生物力学仿真系统的高度发展,要求医学仿真的对象不仅在形态上接近真实人体,而且在物理特征上也能够反映人体的真实情况。但是,CT、MRI等设备得到的医学图像难以直接应用于仿真系统的定量分析(包括物理参数的计算)。因此,亟待研究一种基于医学图像的仿真建模方法以便为仿真分析提供基础。本课题组已经对基于医学图像的有限元建模方法展开了一些基础性研究,主要针对单材质组织建立有限元模型。但是在实际的生物力学仿真分析中,经常需要分析人体多个组织间的相互作用,因此有必要建立多材质的有限元模型。本课题研究的主要内容是建立基于医学图像的多材质有限元模型。首先将原始切片数据转换为体数据并进行三维可视化处理,用体绘制方法显示出复杂医学对象的形态结构。然后通过三维取点选择分割目标,应用适当的三维分割算法对各个感兴趣的组织依次进行分割,并将获得的不同对象标记为不同的值。通过多材质过滤器,对标记后的结果按照其实际位置进行处理,可获得包含多材质的3D实体模型。根据标记值提取出不同实体的等值面和公共面,即可获得多材质的表面模型。最后,在此基础上构建具有耦合面的多材质有限元模型。在基于图像的有限元建模过程中涉及到大量的图像处理算法,为了避免基础算法的再开发,我们借助当前流行的工具开发包VTK(Visualization Toolkit,可视化工具包)和ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit,分割和配准工具包)来快速有效地完成图像处理和可视化工作。本文在对医学图像三维可视化、三维分割和重建技术及有限元建模方法进行分析和研究的基础上,开发了多材质有限元建模的应用软件。该软件具有友好的用户界面和完善的操作环境,具备完整的图像读取、裁剪、分割、重建、可视化、表面网格生成和导出等功能。