[發明專利]用于截骨矯形的CT灰度-材料屬性賦值有限元建模方法

有效

• 申請號: 201610058912.3
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105740533B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 歐陽漢斌;黃文華;謝普生;錢堃;楊洋;黃華軍
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

1.用于截骨矯形的CT灰度-材料屬性賦值有限元建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)骨骼三維模型重建：

采集目標對象骨骼的計算機斷層成像數據，將所獲得的Dicom格式的斷層成像數據導入醫學三維重建軟件建立骨骼三維模型；

(2)骨骼表面模型的曲面構造與實體化：

針對構建的骨骼三維模型，在逆向重建軟件中進一步對骨骼三維模型進行表面平滑及去特征化處理，并在骨骼三維模型表面構建曲面片，進而在曲面片基礎上構造格柵，從而通過擬合曲面得到骨骼實體模型；

(3)骨骼實體模型的截骨分割：

將建立好的骨骼實體模型文件導入CAD軟件對骨骼實體模型進行模擬截骨的分割操作，得到多個分割后的骨骼部件模型，以此作為劃分單元網格的對象；

(4)未發生位置變化的骨骼部件實體模型的網格劃分與輸出：

將步驟(3)中的未發生位置變化的骨骼部件模型以CAD文件格式輸出，并導入到有限元前處理軟件中進行網格劃分，對未發生位置變化的多個骨骼部件模型分別單獨劃分網格后并在有限元前處理軟件中以網格模型的文件格式輸出；

(5)存在位置變化的骨骼部件實體模型的位置調整與基準參考模型的建立：

針對步驟(3)中的發生了位置變化的多個骨骼部件模型，在CAD軟件中根據臨床截骨的標準方法，把發生了位置變化的多個骨骼部件模型進行相應的平移、旋轉以及共軸操作，操作過程中分別建立相應的參考平面、參考軸以及參考點，以此建立相應的平面、直線以及空間點參考模型，保存為CAD文件格式；

(6)基于CT圖像灰度-材料屬性經驗公式的網格模型賦值：

將步驟(4)中輸出的多個骨骼部件模型的網格模型導入醫學三維重建軟件中進行材料參數賦值，在軟件中分別定義圖像CT值與表觀密度、表觀密度與彈性模量的關系公式后，根據分析需要劃分材料分布區間數，完成基于CT圖像灰度的經驗公式賦值過程，最后以有限元模型格式把各個骨骼部件模型導出并保存；

(7)骨骼部件模型的網格模型的位置調整與有限元建模前處理：將步驟(6)中的各個骨骼部件模型加載至有限元前處理軟件中，同時將步驟(5)中的基準參考模型也導入到有限元前處理軟件中，在有限元前處理軟件中的裝配模式下，根據既定的移動距離、旋轉角度參數，將指定的骨骼部件模型依照參考面、參考軸以及參考點進行相應距離和角度的移動操作，使各個骨骼部件模型按照預定參數調整到預定的空間位置，得到調整位置后的整個骨骼實體模型；最后進行模型的載荷、邊界條件和接觸屬性的設置，得到最終的骨骼有限元模型；

(8)將步驟(7)得到的最終的骨骼有限元模型導出并保存。

2.根據權利要求1所述的用于截骨矯形的CT灰度-材料屬性賦值有限元建模方法，其特征在于，

所述步驟(1)中，目標對象骨骼的計算機斷層成像數據通過CT掃描、MRI掃描或micro-CT掃描成像設備獲取，醫學三維重建軟件為Mimics、Simpleware、或者3D-doctor，步驟(1)建立的骨骼三維模型保存文件為STL、IGES或者IGS。

3.根據權利要求2所述的用于截骨矯形的CT灰度-材料屬性賦值有限元建模方法，其特征在于，

所述步驟(2)中，骨骼表面模型的曲面構造是在Geomagic Studio軟件中完成，模型實體化的操作在CAD軟件中完成。

4.根據權利要求3所述的用于截骨矯形的CT灰度-材料屬性賦值有限元建模方法，其特征在于，

所述步驟(6)中，具體通過軟件Mimics 14.0導入多個骨骼部件模型的網格模型，在軟件Mimics 14.0中選用材料屬性賦值模塊完成經驗公式的設定。