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基于CT图像股骨骨折个体化固定钢板数字设计及仿真研究

作　者: 唐超
导　师: 刘炀
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: CT图像 Mimics10.0 三维重建 个体化 仿真分析
分类号: R814.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 19次
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内容摘要


逆向工程是一门新兴的技术,目前被广泛的应用于产品数字化设计与制造领域。这种全新的技术可以降低企业开发新产品的成本与风险,缩短产品的开发周期,加快产品更新换代的速度。逆向工程技术与计算机辅助断层扫描技术相结合,将获取的局部断层扫描数据通过计算机重建人体三维模型,以供临床诊断和病理分析。本文结合Mimics10.0软件,逆向工程技术、数字化设计、计算机图形学,对股骨骨折标准固定钢板的的优缺点进行研究,提出一种基于人体股骨表面形貌的个体化固定钢板设计思想和固定方案,在Solidworks2010中完成股骨及固定钢板建模和虚拟装配,并在Ansys12.0中进行静力学有限元仿真对比分析。本文研究的主要内容：(1)对数字图像中的各种前期预处理方法,例如图像灰度化、图像去噪声、图像分割等关键技术进行对比分析,比较各种算法的优劣,提出了针对CT图像的前期预处理方法的基本观点。(2)利用医学工程软件Mimics10.01完成股骨骨折部分的三维数字化模型重建,建立了符合人体解剖学基础特征的股骨三维模型。(3)依据股骨三维数字化模型,在Solidworks2010中完成标准化与个体化固定钢板的设计,并对两种不同类型的固定钢板进行了形态学特征上的比较、分析。最后在Solidworks2010中进行标准化与个体化固定钢板模拟装配。(4)在对人体正常步态时膝关节的受力情况研究之后,建立了本文的力学模型,并导入至Ansys12.0中进行静力学求解,然后对结果进行分析,比较两种不同钢板的的优缺点。研究数据表明,个体化固定钢板静力学性能较标准化固定钢板有较大提高,与股骨表面的匹配性好,贴合程度高,提高了患者的舒适度。该研究方法对骨外科手术具有一定的实际参考价值。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第一章 绪论  15-19
  1.1 引言  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-17
  1.3 本文研究的主要内容  17
  1.4 本章小结  17-19
第二章 相关理论综述  19-33
  2.1 逆向工程  19-21
    2.1.1 逆向工程基本概念  19
    2.1.2 逆向工程的一般流程  19-20
    2.1.3 逆向工程关键技术  20-21
  2.2 数字图像处理  21-27
    2.2.1 图像的灰度增强  21-22
    2.2.2 图像去噪声  22-24
    2.2.3 图像锐化  24-25
    2.2.4 阈值分割  25-27
  2.3 曲面重构技术  27-29
    2.3.1 Bezier曲线、曲面  27-28
    2.3.2 非均匀有理B样条  28-29
  2.4 Mimics10.0功能简介  29-31
    2.4.1 Mimics10.0简介  29-30
    2.4.2 Mimics的主要模块简介  30-31
    2.4.3 Mimics中三维重建一般流程  31
  2.5 本章小结  31-33
第三章 CT数据获取及股骨三维模型重构  33-45
  3.1 CT数据来源与导入  33-34
  3.2 股骨CT图像处理  34-39
    3.2.1 图像灰度化处理  35-36
    3.2.2 锐化处理与去噪声  36-37
    3.2.3 图像分割  37-39
  3.3 轮廓线提取  39-40
  3.4 股骨曲面拟合  40-43
    3.4.1 面绘制概述  40-41
    3.4.2 股骨模型重建  41-43
  3.5 股骨面体转换  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章 固定钢板数字化设计  45-53
  4.1 标准化固定钢板  45-48
    4.1.1 标准化固定钢板概念  45
    4.1.2 标准化固定钢板建模  45-48
  4.2 个体化固定钢板  48-52
    4.2.1 个体化固定钢板概念  48
    4.2.2 股骨个体化固定钢板建模  48-52
  4.3 个体化与标准化固定钢板对比分析  52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 固定钢板装配与有限元仿真分析  53-66
  5.1 Ansys简介  53-54
    5.1.1 Ansys概述  53
    5.1.2 Ansys特点  53
    5.1.3 Ansys有限元分析步骤  53-54
  5.2 模拟装配与检测  54-58
    5.2.1 股骨定位打孔  54-55
    5.2.2 固定钢板装配  55-58
    5.2.3 装配体检查  58
  5.3 力学模型建立  58-60
    5.3.1 人体正常步态研究  58
    5.3.2 人体膝关节平步行走研究  58-59
    5.3.3 股骨力学模型建立  59-60
  5.4 定义材料属性  60-61
  5.5 装配体网格化  61-62
  5.6 静力学分析求解  62-65
    5.6.1 载荷与边界条件  62-63
    5.6.2 结果及分析  63-65
  5.7 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71

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中图分类: > 医药、卫生 > 特种医学 > 放射医学 > X线诊断学 > 各种X线诊断 > 电子计算机扫描
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