基于Mimics的人体髋关节三维重建到UG的生物力学分析

研究了髋关节在负重下静立、慢行、疾走的力学特征。通过医学影像控制系统Mimics和工程软件Solidworks的结合使用,完成从CT断层图像(DICOM格式)到在Mimics环境中进行三维模型重建、模型的修整光洁,再导入到工程软件UG中进行有限元分析的整个过程。由对髋关节的静力分析得出髋关节的应力分布和变形结果,为合理设计髋关节骨折手术和术后关节活动的早期康复计划提供重要的理论依据。     

人体腰椎节段CT图像的反求建模和有限元分析

利用Mimics将人体腰椎CT断层扫描图像反求建模,导入UG并加入包含纤维环及髓核的椎间盘,模拟建立人体腰椎L4-L5节段三维模型,再通过UG与ANSYS Workbench的无缝接口将该模型导入后者,对模型赋值并进行有限元分析,得出人体直立站位时,正常腰椎的椎体位移云图及应力云图.最后将模型进行简化,利用材料力学的理论公式进行强度校核.得知最大位移发生于椎间盘上表面前部,位移值为0.161 mm;最大应力出现在L4下关节突上,应力值为15.073 MPa.有限元分析结果与理论计算结果相对误差较小,表明方法可行,计算结果可靠,为临床医学提供理论参考.     

基于MRI断层图像的三维建模

为研究人体下肢的数字化模型,分析其在运动中的应力和应变情况,利用所采集人体下肢的MRI断层图像通过相关的图像处理软件自动化生成三维模型．     

基于CT图像构建髌股关节生物力学模型

采用活体膝关节为标本,应用CT扫描技术获取膝关节的断层数据图像.利用图像处理软件处理骨骼边缘轮廓数据,提取其二维曲线,在CAD软件的辅助下建立了髌股关节三维骨性结构实体模型,并导入ANSYS软件得到其三维有限元模型,为进一步建立膝关节整体模型以及受力分析提供研究平台.     

基于CT图像的人体下肢骨骼三维实体模型重建

为探索生物骨骼系统三维CAD实体模型的高效快速重建方法,以人体下肢骨骼系统为研究对象,综合运用三种建模思路建立了基于解剖学的精细三维实体模型。该模型表面光滑,曲线流畅,满足后续有限元分析要求。对三种建模方法进行比较分析表明,采用Solid-works、Rhinoceros重建的骨骼具有简单控制线,整体较佳,Geomagic环境下的建模效率较高,且对于具有复杂曲面特征的骨骼或组织快速重建更有效。     

基于CT三维重建模型在数字化骨科的应用研究

数字化骨科是一门将计算机数字分析技术应用于骨科临床的新兴的前沿交叉学科,参数化模型重建也是制约生物力学分析、虚拟手术、快速成型等计算机辅助工程手段在医学应用中的关键因素。该文基于临床试验中的骨盆DICOM数据,进行三维重建并打印髋骨实体,并通过AnyBody软件的步态运动反求出髋骨所受的约束、载荷、边界条件、肌肉力及关节力,联合Abaqus进行观察髋骨应力变化,并探索了三维重建模型在数字化骨科的应用。     

钝性碰撞中人体肝脏生物力学响应数值分析

交通事故导致的肝脏损伤是最常见也是致死率最高的损伤类型之一。为了深入分析钝性碰撞中肝脏生物力学响应及相关物理参数,基于具有中国五十百分位男性尺寸的CT建立了具有较高仿真度的肝脏模型,并在满足精度条件下,在肝脏周围建立了简化的内脏器官模型,与自主研发验证的头颈部、胸廓和四肢有限元模型相结合,形成一个完整的人体坐姿有限元模型。参考经典胸腹部钝性撞击试验,分别进行了正面、左斜侧、右斜侧方向上低速(3.8~4.0m/s)、中速(5.2~5.5m/s)、高速(6.7~7.33m/s)等共10组仿真计算,得到了肝脏动力学响应和损伤风险较高位置的压力分布特点。同时研究了不同碰撞方向对肝脏力学响应结果与胸部响应指标相关性的影响,结果表明,各胸部响应指标与肝脏损伤程度(用应力、应变峰值表示)的相关性随加载条件的差异而发生变化,采用单一胸部响应指标预测所有加载工况下肝脏损伤情况的做法是值得商榷的。     

篮球教学中罚球技术的生物力学分析

针对篮球教学中罚球技术,运用运动生物力学的原理及其分析方法与手段,考察了出手角度、出手速度以及球的飞行轨迹与投篮命中率的关系。通过对罚球过程中出手速度、出手角度、球的飞行轨迹进行采样分析,选取最适宜的飞行轨迹,并从出手速度、出手角度、飞行轨迹这三个方面加以定性和定量的描述,进而寻找其合理的技术指标范围。     

个体化人工骨外形的三维建模技术及应用

由于人体骨骼外形复杂且存在个体化差异,给人工骨的实际生产制造带来很大困难。为了满足不同患者的个体化需求,以成人股骨为研究对象,在个体患者CT断层扫描图像的基础上,应用计算机辅助几何设计的理论,结合计算机图型学和计算机图像处理技术,并运用医学图像软件、逆向工程软件及实体建模等计算机辅助软件,实现了缺损人工骨的个体化外形建模。结果表明,所获得的三维模型,误差很小,可以满足建模要求。期望能为进行后续有限元分析及实现个体化制造奠定基础。     

