基于醫(yī)學圖像的多材質(zhì)有限元建模.pdf

1、生物力學仿真系統(tǒng)的高度發(fā)展,要求醫(yī)學仿真的對象不僅在形態(tài)上接近真實人體,而且在物理特征上也能夠反映人體的真實情況。但是,CT、MRI等設備得到的醫(yī)學圖像難以直接應用于仿真系統(tǒng)的定量分析(包括物理參數(shù)的計算)。因此,亟待研究一種基于醫(yī)學圖像的仿真建模方法以便為仿真分析提供基礎。 本課題組已經(jīng)對基于醫(yī)學圖像的有限元建模方法展開了一些基礎性研究,主要針對單材質(zhì)組織建立有限元模型。但是在實際的生物力學仿真分析中,經(jīng)常需要分析人體多個組織

2、間的相互作用,因此有必要建立多材質(zhì)的有限元模型。 本課題研究的主要內(nèi)容是建立基于醫(yī)學圖像的多材質(zhì)有限元模型。首先將原始切片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為體數(shù)據(jù)并進行三維可視化處理,用體繪制方法顯示出復雜醫(yī)學對象的形態(tài)結(jié)構(gòu)。然后通過三維取點選擇分割目標,應用適當?shù)娜S分割算法對各個感興趣的組織依次進行分割,并將獲得的不同對象標記為不同的值。通過多材質(zhì)過濾器,對標記后的結(jié)果按照其實際位置進行處理,可獲得包含多材質(zhì)的3D實體模型。根據(jù)標記值提取出不同實體

3、的等值面和公共面,即可獲得多材質(zhì)的表面模型。最后,在此基礎上構(gòu)建具有耦合面的多材質(zhì)有限元模型。 基于圖像的有限元建模過程中涉及到大量的圖像處理算法,為了避免基礎算法的再開發(fā),我們借助當前流行的工具開發(fā)包VTK(Visualization Toolkit,可視化工具包)和ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit,分割和配準工具包)來快速有效地完成圖像處理和可視化工作。