梁晔 修改后工程测试技术论文定稿版

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1、工程测试技术石家庄铁道大学研究生课程论文培养单位材料科学与工程分院学科专业_____材料工程_____课程名称工程测试技术任课教师___齐海波____学生姓名_____梁晔____学号__120137708___研究生学院第11页工程测试技术题号一二三四五六七八九十总分评卷教师签名得分第11页工程测试技术个性化骨植入体在Mimics中的模拟成型研究摘要：由事故、创伤、疾病、肿瘤等因素造成的骨损伤呈逐年上升趋势，人们对骨修复植入物的需求量日益增多，且临床手术经常出现人工骨植入体与患者缺损部位的复杂几何形状、尺寸不匹配及人工骨结构与实体需要不符

2、合，无法满足缺损部位的个性化需求，这需要在短时间内设计和制造出与骨缺损部位吻合、符合个体需求的植入物，实现人体植入物的快速制造，而个性化骨植入体三维模型的精确重建和快速成型是解决该问题的基础和关键。本论文利用医学影像重建软件Mimics10.0和快速成型技术，实现个性化骨植入体的快速成型。关键词：人工骨植入体个性化需求快速成型Mimics0序言Mimics软件是比利时Materialise公司推出的一款实现生物体CT数据直接到3-D实体模型的“无缝衔接工具”[1-2]。它最大的优势在于它丰富便利的图像分割工具箱，利用常用的分割算法，就可以对

3、图像进行自动分割，准确提取出感兴趣部位的图像，有效解决医学三维建模的关键问题。Mimics软件能在短时间内将CT或MRI数据转换成CAD或快速成型所需的模型文件，为下一步快速成型的顺利进行提供精准、完整的数据来源[3]。而且Mimics中生成的面网格单元为三角片，使用这种网格表达三维模型比较简单[1]。快速成型技术由CAD模型直接驱动，能够制造任意复杂形状的三维实体，且成形过程中不需要专用的刀具和夹具。将该技术应用于制造骨植入物的复杂外形和内部结构上，具有独特的优越性，可以缩短骨植入物从设计到制造的周期，实现快速生产，满足当前人们对骨植入物

4、的大量需求。本文通过采集个体股骨头缺损部位结构及外形的数字化信息，获得其原始CT数据，利用医学影像三维重建软件Mimics10.0中的图像分割工具，提取出股骨头图像，并重建其三维实体模型，转换成STL格式文件[4]，以此数据驱动三维打印机进行快速成型，再经过硅胶模技术，制作出实体硅胶模具，将羟基磷灰石/聚氨酯复合材料浇注到硅胶模具中，固化成型，制造出个性化股骨头三维实物模型，为制造高值人工骨植入体提供方法和技术指导，为改善定制植入体的制造提供实验和技术支持。1实验方法及其过程从石家庄某医院采集股骨头损伤部位的CT数据，获取DICOM标准格式

5、的CT断层图像，导入Mimics10.0软件中，利用阈值分割、区域增长等操作进行图像分割，生成三维几何模型，并保存为STL格式文件，输入三维打印机中，驱动其快速成型，制造出个性化股骨头三维实物模型，其具体步骤见图1-1。第11页工程测试技术图1-1个性化股骨头快速成型具体步骤1.1个性化股骨头三维模型重建Mimics软件是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，它能输入各种扫描数据（CT、MRI），建立3D模型进行编辑，通过各种接口，输出通用的计算机辅助设计（CAD）、有限元分析（FEA）、快速成型（RP）所需格式的文件，便于开展

6、各种后续工作。利用Mimics10.0软件重建股骨头三维模型的具体步骤如下：（1）导入DICOM标准格式的CT数据。选择File>ImportImages，找到股骨头CT数据，导入到Mimics10.0软件中；（2）调整窗宽窗位。图像分割所关注的是清晰地显示分割结构的边缘，在ProjectManagement>Contrast标签下调整窗宽窗位，调整显示范围为0～350；（3）阈值分割。选择Menubar>Segementation>Thresholding命令，弹出分割工具条，设定分割阈值，单击[Apply]按钮，分割结果保存为Green

7、蒙板（Mask）；（4）区域增长。选择Menubar>Segementation>RegionGrowing命令，弹出区域增长工具条，在Green蒙板的右侧股骨头部分单击左键，区域增城为Yellow蒙板；（5）计算3D模型。单击ProjectManagement>Masks>Calculate3D按钮，弹出重建对话框，选择Yellow蒙板，选择质量参数（Quality）为“Optimal”，单击[Calculate]按钮，进行三维重建；（6）利用蒙板编辑（editingmasks）工具分离右侧股骨头部分，通过编辑每层断层图像的Yellow蒙

8、板，去除不属于右侧股骨头的区域，分离出右侧股骨头图像蒙板；第11页工程测试技术（7）计算轮廓线（calculatepolylines），观察右侧股骨头分割蒙板的边缘及其内部的孔洞