基于DICOM数据快速构建髋臼三维有限元模型-中国组织工程与临床康复2007年1期目次

基于DICOM数据快速构建髋臼三维有限元模型*☆

汪光晔，张春才，许硕贵，任可

Establishment of a threedimensional finite element
model of acetabulum by using DICOM data*☆

Abstract

AIM：To introduce a more precise method for construction of three-dimensional (3D) finite element model of acetabulum by DICOM data through multilayer spiral CT scanning.

METHODS： In January 2006, a normal acetabulum of a adult man from Changhai Hospital was scanned by multilayer spiral CT for transverse section images, which were managed with DICOM data and Mimics software for getting a 3D reconstruction model, and then PATRAN 2005R2 software was applied to construct the 3D finite element model of acetabulum. At the same time, the loading condition during single support phase was simulated.

RESULT: A 3D finite element model of acetabulum was established, including 19 348 nodes of 113 028 units, and reflected the real acetabulum anatomy that consisted of cortical bone, cancellous bone and cartilage; The stress analysis at single support phase was the same as the results of previous experimental data.

CONCLUSION： An easier and more precise 3D finite element model of acetabulum can be constructed with DICOM data and Mimics software, and also provides a reasonably and effective model for biomechanical analysis of acetabulum.

Department of Orthopedics, Changhai Hospital, Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200433, China

Wang Guang-ye☆, Studying for doctorate, Attending physician, Department of Orthopedics, Changhai Hospital, Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200433, China
wangguangye@126.com

Supported by: the Scientific Research Plan of Shanghai Committee of Science and Technology, No. 03JC140087*

Received:2006-06-21
Accepted:2006-08-29

摘要
目的：为了能够提高髋臼组织有限元分析研究的水平，拟探讨利用多层螺旋CT获取髋臼骨扫描的DICOM数
据，进而快速地建立高精度的髋臼骨三维有限元模型的方法。
方法：2006－01采用上海长海医院多层螺旋CT对标准成年男性自愿者行髋臼CT 扫描成像得到髋臼每层横截面图像,应用DICOM数据和Mimics软件行三维重建，结合有限元分析软件PATRAN 2005R2 构建髋臼三维有限元模型，同时在该模型上模拟单腿站立位时受力分布，对比国内外的实验结果进行检验。
结果：利用所得数据建立了髋臼三维有限元模型，共19 348节点，113 028个单元，完整重现了髋臼复杂的形态，得到了皮质骨、松质骨、软骨等结构鲜明、直观的印象；单腿站立位的应力分析显示与以往实验结果基本相符。
结论：运用Mimics软件提供了更为简单有效的建模方法，基于DICOM数据的三维有限元模型几何形状较准
确，分析结果可信，所建立的髋臼三维有限元模型可以模拟髋臼生物力学实验。
关键词：髋臼；有限元分析；生物力学；DICOM数据

汪光晔，张春才，许硕贵，任可.基于DICOM数据快速构建髋臼三维有限元模型[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，11(1):111-114
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-1/1k-111(ps)pdf]

解放军第二军医大学长海医院骨科，上海市 200433

汪光晔☆，男，1971年生，安徽省芜湖市人,汉族，解放军第二军医大学长海医院在读博士，主治医师，主要从事骨创伤与记忆生物力学相关骨折愈合机制的研究。
wangguangye@126.com

上海科学技术委员会科研计划项目(03JC140087)*

中图分类号:R319.1 文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2007)01-00111-03

收稿日期：2006-06-21
修回日期：2006-08-29
（06-50-6-4659/S·Y）

热点资讯：髋臼有限元模型的建立方法从传统的磨片切片法发展到三维测量法，直到通过描记CT胶片轮廓线建立模型。利用CT图像重建髋臼组织三维模型与其他方法相比有许多优点，但在以往的研究中多采用普通CT进行扫描，扫描的精度还不是很高，对于一些细微的和形态复杂的结构，如髋臼松质骨模型，还无法完整的重建出其结构。

创新要点：文章拟将多层螺旋CT扫描应用在髋臼骨三维有限元模型的建立过程中，以获得高精度DICOM扫描数据，利用这些数据最终重建出具有松质骨及皮质完整髋臼骨的三维有限元模型，从而进一步提高髋臼组织有限元分析研究的水平。

同行评价：以CT导出的DICOM文件为数据，在MIMICS中建立骨组织的三维模型，再导入有限元软件进行分析是生物力学数值研究的一个快速准确的方式，目前国内外一些学者已将该方法应用于口腔生物力学、康复工程、骨生物力学等多个领域，其有效性和准确性已得到证实。作者采用此方法建立髋臼的三维有限元模型，方法恰当，但将论文集中在建模上不太合理，应在建模的基础上着眼于应力分析。