基于髋关节CT图像三维实体髋骨重建及髋骨承受力数据有限元分析

摘要

背景:髋骨的解剖结构与受力复杂,传统的X 射线片及CT 扫描等二维影像检查在髋骨诊断中具有一定的局限性。目的:在CT 图像的基础上,找寻一种生物骨骼实体模型准确且快捷的重建方法,研究人体内髋骨的受力情况,建立出术前优化髋关节模型,以便3D 打印。方法:采集1 例患者的髋关节CT 图像(实验已获包头医学院第一附属医院伦理批准,受试者对实验知情同意),使用核心医学Mimics 软件,从光学图像和噪声点中找出髋关节CT 图像,并且获得矢量断层图像,人工仔细分离后拟合多层图像,形成3D 图像结构。之后,在Geomagic 软件中完成对模型的曲面拟合,与此同时生成曲面和实体化。最后,在Abaqus 软件中完成髋关节的网格划分,模型赋值和有限元模拟分析。至此,完成从原始CT 到实体的所有数据转换,同时使用Anybody 软件用于模拟人体步态模拟,进行有限元分析。结果与结论:使用最简单方法完成了CT 图像的重建,经过Geomagic 完成曲面拟合并得到了良好的髋骨模型,通过Anybody 逆动力学分析得到了重要的髋骨承受力数据,得到体内承受力较大的地方为髋骨远端处,有限元分析验证了此结果。