建立"分段线性子空间",后者经仿射变换到"规则子空间"快速重构腰椎曲面,后逆变换恢复腰椎原三维空间形状特征.将表面模型所有结点的坐标数据和三角面片信息导入ANSYS进行网格划分精确建立L4~L5节段三维非线性有限元模型,并进行加载验证.结果:所构建的L4~L5活动节段有限元模型包括94 794个Solid单元,1 196个Link单元,1 170个Shell单元,768个Target单元,464个Contact单元;同时包含了几何非线性、材料非线性与接触非线性3种非线性类型.不同载荷条件下L4~L5节段有限元模型的移位/旋转角度、椎间盘内压等预测结果与文献中相同载荷条件的试验生物力学结果相符合.结论:基于先进算法建立的腰椎L4~L5节段表面模型实现了二值图像提取、腰椎曲面重构的全数字化过程,具有极佳的仿真效果.
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计算机辅助设计与快速成型技术数字骨科入门(二)
1计算机辅助设计人体骨骼快速成型技术的起源随着计算机技术的飞速发展,借助功能强大、性能完备的计算机软件,人们可以获得拥有足够分辨率的三线曲线模型、表面模型以及实体模型,在此基础上,计算机辅助设计(computer aided design,CAD)应运而生了.
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医学图像三维重建系统的数据结构表达及表面模型的构建
医学图像三维重建在诊断、放射治疗规划及医学研究中均有着重要应用,本文论述了医学图像三维重建系统程序流程,设计了自动及手工轮廓勾画两种分割方法,提出并建立了合理的系统数据结构.该数据结构能较好地描述系统数据的层次关系和表达重建的几何模型.对由自动分割和手工勾画出的组织,用MT算法构建其三维表面几何模型.实现了网格简化的边收缩算法,并对由MT算法生成的表面模型进行了网格简化处理.模型网格经简化90%,依然能较好地保持原模型的特征,大大加快了绘制速度.