梁晔修改后工程测试技术论文定稿版.docVIP

石家庄铁道大 学 研究生课程论文 培养单位 材料科学与工程分院 学科专业 _____材料工程_____ 课程名称 工程测试技术 任课教师 ___ 齐海波 ____ 学生姓名 ____ _梁晔_ _ __ 学 号 __ 120137708 ___ 研究生学院 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 评卷教师签名 得分 个性化骨植入体在Mimics中的模拟成型研究 摘 要：由事故、创伤、疾病、肿瘤等因素造成的骨损伤呈逐年上升趋势，对骨植入的需求量日益增多，临床手术经常出现人工骨植入体与患者缺损部位复杂几何形状、尺寸不匹配人工骨结构与实体需要不符合，无法满足缺损部位的个性化需求，需要在短时间内设计和制造出与骨缺损部位吻合、符合个体需求的植入物，人工骨植入体个性化需求[3]。而且Mimics中生成的面网格单元为三角片，使用这种网格表达三维模型比较简单[1]。 快速技术由CAD模型直接驱动，能够制造任意复杂形状的三维实体，且成形过程中不需要专用的刀具和夹具。将该技术应用于制造骨植入物的复杂外形和内部结构上，具有独特的优越性，可以缩短从设计到制造的周期，实现快速生产，满足当前人们对骨植入物的大量需求。 [4]，以此数据驱动三维打印机进行快速成型，再经过硅胶模技术，制作出实体硅胶模具，将羟基磷灰石/聚氨酯复合材料浇注到硅胶模具中，固化成型，制造出个性化股骨头三维实物模型，为制造高值人工骨植入体提供方法和技术指导，为改善定制植入体的制造提供实验和技术支持。 1 实验方法及其过程 从石家庄某医院采集股骨头损伤部位的CT数据，获取DICOM标准格式的CT断层图像，导入Mimics10.0软件中，利用阈值分割、区域增长等操作进行图像分割，生成三维几何模型，并保存为STL格式文件，输入三维打印机中，驱动其快速成型，制造出个性化股骨头三维实物模型，其具体步骤见图1-1。 图1-1 个性化股骨头快速成型具体步骤 1.1 个性化股骨头三维模型重建 Mimics软件是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，它能输入各种扫描数据（CT、MRI），建立3D模型进行编辑，通过各种接口，输出通用的计算机辅助设计（CAD）、有限元分析（FEA）、快速成型（RP）所需格式的文件，便于开展各种后续工作。利用Mimics10.0软件重建股骨头三维模型的具体步骤如下： （1）导入DICOM标准格式的CT数据。选择FileImport Images，找到股骨头CT数据，导入到Mimics10.0软件中； （2）调整窗宽窗位。图像分割所关注的是清晰地显示分割结构的边缘，在Project ManagementContrast标签下调整窗宽窗位，调整显示范围为0～350； （3）阈值分割。选择Menu barSegementationThresholding命令，弹出分割工具条，设定分割阈值，单击[Apply]按钮，分割结果保存为Green蒙板（Mask）； （4）区域增长。选择Menu barSegementationRegion Growing命令，弹出区域增长工具条，在Green蒙板的右侧股骨头部分单击左键，区域增城为Yellow蒙板； （5）计算3D模型。单击Project ManagementMasksCalculate 3D按钮，弹出重建对话框，选择Yellow蒙板，选择质量参数（Quality）为“Optimal”，单击[Calculate]按钮，进行三维重建； （6）利用蒙板编辑（editing masks）工具分离右侧股骨头部分，通过编辑每层断层图像的Yellow蒙板，去除不属于右侧股骨头的区域，分离出右侧股骨头图像蒙板； （7）计算轮廓线（calculate polylines），观察右侧股骨头分割蒙板的边缘及其内部的孔洞。选择Menu bar SegementationCalculate polylines命令，计算右侧股骨头蒙板轮廓线； （8）利用编辑蒙板（editing masks）工具对右侧股骨头蒙板补洞和修缘，通过不断观察右侧股骨头蒙板轮廓，重复此操作，直到右侧股骨头蒙板边缘连续完整； （9）利用空腔填充（cavity Fill）工具填充右侧股骨头蒙板中大的孔洞。选择Menu barSegementationCavity fill命令，弹出空腔填充操作工具栏，浏览横断面右侧股骨头蒙板，逐层填充大的孔洞，生成Cyan蒙板； （10）布尔操作（boolean operations），合并右侧股骨头Yellow蒙板和孔洞Cyan蒙板。选择Menu barSegementation Boolean operations命令，合并Yellow蒙板和Cyan蒙板，生成Fuch