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

作者：向春玲; 黄华军; 张雁儒^*

来源：宁波大学学报(理工版), 2019, 32(06): 16-22.

• 逆向工程
• 三维重建
• 有限元
• 建模
• 数字化

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.

• 单位
  南方医科大学第三附属医院; 南方医科大学南方医院; 宁波大学