快速高仿真人骨有限元几何建模—–基于Mimics、Geomagic及Ansys软件的应用

论文摘要

综合运用Mimics、Geomagic及Ansys软件,探讨快速、高度仿真、具有通用性意义的不同类型人骨的有限元建模方法.采集长骨(股骨)30例、不规则骨(胸椎)10例及扁骨(骨盆)10例的薄层CT扫描数据,在Mimics中进行图像编辑及三维重建.实验分设3组,分别为传统方法组、改良方法组及快速建模组.快速建模组由Geomagic进行模型网格简化,在Mimics中进行体积恢复,运用Ansys命令流进行快速网格划分,在Mimics中赋予材料属性后进行最简单的有限元分析.比较3组的建模时间、仿真程度,并进行统计分析.结果发现:(1)快速建模组具有建模时间少、仿真程度高及网格质量高等显著优势;统计分析表明,快速建模组与其他2组具有显著性差异.(2)在Geomagic中进行模型简化的主要参数"TargetEdgeLength"为2.0 mm (规则骨),1.5～1.8 mm (不规则骨);模型体积/简化网格数为1.50±0.92 (股骨)、2.86±0.84 (骨盆)、0.36±0.05 (胸椎).(3)可以通过Geomagic处理后模型体积/原模型体积的立方根或者二者的回归函数来进行体积恢复.研究结果表明,基于逆向工程软件Geomagic的人骨有限元建模方法具有快速、高仿真、高成功率及通用性等优势,推广价值较高.

论文目录

• 1 材料
•   1.1 实验数据
•   1.2 软件环境
•   1.3 硬件设备
• 2 实验方法
•   2.1 传统建模组
•   2.2 改良建模组
•   2.3 快速建模组
•     2.3.1 降低阈值设定的低值,获得高仿真模型
•     2.3.2 基于三维编辑分离相邻的骨骼三维模型
•     2.3.3 Geomagic简化模型（Mimics-Geomagic）
•     2.3.4 Mimics恢复体积（Geomagic-Mimics）
•     2.3.5 基于Ansys命令流的网格划分（Mimics-Ansys）
•     2.3.6 赋予材料属性
•   2.4 实验记录
•   2.5 统计分析
• 3 实验结果与分析
• 4 快速高仿真有限元建模方法分析
•   4.1 实现快速人骨有限元建模的方法
•   4.2 实现高仿真的技术手段
•   4.3 快速建模方法的优势
• 5 结语

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 向春玲,黄华军,张雁儒

关键词: 逆向工程,三维重建,有限元,建模,数字化

来源: 宁波大学学报(理工版) 2019年06期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,医药卫生科技

专业: 数学,工业通用技术及设备,生物医学工程

单位: 南方医科大学南方医院创伤骨科,南方医科大学第三附属医院骨科,宁波大学医学院

基金: 广东省医学科学技术研究基金（A2016521）,广东省科技计划项目（2017B090912002）,广州市天河区科技计划项目（医疗卫生专项）重点项目（2018YZ011）,南方医科大学临床研究启动计划（LC2016PY045）

分类号: TB115;R318.01

页码: 16-22

总页数: 7

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