人体胃部三维有限元模型的建立

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1、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

2、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CT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CT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VTK、医学图像配准与分割工具包IrK：●针对胃部CT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MarchingCubes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

3、简化的不同算法，确定对三维重建模型进行Laplacian平滑和QEM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ANSYS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，MarchingCubes，Laplacian平滑，QEMⅡ浙江大学硕士学位论文ABSTRACTGastricdiseaseisoneofmostcommongastrointestin

4、aldiseasesintheworld,whichthreatenshumanhealthyandlifebadly．Gettingthebiopsyandpathologystudyofgastricmucosaisthemostimportantandeffectiveclinicalmethodtodetect,diagnosegastricdiseases．Whencliniciansmanipulatethebiopsyclampundertheendoscopewiththeirexperience．thewallofstomachwouldb

5、edeformingundertheirforce．However,iftheforceistoolarge,thebiopsyclampwouldinjurynormaltissue．Therefore，ifdoctorscouldexerciseinagastricsurgerysimulationsystembeforetherealsurgery,thiswouldhelp．ThesurgerysimulationsystemisanimportantandvalUableresearchtask．Thestomachmodelinthesurger

6、ysimulationsystemneedsimulatehumanstomachrealisticallyandpreciselybothinthegeometricalandphysicalcharacteristics．Notonlyitistheabsolutelysimilartohumanstomachinthegeometricalshape,butalsoitcandeformandreacttotheoutsideforce．Finiteelementmodel呷M)，whichisbuiltbasedontheaccurateorganp

7、rototype，isfamousforitsfinegeometricandphysicalsimilarities．Asaresuit，the3Dfiniteelementmodelofhumanstomachcanbe4：0meagoodbasetorealizethehumangastricsimulationsystem．Itisjustonthethresholdofthegastricfiniteclementmodelresearchtillnow,andtherearesomedefaultinothersofttissuemodeling

8、methods．Theaimofthisdisser