基于个性化的长管骨有限元参数化建模及实验验证

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随着数字图像处理技术的发展和计算机技术的不断进步,有限元法作为一种有效的工具广泛用于骨科生物力学研究中。目前骨骼有限元建模主要是根据骨骼CT图像灰度值建立几何和材料赋值,建模过程比较复杂,有限元前处理需要耗费大量时间。本文基于医学图像处理技术和有限元法对个性化长管骨进行有限元仿真研究。本文主要工作包括:(1)利用二维CT断层图像和Mimics软件,实现了人的长管骨三维重建。对比实物,重建的长管骨模型形态还原性高。基于CT断层扫描图像的灰度值构建了个性化长管骨的材料模型,模型的材料与真实分布接近。(2)应用Abaqus软件进行长管骨整骨的压缩力学实验仿真,获得了不同材料数目下长管骨有限元模型的仿真结果,进行了有限元仿真结果与实测数据误差分析,讨论了密质骨和松质骨的材料赋值数目对有限元仿真结果影响,确定了长管骨材料合理的有限元材料赋值数目。(3)针对长管骨骨干的结构特点,结合Mimics软件中提取几何信息和材料信息,在Abaqus软件平台上进行了参数化建模。通过开发的插件程序,输入长管骨的几何和材料参数,实现了长管骨有限元参数化建模。(4)对长管骨参数化有限元模型进行压缩实验仿真,对比验证实验获得的生物力学数据,验证了参数化模型有限元仿真结果可靠性。本次基于个性化长管骨的有限元仿真研究,通过对骨骼材料合理赋值的探讨和长管骨的有限元参数化建模研究,进行了个性化长管骨快速有限元分析。此外,骨骼有限元材料合理赋值数目的确定,为今后骨骼仿真研究材料赋值提供参考。
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