[发明专利]具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法

说明书

为解决现有技术女性盆底结构有限元模型建立方法存在的不能真实细致的反应女性盆底结构及不能进行力学仿真等问题，本发明提出一种具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法，采用女性盆底薄层高精度真彩色连续断层解剖图像作为建模素材，对断层解剖图像进行灰阶转换、结构分割和三维几何模型重建，对三维几何模型进行曲面优化和曲面拟合，得到盆底组织的曲面模型；对盆底组织的曲面模型进行网格划分、模型设置和材料属性赋值，并根据模型设置和材料属性赋值建立盆底结构的有限元模型。本发明的有益技术效果是能够建立起既能够精准反映女性盆底生理解剖结构及其生物力学特性，又能满足力学仿真要求的女性盆底结构的有限元模型。

技术领域

本发明涉及到女性盆底结构有限元模型建立方法，特别涉及到一种具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法。

背景技术

女性盆底结构的重要性和易损伤性使得女性盆底结构的研究越来越重要。传统女性盆底结构研究和盆底手术培训是利用尸体或者模型进行模拟试验。然而，尸体数量的有限性以及尸体使用的不可重复性导致了盆底研究机会少、成本高和周期长。同时，由于尸体和活体中人体组织的生物力学特性存在差异，导致通过对尸体研究得到的研究成果与实际情况不可避免地存在差异。

随着计算机信息技术的不断发展，数字医学和生物力学进展迅速，虚拟仿真技术和人体结构有限元分析应运而生。采用计算机技术建立女性盆底结构的有限元模型，用于对女性盆底结构进行研究，或者进行盆底手术培训。然而，现有技术女性盆底结构有限元模型大都采用较为粗放的断层解剖图像为基础，所建立的模型同样较为粗放，不能真实细致的反应女性盆底的解剖学结构，也不能准确地进行力学仿真。不能满足女性盆底结构研究或者盆底手术培训的需求，也不能对不同程度盆腔脏器脱垂病例进行力学仿真，以便于对盆腔脏器和盆底肌肉的应力应变情况进行观察和分析。

显然，现有技术女性盆底结构有限元模型建立方法存在着不能真实细致的反应女性盆底的解剖学结构，不能准确地进行力学仿真等问题。

发明内容

为解决现有技术女性盆底结构有限元模型建立方法存在的不能真实细致的反应女性盆底的解剖学结构，不能准确地进行力学仿真等问题，本发明提出一种具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法。

本发明具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法，采用冷冻铣切方式获取女性盆底薄层高精度真彩色连续断层解剖图像并将其作为建模素材，采用医学图像重建软件Amira对断层解剖图像进行灰阶转换、结构分割和三维几何模型重建，采用逆向工程软件Geometric对三维几何模型进行曲面优化和曲面拟合，得到盆底组织的曲面模型，采用有限元模型建立软件Hypermesh对盆底组织的曲面模型进行网格划分、模型设置和材料属性赋值，并根据模型设置和材料属性赋值建立各个骨骼、器官和组织的有限元模型，以及整个盆底结构的有限元模型；利用建立起来的有限元模型进行不同盆底肌肉损伤的女性盆腔脏器脱垂的有限元力学仿真，将仿真结果与临床真实女性盆腔脏器脱垂病例的影像学图像进行对比，并根据对比结果对有限元模型进行修改和优化，直至有限元模型趋于完善。

进一步的，所述采用冷冻铣切方式获取女性盆底薄层高精度真彩色连续断层解剖图像，包括，在-25℃低温条件下，采用冰冻、薄层铣切的方式获取女性盆底连续断层解剖图像，图像区域从下腹部到臀部，图像层厚0.2mm，分辨率4064×2704，像素0.12×0.12mm，共计300张。

进一步的，采用医学图像重建软件Amira对断层解剖图像进行灰阶转换、结构分割和三维几何模型重建，包括：

S201、将断层解剖图像导入Amira软件，在Voxel Size中输入体素值0.12×0.12×0.2，利用Cast Field命令将彩色图像集转换为Amira软件可分割的灰阶图像集；