大型风力机叶片三维建模及模态分析

对大型风力机叶片开展了三维建模和模态分析。先确定叶片几何参数,再将其翼型平面坐标转换为空间坐标,并通过Proe生成叶片三维几何模型。采用模态提取方法 Block Lanczos法对叶片进行模态分析,得出了叶片的前10阶模态,结果显示叶片的主要振动形式为挥舞和摆振,有较强的抗扭转能力,设计中应加强叶片的弯曲刚度。这为大型风力机叶片的设计和优化提供参考。     

利用DICOM图片实现CT图像的三维重建

在解读医学DICADM3．0影像文件格式的基础上，获取DICADM图片文件中存储的有关文件信息．据此信息提取CT图像边缘轮廓。采用三次均匀B样条曲线拟合轮廓，完成轮廓矢量化并对所有的截面数据进行重新排列，形成规则的三维数据场。用基于体素的等值面法实现CT图像的三维重建，用OpenGL技术对三维实体进行真实感图形显示。     

基于MR图像的阿尔茨海默病和轻度认知障碍患者海马三维纹理分析

阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是老年痴呆症中最常见的类型,有研究表明,轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)可能是AD的前驱阶段.研究样本包括21例早期AD患者(AD组)、22例MCI患者(MCI组)及20例健康对照者(normal control,NC)的磁共振(magnetic resonance,MR)脑图像,采用灰度共生矩阵和游程长矩阵方法对图像中海马结构进行三维纹理分析,比较纹理特征——能量、熵、游程长不均匀度因子和灰度不均匀度因子在3组之间的差异,并分析这些纹理参数与临床广泛应用的简易智能状态检查量表评分之间的相关性,同时利用支持向量机方法对样本进行分类识别.研究结果显示,以上纹理参数在3组之间存在显著差异,且纹理参数与临床简易智能状态检查量表评分具有相关性,对AD组与NC组的分类正确率可达85.37%(敏感性和特异性分别为90.48%、80%).表明三维纹理分析反映出了早期AD及MCI患者海马结构的病理变化,有助于AD的早期诊断.     

足部有限元分析及应用

介绍了基于生物机械工程理论和CAD／CAE／CAM技术,根据CT图像。利用逆向工程原理与技术建立人体足部有限元模型,建立了在中立相足部骨骼和软组织的应力应变分布规律,并验证了其有效性。作为足部模型的一个应用,建立了鞋楦模型,然后根据该鞋楦模型试行设计出不同的鞋模型。     

基于OpenGL虚拟校园漫游系统的设计与实现

从软件工程的角度介绍了虚拟现实技术在数字校园中的应用,并介绍了徐州师范大学虚拟校园漫游系统的需求分析、设计思想、开发流程、三维模型以及如何运用OpenGL在VC 环境下实现可视化等相关问题。该系统可以用于校园三维漫游、校园管理、校园规划等领域。     

基于特征的减速箱三维造型与虚拟传动研究

阐述应用基于特征的造型软件实现齿轮减速箱三维模型构造、虚拟装配及虚拟仿真传动等的途径与方法。对减速箱的主要零件的造型过程与方法作了论述，给出了建模的程序框图。就虚拟装配技巧与虚拟仿真传动的实现作了陈述，为进一步对有关虚拟装配与仿真技术的研究打下良好基础。     

基于CT图像的胸主动脉瘤模型构建及分析

三维重建基于CT的胸主动脉瘤有限元模型并进行血流动力学数值模拟,为分析胸主动脉瘤的血流动力学机理及其临床治疗提供理论依据.依据临床胸主动脉瘤患者CT数据,结合MIMICS 11数字化影像处理软件,获取胸主动脉瘤的优化表面模型.随后导入ANSYS ICEM CFD11.0进行胸主动脉瘤模型的有限元网格划分.最后在ANSYS CFX11.0中完成胸主动脉瘤的血流动力学分析.建立了临床上适用于胸主动脉瘤患者血流动力学分析的有限元模型.获得了个性化胸主动脉瘤模型中血液流场的流线、速度矢量、血管壁面压力和血管壁面切应力的分布和变化.模型具有数字化、个性化特征,可用于胸主动脉瘤血液动力学计算,分析临床胸主动脉瘤患者动脉瘤的破裂机理.     

基于Ansoft的移相整流变压器分析与研究

介绍了Ansoft电磁场仿真软件Maxwell 2D/3D对ZTSG-530/6移相整流变压器的建模与仿真,对变压器的空载特性作了仿真分析,其结果与试验值和设计值基本吻合.同时在瞬态场中根据原副边的实际结构及负载参数的改变,分析了线圈在空载和短路情况下的受力情况.通过仿真分析,其结论为改善变压器性能提供了一定的理论参考.     

基于CT/RE/CAD技术的人工活性骨数字化仿真设计

为了实现人工骨植入体内的有效活化,提出基于CT图像、RE(逆向工程)和CAD技术的人工骨三维活化结构数字化设计方法。首先对患者需要人工替代骨的部位健侧进行CT扫描,获得其二维断层扫描图像,利用图像处理技术及RE(逆向工程)技术实现个性化人工替代骨表面复杂曲面数字化三维模型重建,然后再结合三维CAD建模技术分别设计符合一定孔隙率的骨骼外形结构和内部结构,最后将骨骼外形复杂曲面数据与骨骼外形结构/内部结构合并、组装得到仿生的人工骨活化结构支架设计模型。