人体胃部三维有限元模型的建立.pdf

浙江大学硕+ 学位论文摘要摘要胃部疾病是世界上常见的消化道疾病，严重威胁着人们的健康和生命胃粘膜活检是临床上最可靠的胃部疾病诊断方法当活检钳钳取胃粘膜组织时，胃壁肌肉受到外力作用而产生形变，若外力过大会导致活检钳误伤正常组织胃部仿真系统可以让医生进行手术操作练习，使其能在对施力有更好的经验仿真系统中的胃部模型需要能逼真地模拟胃部它不仅形态上完全相似，而且能够在外力作用下变形，提供操作者更加逼真的沉浸感三维有限元模型基于精确的胃部器官造型建成，有着良好的几何相似性和力学相似性因此，胃部的三维有限元模型可以成为仿真系统的有利基础目前国内外对胃部的三维有限元建模的研究不多，对其他软组织的有限元建模方法上也存在一定缺陷本文的研究目标是：基于人体胃部的C T 图像，研究采用自动化或半自动化的方法得到胃部的几何模型，最终研究并建立胃的三维有限元模型本文的主要内容包括：·研究相关的C T 成像、胃部图像特点和有限元建模方法的基础知识；·研究并设计胃部有限元模型建立方法的技术体系和系统结构，介绍相关的可视化工具包V T K 、医学图像配准与分割工具包I r K ：●针对胃部C T 图像的特点，设计针对序列图像的自适应区域生长法，能自动选取种子点；●基于M a r c h i n gC u b e s 算法实现了胃部几何模型的三维面绘制：●研究对比网格平滑和简化的不同算法，确定对三维重建模型进行L a p l a c i a n 平滑和Q E M 边折叠网格简化；●在研究胃部的生物力学特性基础上，进行数据格式转换后，利用A N S Y S软件建立并分析胃部的三维有限元模型。

对所建成的胃部三维有限元模型的模拟力学分析结果表明，本文建立胃部的三维有限元模型有较好的几何相似性和力学相似性关键字：有限元模型，胃部图像，图像分割，三维重建，自适应区域生长法，水平集法，M a r c h i n gC u b e s ，L a p l a c i a n 平滑，Q E MⅡ浙江大学硕士学位论文A B S T R A C TA B S T R A C TG a s t r i cd i s e a s ei so n eo fm o s tc o m m o ng a s t r o i n t e s t i n a ld i s e a s e si nt h ew o r l d ,w h i c ht h r e a t e n sh u m a nh e a l t h ya n dl i f eb a d l y ．G e t t i n gt h eb i o p s ya n dp a t h o l o g ys t u d yo fg a s t r i cm u c o s ai st h em o s ti m p o r t a n ta n de f f e c t i v ec l i n i c a lm e t h o dt od e t e c t ,d i a g n o s eg a s t r i cd i s e a s e s ．W h e nc l i n i c i a n sm a n i p u l a t et h eb i o p s yc l a m pu n d e rt h ee n d o s c o p ew i t ht h e i re x p e r i e n c e ．t h ew a l lo fs t o m a c hw o u l db ed e f o r m i n gu n d e rt h e i rf o r c e ．H o w e v e r , i ft h ef o r c ei st o ol a r g e , t h eb i o p s yc l a m pw o u l di n j u r yn o r m a lt i s s u e ．T h e r e f o r e ，i fd o c t o r sc o u l de x e r c i s ei nag a s t r i cs u r g e r ys i m u l a t i o ns y s t e mb e f o r et h er e a ls u r g e r y , t h i sw o u l dh e l p ．T h es u r g e r ys i m u l a t i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n ta n dv a l U a b l er e s e a r c ht a s k ．T h es t o m a c hm o d e li nt h es u r g e r ys i m u l a t i o ns y s t e mn e e ds i m u l a t eh u m a ns t o m a c hr e a l i s t i c a l l ya n dp r e c i s e l yb o t hi nt h eg e o m e t r i c a la n dp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ．N o to n l yi ti st h ea b s o l u t e l ys i m i l a rt oh u m a ns t o m a c hi nt h eg e o m e t r i c a ls h a p e , b u ta l s oi tc a nd e f o r ma n dr e a c tt ot h eo u t s i d ef o r c e ．F i n i t ee l e m e n tm o d e l 呷M ) ，w h i c hi sb u i l tb a s e do nt h ea c c u r a t eo r g a np r o t o t y p e ，i sf a m o u sf o ri t sf i n eg e o m e t r i ca n dp h y s i c a ls i m i l a r i t i e s ．A sar e s u i t ，t h e3 Df i n i t ee l e m e n tm o d e lo fh u m a ns t o m a c hc a nb e 4 ：0 m eag o o db a s et or e a l i z et h eh u m a ng a s t r i cs i m u l a t i o ns y s t e m ．I ti sj u s to nt h et h r e s h o l do ft h eg a s t r i cf i n i t ec l e m e n tm o d e lr e s e a r c ht i l ln o w , a n dt h e r e a r es o m ed e f a u l ti no t h e rs o f tt i s s u em o d e l i n gm e t h o d s ．T h ea i mo ft h i sd i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h eC Ti m a g e so fh u m a ns t o m a c h , b u i l d i n gg a s t r i cg e o m e t r i c a lm o d e lb ya u t o m a t i cO rs e m i ·a u t o m a t i cm e t h o d s ，a n dt h e nb u i l d i n ga3 DF E M ．T h cc o n t e n t si nt h ed i s s e r t a t i o na ∞l i s t e db e l o w ：●T h er e l a t i v ea c a d e m i cb a s ek n o w l e d g eo fc ri m a g i n gf i e l da n df i n i t ee l e m e n ta n a l y z ea n dm o d e lf i e l da r ei n t r o d u c e df i r s t l y ．S p e c i a l l ya n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fg a s t r i cC Ti m a g e s ．●A no v e r a l la r c h i t e c t u r eo fh u m a ng a s t r i cF E Ms y s t e mi se s t a b l i s h e d , w h i c hi sd e s c r i b e di nt w ov i e wp o r t s ：t e c h n o l o g i c a lh i e r a r c h ya n df u n c t i o n a lm o d u l e s ．m浙江大学硕十学位论文A B S T R A C TA n di m p o r t a n tt e c h n i q u e sa n dt o o l k i t s ．i n c l u d i n gt h ev i s u a lt o o l k i t ( V T 目a n dt h ei n s i g h t st o o l k i t ( I T K ) , a r ci n t r o d u c e d ．●A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fg a s t r i cC Ti m a g e s ．d e s i g na n dr e a l i z ea ne f f e c t i v em e t h o db a s e do nr e g i o ng r o wa l g o r i t h m ．w h i c hc a ns e l e c ta n dS e tt h es e e dp o i n ta u t o m a t i c a l l y , t os e g m e n tt h es e r i a lC Ti m a g e s ．●3 Ds u r f a c er e n d e rg a s 啊cg e o m e t r i cm o d e lb a s e do nm a r c h i n gc u b e sa l g o r i t h m ．●T h em e t h o do ft r i a n g u l a rm e s hs m o o t h i n ga n ds i m p l i f i c a t i o nf o rg a s t r i cs u r f a c ei sr e s e a r c h e da n dc o m p a r e d ．I m p l e m e n t e dt h eL a p l a c i a ns m o o t h i n ga l g o r i t h ma n dO E Ms i m p l i f y i n ga l g o r i t h m ．●B a s e do nt h es t u d yo fp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fh u m a ns t o m a c h , a f t e rt r a n s f o r m i n gt。