基于MRI图像的儿童发育性髋关节发育不良的髋关节三维模型建立

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目的:应用逆向工程技术探索建立基于 MRI图像的儿童发育性髋关节发育不良(Developmental dysplasia of the hip, DDH)的髋关节三维模型的方法,并探讨其应用于生物力学有限元分析的可行性,为进一步的有限元模型的建立及分析奠定基础。  方法:选择1名年龄为18月的右侧DDH女性患儿,利用本院的GE Signa1.5T超导磁共振扫描仪,术前平卧位检查,得到层厚为1.2mm的骨盆连续水平位T1加权像MRI图像,并保存为BMP格式。所得图像载入Mimics10.0软件后,经过阈值分割、人工修补、生成三维模型等步骤,建立包含耻骨、坐骨、髂骨、Y形软骨、股骨等结构的髋关节三维可视化模型。然后利用Geomagic Studio12软件将所得的三维模型进行光滑、降噪等处理后,再次载入Mimics10.0软件,利用Mimics10.0软件自带的Magic9.9功能,将所得髋关节三维模型经过去冗余,精度精减,三角形自交测试等多个步骤处理后,导入 Ansys10.0有限元分析软件,进行材料赋值及体网格划分,验证模型各组成部分进行力学分析的可行性。  结果:成功建立了包含耻骨、坐骨、髂骨、Y形软骨、股骨等结构的髋关节三维可视化模型。模型接近患儿真实的髋关节解剖结构,可以进行放大、缩小以及旋转等多方位观察及测量。所得的模型可正确完成材料赋值、有限元网格划分并成功组装。  结论:利用对软骨成像较好的MRI图像可有效地建立DDH髋关节的三维模型,相对于CT图像而言,更加接近儿童髋关节的真实解剖结构。髋关节模型中骨骼、软骨模型能够进行设置单元属性、实常数、材料属性及体网格划分等有限元分析前预处理,建立三维有限元模型,所建立的模型能够进行进一步的有限元生物力学分析。
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