3D打印技术在严重骨盆髋臼骨折内固定手术中的应用

通过采集严重骨盆髋臼骨折患者的薄层CT扫描数据, 在Mimics中进行图像编辑、三维重建及分析总结, 探讨3D打印技术在严重骨盆髋臼骨折内固定手术中的应用. 结果表明, 3D打印技术有利于术前进行手术设计、术前预弯钢板, 有利于判断畸形及术中在确定截骨部位、复位的关键标记以及判断复位质量. 3D打印技术具有快速性、高仿真性、高成功率及通用性意义, 具有推广价值.     

镁合金空心螺钉内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析研究

利用有限元分析方法探究镁合金空心螺钉内固定治疗股骨颈骨折的生物力学特性, 旨在为临床治疗股骨颈骨折提供一种新的思路. 选取一例青年健康志愿者的下肢CT数据建立股骨三维模型, 在Mimics插件3-matic中建立股骨网格并赋予网格材料属性, 利用Solidworks 17.0软件建立空心螺钉模型, 将上述2个三维模型导入Workbench 2020软件中, 分别赋予空心螺钉镁合金、钛合金材料属性, 进行对比分析, 记录股骨及空心螺钉的峰值、应力分布值和股骨位移. 结果表明, 钛合金螺钉内固定模型最大应力为357.27MPa, 最大位移为0.034mm; 镁合金螺钉内固定模型最大应力为311.27MPa, 最大位移为0.034mm; 2组不同材料的空心钉结果数值差异不大. 研究表明镁合金空心螺钉和传统钛合金空心螺钉力学性能相似, 且镁合金更加亲和人体, 在临床方面可以镁合金空心螺钉代替钛合金空心螺钉治疗股骨颈骨折.     

镁合金钢板内固定治疗胫骨中段骨折的有限元分析

运用有限元分析法, 评价镁合金、钛合金、不锈钢3种不同材料在治疗胫骨干骨折的力学性能差异. 以Dicom格式导入Mimics 20.0软件中建立胫骨三维模型, 并运用Geomagic与Solidwork软件制作胫骨骨折内固定模型, 将上述模型导入Workbench 2020软件中, 赋予材料属性, 给予轴向载荷、扭转载荷2种加载模式, 分析3种材料的应力和位移. 在600N轴向加载模式下, 钛合金内固定应力为(117.42±0.07)MPa, 位移为(0.73±0.11)mm; 镁合金内固定应力为(117.11±0.04)MPa, 位移为(0.82±0.08)mm; 不锈钢内固定应力为(117.53±0.03)MPa, 位移为(0.62±0.13)mm. 在30N?mm扭转加载模式下, 钛合金内固定应力为(174.50±0.33)MPa, 位移为(0.75±0.07)mm; 镁合金内固定应力为(168.75±0.15)MPa, 位移为(0.82±0.16)mm; 不锈钢内固定应力为(176.23±0.51)MPa, 位移为(0.61±0.13)mm. 结果表明: 2种不同加载模式下3种不同材料的内固定结果数值差异不大, 镁合金内固定与钛合金内固定、不锈钢内固定力学性能相似, 而镁合金更亲和人体, 可以代替传统医用金属材料用以治疗胫骨中段骨折.     

沙疗对骨关节炎兔子股骨骨质影响的对比研究

目的:试验研究维医沙疗对骨关节炎动物模型骨质层转移的影响.方法:采用CT扫描的手段分别四次(建立实验对象OA模型前后各一次、进沙疗第14天和第28天各一次)采集两个实验对象股骨数据.将数据导入MIMICS软件分离实验对象股骨,根据CT值范围不同把股骨分为六个骨质层并读取各层体积.分析了各骨质层的体积在股骨总骨量中所占比例的变化和股骨平均CT值的变化.结果:分析四次CT数据的变化,发现沙疗对象股骨总骨量增长,而对照对象之下降.与此同时沙疗对象股骨平均CT值上升,相比之下对照对象平均CT值下降.结论:沙疗对关节炎对象有促进骨代谢作用,使骨质从低CT值的骨质层转移至高CT值骨质层.     

髋臼四方区解剖型自锁定钢板的数字技术设计

为探讨使用数字技术设计新型髋臼四方区自锁定解剖型钢板, 采集宁波市第六医院影像科2020年1月至2020年12月, 25~50岁正常男女骨盆CT数据, 选择中位数的骨盆CT作为模型. 将CT数据依次导入Mimics 21.0软件和Unigraphics NX软件, 生成三维骨盆模型. 用CAD软件画出钢板螺钉dwg格式二维图像后导入Unigraphics NX软件, 建立stl格式钢板螺钉三维模型, 设计钢板厚2.0~3.0mm, 实心皮质骨螺钉Ф3.5/5.5mm. 在三维空间视图中, 将钢板螺钉装配到骨盆模型, 重点观察三维透视图、钉道纵轴切面图、螺钉与钢板的锁定角度, 校对功能固定区、定位孔、阻挡孔、固定孔、应力桥、滑动槽等指标, 优化钢板形态和螺钉钉道, 一块钢板同时固定髋臼四方区、臼顶负重区、前后柱、前后壁. stl格式数据输出至打印机, 3D打印钢板, 装配到骨盆模型, 校对钢板与骨盆的匹配度, 确定最优化的图像数据. 根据患者骨盆CT导出的数据, 用Unigraphics NX软件建立三维骨盆模型, 可灵活设计钢板螺钉, 精度达到0.2mm, 即刻修改钢板螺钉形态数据, 虚拟内固定. 数字技术设计不再需要手工标本测量和CT图像测量, 可提高新型内固定装置的设计效率, 为个性化骨科内植物设计、精准固定手术提供了新路径.     

复合结构组织工程化人工骨的金属支架结构设计研究?

支架结构设计是组织工程化人工骨设计的重要内容之一,本文对金属与陶瓷材料构成的复合结构人工骨中金属支架的设计进行了研究。通过对髋关节置换后假体与股骨之间力的传递规律进行数值模拟研究,采用分截面分析、网格密度逐渐减小的设计方法,对复合结构人工骨中的金属支架结构进行了设计。通过对6种不同网格密度金属支架的受力情况进行对比分析,设计出了力学特性符合股骨受力规律的金属支架结构。     

用有限元法耦合反应扩散模型的骨重建和仿生拓扑优化方法研究

本文介绍了用有限元法耦合反应扩散模型的骨重建和仿生拓扑优化理论和方法．首先对骨微结构进行了建模,然后用仿生拓扑优化方法模拟了骨小粱结构的形成过程．对骨骼宏观结构和形状的形成过程也进行了建模并进行了仿生拓扑优化．不同载荷条件下的骨微结构模型在保留体积不同时的仿生拓扑优化结果表明,所有的结果最终都得到小梁结构并在给定的保留体积内趋于稳定,但是小梁尺寸大小有所不同．对于骨骼宏观模型,建立了不同边界条件的模型,用仿生拓扑优化方法模拟了骨骼宏观结构和形状的形成过程,得到了接近股骨、腓骨、脊椎骨、错骨和指骨等实际骨骼形状．     

基于系统效益的循环结构网格工作流调度算法

针对网格计算中的工作流,大部分只考虑DAG(Directed Acyclic Graph)工作流调度模型,本文对于含有更复杂的工作流结构(如循环、并行、分支等)进行了研究,并提出了一种任务优先级调度策略,用循环并行算法(LOOP-PARAL)解决了含有循环结构的网格工作流的任务调度问题,在满足用户QoS(Quarlity of Service)需求的同时,使系统的负载更加平衡,更加适合开放复杂的网格环境,提高了系统的性能.仿真实验证明了该算法的合理性和有效性.     

三维鱼体参数化建模

因水下环境复杂,鱼类三维模型获取非常困难,基于三维鱼类数据驱动的很多自动化研究工作无法开展。为此,提出一种三维鱼体参数化建模方法。首先,用专业建模师构建的标准鱼体模板注册扫描仪采集三维鱼体数据,构建拓扑结构一致的三维鱼体网格数据集;其次,用主成分分析法对数据集中的三维鱼体网格模型进行建模分析,建立鱼体的参数化表示模型;最后,采集草鱼数据进行相关实验。实验结果表明,注册得到的三维鱼体模型与真实扫描鱼体模型顶点之间的平均均方根误差仅为0.691 3 mm,在可接受范围。通过改变三维鱼体参数化表示模型中的权参数,快速生成了大量三维鱼体数据,从而解决了三维鱼体数据获取困难的问题。     

立式加工中心模态性能仿真分析与试验测试

以一台立式加工中心为对象,研究了该机床模态性能的仿真分析和试验测试方法.建立了机床的有限元模型,重点介绍了结合面的建模方法;试验测量了机床的模态参数,并与仿真结果进行了对比.结果表明:前4阶固有频率的仿真误差最大为14.59%,模态振型仿真结果与试验结果一致.优化了立柱和主轴箱的结构,优化后机床的前4阶固有频率最大提高了5.69%.研究方法对于分析、提高机床的模态性能具有指导意义.     

RV减速器行星轮系齿形修形传动啮合性能分析

为准确掌握齿形修形对RV-150BX减速器行星轮系动态啮合性能及传动性能的影响, 建立了行星轮系装配模型, 通过有限元法分析了输入轴齿轮和行星轮在动态啮合中的传动规律, 在啮合临界时刻最大和最小等效应力分别为14.47MPa和8.55MPa. 经综合考虑, 选取输入轴齿轮和行星轮齿顶修形量优化设计参数; 通过动态啮合仿真, 分析同等载荷下齿形修形后的传动性能. 结果表明, 在轮齿单、双齿交替啮合时刻, 齿轮的速度、加速度波动最大并伴随冲击振动. 经比较发现, 齿形修形后速度、加速度波动明显改善, 传动性能显著提高.     

基于黎曼度量张量的各向异性网格划分算法研究

由于实际中某些复杂性工程问题的解具有各向异性的特点, 为采用更少的网格单元数及更好的单元质量来进行有限元分析, 以实现高效求解, 各向异性剖分单元则是一种有效的前处理技术. 因此为生成高质量各向异性网格, 首先在给定黎曼度量的基础上形成各向异性背景网格, 然后通过各向异性Delaunay原则进行边交换, 再基于力平衡实现节点的光滑平顺, 由标准化面积和标准化边长规定节点的添加与删除, 以及节点近似投影的边界约束, 得到一个与具有方向性问题相匹配的网格. 最后通过3个实例验证给出的各向异性网格划分算法的可行性.     

平板目标近场散射的缩比特性

用物理光学法研究导电平板目标近场散射特性,为了提高计算效率,文中采用了卷积积分法．通过计算机的模拟发现,当特征尺寸、入射场波长及观察点离目标的距离改变时,其散射场存在一定的换算关系,散射场出现近似的或严格的相似性     

一种基于O-RGPS领域建模框架的按需模型选择方法

在O-RGPS(Ontology annotated Domain Role/Goal/Process/Service Model Repository)领域建模框架的指导下.提出了一种支持按需模型选择的方法.该方法利用领域本体和领域模型之间的基于本体标注的语义关联,在语素相似度计算和目标相似度计算的基础上,提出了期望目标需求自动建模算法,达到按需模型选择的目的,通过一个城市交通领域实例验证了此方法的有效性.     

基于对称性的单幅图像花朵建模

基于自然界各类花朵普遍具有的对称特性,提出了一种利用单幅图像的三维花朵建模方法.根据输入的单幅花朵图像,用户通过交互方式描绘花朵每个花瓣的2条边缘曲线,对花朵边缘曲线的顶部顶点和底部顶点进行最小二乘圆锥拟合,利用拟合得到的圆锥计算花朵各花瓣的对称面;根据不同种类花朵所固有的对称特性和各个花瓣的对称面信息,计算花瓣2条边缘曲线上所有采样点的深度,得到其三维构造曲线;利用恢复了深度信息的三维构造曲线作离散化网格处理,构建各个花瓣的三维模型,进而重建整个花朵的三维模型;最后根据输入的单幅图像纹理信息合成花朵的表面纹理,得到了真实感较强的花朵模型.实验结果表明：该建模方法充分利用了花朵的对称特性,用户交互少、建模效率高,能够准确地从单幅花朵图像中恢复其深度信息和整体结构,方便快捷地实现花朵的三维重建.     

陶粒混凝土冲击损伤演化的三维数值模拟

为了研究陶粒混凝土在冲击载荷下的损伤演化规律, 利用蒙特卡洛随机数和背景网格建模方法, 建立了陶粒混凝土的三维数值模型, 模拟了冲击载荷下陶粒混凝土的损伤演化过程. 研究表明: 冲击载荷下陶粒混凝土的细观损伤演化速度随着陶粒体积分数的增加和加载脉冲的增加而增加. 细观数值模拟还显示了陶粒混凝土的破坏过程, 即损伤演化从陶粒骨料开始, 之后向砂浆基体延伸扩展.