2022年mimics建模教程 .pdf

人体股骨远端和胫骨近端模型的mimics 反求设计 3.3.1 数据采集股骨远端和胫骨近端的数据采集工作是在天津某医院完成的。选取正常男性健康志愿者，年龄 31 岁，身高 1.72 米，膝关节无疾病及畸形。对于其右侧膝关节行 CT 扫描。扫描层厚 1mm，扫描层数 199层。得到连续横断面图像以及矢状面图像。所得 DICOM 数据资料通过工作站传输到移动硬盘，作为膝关节重建数据来源。3.3.2 数据预处理将扫描好的 CT 数据拷贝到计算机上，通过“File”菜单下“ Import images”导入扫描图片，如图3-34 所示，选择需要的图片数据并打开。图 3-34 MIMICS数据导入界面点击“ Next”按钮，如图3-35 所示，选中想要进行的转换项目（其中包含图片数量、像素大小、图片类型、定位参数等），点击“ Convert”按钮，完成转换。设置“定位参数” ，界面如图 3-35 所示。图 3-35 图片转换和定位参数的设定 导入并完成图片的转换之后， MIMICS 软件会自动计算并生成冠状面图和矢状面图。如图3-34 所示，软件用三个视图来显示这三个位置的图片，并且这三个视图是相互关联的， 可以通过鼠标和定位工具栏快速定位。右上角的图是原始的扫描图像；左上角和下角是由原始横断面图像计算生成的冠状面和矢状面图像。红线指示横断面图像的位置；黄线指示冠状面图像的位置； 绿线指示矢状面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 位置。由于扫描的CT 图片太多，在重建三维模型时必定过于繁琐，需要通过“Orangize images”命令简化 CT 图片，不需要的图片将不会在项目中出现，这样可以减少工作量，节省计算机资源，提高建模效率。3.3.3 股骨远端模型的构建图 3-36 MIMICS建模工具栏在这里详细介绍股骨远端模型的构建过程。主要使用的命令如图3-36所示。1. 阈值分析断层图片中，不同组织的灰度值不同，因此通过阈值来提取相应的组织， 利用软件自带的“阈值设定”(Threshold)选择需要重建的模型。 点击 “阈值设定”(Threshold)图标，弹出“阈值设定”对话框，从图中可以看出，着色的象素其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，检查提取的组织是否合适。阈值左区间设置得太低，会造成提取许多噪点；而阈值左区间设置得太高，会造成许多骨组织丢失。在股骨远端的部分画一条线， 如图 3-37 所示，显示分析曲线。点击弹出对话框上的“ start threholding”按钮，弹出如图3-38 所示对话框，绿色显示的是根据CT 图像灰度所生成的阈值，一般不需要调节，但如果觉得边界分割效果不佳的话可以适当调整一下。点“close”后，点击“apply”按钮。图 3-38 阈值设定对话框2编辑处理利用“图像编辑 (Edit)”功能对图像边界进行添加（ Draw）或擦除（Erase ）操作，如图 3-39 所示。 “Type” 栏有三个选项：若选择圆形（Circle） 或者 square( 方形)方式，可以相应调整它的宽度 （Width）和高度（Height） ；若选择套索（Lasso）方式，则可以随意控制其大小。图 3-39 图像编辑对话框生成的股骨中间有很多的空洞， 这在后面的 ANSYS 处理中会产生较大的麻烦，要求仔细地对每一幅CT 图片进行修改，把股骨远端中间有空的地方添满。图 3-37 阈值分析曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 点击“图像编辑”按钮，弹出“图像编辑”对话框，按照图3-39 所示设置对话框。如图 3-40 是补洞前后的对比图，可以看到股骨远端上的的空洞没有了。空洞的产生是由于 CT 阈值的差别造成的，并不是原来就有的，因此这样处理不影响后续计算。这部分工作需要足够的细心和耐心。Before After 图 3-40 补洞前后对比图3. 区域增长点击“区域增长 (Region growing) ”图标，弹出如图3-41 所示“ Region Growing”对话框，该命令是对选定的结构进行图像分割，实现不同结构的图像分离。图 3-41 区域增长对话框4. 蒙罩选中视图窗口股骨“蒙罩” ，目标“蒙罩（ Target） ”将会随着改变，随机选择不同的颜色，形成不同的蒙罩，这样方便区分不同的结构，结果如图3-42 所示。图 3-42 蒙罩效果图图3-43 股骨远端模型5. 计算采用右侧的“三维计算功能（Calculate） ”工具对股骨蒙罩（ mask）进行重建，清楚直观地再现股骨结构的三维形态，如图3-43 所示。6. 三维模型的优化和网格的重新划分1）采用右侧的“重新划分网格（Remesh ） ”工具对股骨蒙罩（ mask）进行网格重新划分，优化股骨结构的三维形态，如图3-44 所示界面。空洞名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 图 3-44 股骨远端模型蒙罩图3-45 模型光滑对话框2）在上方工具条中选择“光滑（smoothing） ”工具，弹出如图 3-45 所示“光滑”对话框，点击“OK”按钮，细化网格并且优化股骨结构。3）保存并关闭“重新划分网格（Remesh ） ”界面。图 3-46 股骨远端模型优化4）优化股骨远端结构如图3-46 所示。利用同样方法构建胫骨近端模型， 最终构建的人体股骨远端和胫骨近端模型如图 3-47 所示。图 3-47 人体股骨远端和胫骨近端模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -