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唇裂的有限元建模及分析 洪东明1‘2林勤1王舒宜1张军英2卢虹冰卜 第四军医火学计算机鹰用教研窒，西安，陕两710032，2西安I乜子科技人学计算机学院，两安，陕两710071 摘要： 为了改善唇裂于术的效果，本义通过软件MIMICSi0．01实现‘j-CT数据的三维重建。 在此是础上建市完善J，面部二三维有限／÷模型，并根据CT灰度值对模型的材质进行赋弘，导入有限 元分析软件ANSYS9．0中进行受力分析。红确定丫边界条件和简学的加载条件后．对唇裂修复手 术引起的应力变化及脸部形变进行了分析，初步实现丫唇裂修复模型的有限兀仿真。 关键词： 三维重建有限元模型唇裂仿真 for TheFiniteElementModelStress ofCleft AnalysisLips Lin Lu Hong QinlWangShuyil Junyin92hongbin91 Dongmin91·2 Zhang Medical 710032 Application，FourthMilitary University,Xi’all，Shaanxi IDepartmentofComputer 2Schoolof Science，Xidian 71 0071 Computer University,Xi’all，Shaanxi 1引言 有限元分析方法是一种从：[：程数学分析发展起米的求解连续介质力学问题的数值分析 方法，它与计算机技术结合，能够有效的对结构性能较为复杂的物体进行受力分析。其原理 是将连续的介质划分为有限力学单元，以其结合体来替代原米的物体，并逐个研究多个单元 的性质，从而获得整个物体的力学性质。这一方法的数学理论基础FhAfgds于1954年提山。 1956年，Turner等首次将有限元法应用于航天航空专业并获得成功。近些年米，有限元法越 来越广泛地运用于医学临床以实现各种医学操作及修复体力学性能的仿真。 作为常见的颌面外科手术，唇裂的治疗多在婴儿时期进行，但是对术后的效果有时不能 准确预测，术后嘴唇裂开和畸形的现象lll时常发生。因此基于三维CT扫描数据，建立唇裂 的三维有限元模型，进行软组织力学分析，并且对脸部的变形进行仿真对于改善手术效果有 比较重要的意义。 2建立唇裂三维有限元模型 2．1数据来源 以一周岁的患有单侧唇裂的男婴为研究对象，对其头部进行CT扫描，扫描层间距为 lmm，图像大小为512512，共扫描329层。 2．2三维重建并完善模型 借助MIMICS图像处理软件，输入CT数据，根据不同组织具有不同灰度值的特性，采 刚阈值分割的方法分割出软组织，其结果见图l。 由于直接分割后得到的软组织模型数据鼙较人，且部分组织与唇裂的有限元分析没有关 联121，因此须对原有模型进行精简，把肩和头的斤半部分从模型中抹去从而提高运算速度。 图2所示是精简后的模型。从幽2上可以看出，虽然经过精简，但由-丁．阂值分割的方法无 法分辨灰度值在同一范闱内的不同组织，冈此得到的三维模型中，一些实际上没有相连的组 织也连接在一起，例如上唇软组织与牙床软组织，由于闽值法无法将其有效分割，重建山的 ’通讯作存，基金项目：国家自然科学箍，陕两省科技计划(2004k05．G40) 688 懂J但中两者是相连的。考虑到淆，，唇裂刚，施加的拉力绝人多数是平{¨。爿床软组纵的，埘 且爿：床提供的片擦力儿乎可以忽略不训，所以往分析模型中将牙床软l_『【织抹土，如幽3所示。 囝囚 幽1分割II；柬的软纰织模型 幽2鞘简