构建颅骨上颌骨及牙列的三维有限元模型

探讨了建立颅骨上颌骨及牙列三维有限元模型的高度数字化方法，为分析上颌骨的生物力学性质提供一个标准数学模型．选择一具颅骨标本作为建模素材，运用螺旋CT扫描技术及三维影像技术完成初步重建，并在此基础上利用Abaqus软件建立上颌骨及牙列的三维有限元模型．通过仿真分析获得了形态细致逼真的上颌骨及牙列三维重建生物力学模型．该模型具有较好的力学相似性和几何相似性，为临床上探索上颌骨及牙列的生物力学机制提供了研究手段．     

C4-C6颈椎节段受压生物力学特性分析

文章利用影像诊断技术(CT扫描)获得的人体颈椎三维图形,配合相关的生理解剖学知识,建立了颈椎C4-C6运动单元完整和精确的有限元模型.这一模型包括了颈椎C4-C6运动单元的各节骨骼、椎间盘和各种韧带.在这一颈椎运动单元的有限元模型中,椎间盘纤维环材料模型为作者前期提出的一种超弹性的、考虑基质与纤维剪切相互作用的纤维加强复合材料模型,其余的均简化为线弹性材料模型.文中模拟了颈椎受到轴向压缩载荷时的生物力学特性,分析了不同椎间盘纤维环材料模型对椎间盘生物力学响应的影响,得出的有限元分析结果(颈椎力-位移关系)与文献中的轴向压缩实验数据较为吻合.颈椎有限元模型在受到压缩过程中,椎间盘纤维环背侧的应力变化最为明显.文中采用有限元方法所得出的颈椎生物力学特性可以为临床上颈椎不稳和椎间盘纤维环退变的诊治提供生物力学依据.     

义齿计算机辅助三维造型技术的研究

重点研究了牙、颌三维模型的建立方法。患者牙、颌的计算机三维模型将为后续的多项研究提供重要信息来源,例如设计义齿外形,为义齿的有限元受力分析和校核提供数据参数、为义齿的ＣＡＭ提供加工参数等。数据结构质量的优劣将决定义齿产品最终的质量。     

组合式颈椎段整体三维有限元模型的建立

建立组合式的完整颈椎段三维有限元模型,进行生物力学分析。利用高度集成的三维图像处理软件MIMICS对CT图片进行预处理,导入大型有限元分析软件ABAQUS中三维重建后得到较为精细的三维有限元实体。颈椎段三维有限元整体模型包括节点35089个,壳单元21894个,4面体单元109746个,弹簧单元226个。模型较精确地模拟了颈椎的椎体,关节面,椎间盘,连接韧带。并针对下颈椎段的3种基本生理状态(轴向压缩,前屈,后伸)进行了有限元分析,并与实验数据及现有同类有限元模型的分析结果进行了比较,验证了模型的合理性。从模型的精细程度和计算结果的准确程度来看,该模型可以较好地模拟退行性颈椎的生物力学特性。     

6岁儿童股骨有限元模型的建立及股骨颈损伤的仿真分析

基于6岁儿童解剖学结构,对其下肢的CT扫描数据进行三维几何重构,并利用有限元的建模技术建立6岁儿童股骨的三维有限元模型．通过加载弯矩的仿真实验,模拟交通事故中儿童跌倒状态下的股骨受力情况以及所引起的股骨颈骨折．研究结果表明：6岁儿童在交通事故中跌倒瞬时产生较大的股骨与地面接触力,股骨颈外侧应力最大,易出现骨折现象．仿真结果与以往实验结论相符合并与医学结论吻合,从而验证了模型有效．建立的6岁儿童股骨三维有限元模型可以为跌倒所引起的股骨颈骨折损伤生物力学响应提供理论依据．     

全口覆盖义齿三维有限元模型建立及生物力学分析

采用颌弓形态对全口覆盖义齿应力分布具，对不同的石膏模型采用层切的方法，获得不同层的二维坐标点数据。导入ANSYS软件，建立典型的尖、圆、方形共9种颌弓形态所对应的全口覆盖义齿三维有限元模型。同时对全牙列加载，进行生物力学分析，颌弓形态对全口义齿应力分布的影响规律应力从高到低的顺序为：方形、圆形、尖形；外推形式、基本形式、内推形式。最后结合义齿层、粘膜层和骨组织层有限元分析结果，给出了定性分析结论，为临床工作提供实验依据和指导。     

上颌中切牙在不同角度载荷下牙本质应力分布的三维有限元研究

本研究以上颌中切牙天然牙为解剖学基础建立了三维有限元模型。分别以生理载荷、垂直载荷、４５°载荷及水平载荷作用于牙体,通过计算得到了不同载荷作用下牙本质的应力分布并进行了比较。     

基于CT图像构建髌股关节生物力学模型

采用活体膝关节为标本,应用CT扫描技术获取膝关节的断层数据图像.利用图像处理软件处理骨骼边缘轮廓数据,提取其二维曲线,在CAD软件的辅助下建立了髌股关节三维骨性结构实体模型,并导入ANSYS软件得到其三维有限元模型,为进一步建立膝关节整体模型以及受力分析提供研究平台.     

附着体式固定义齿倾斜基牙修复前后应力分布的 各向异性三维有限元分析

失牙后未能及时修复将造成邻牙向缺隙侧倾斜,从而牙体缺隙侧应力集中,牙槽骨破坏。采用常规的修复方法难以获得好的修复效果或将对基牙造成更大的损伤,采用各向异性的数据建立修复前后具有可对比性的三维有限元模型,研究采用附着体修复方法,在修复前后不同受载情况下,得到了修复前后基牙的应力分布数据,结果表明：倾斜基牙单独承受牙牙时,基牙近中牙槽骨应力较高。附着体式固定义齿修复后,在承担牙力时,倾斜基牙的应力分布能明显得到改善。本研究为临床修复倾斜基牙提出了新的修复方法,并为采用附着体修复倾斜基牙提供了生物力学依据。     

发动机活塞温度场的三维数值模拟

建立了活塞三维有限元模型,论述了活塞热分析的理论基础,通过理论计算确定某发动机活塞热边界条件,利用有限元分析软件进行温度场数值计算,得到活塞的三维温度场分布情况,为活塞的结构设计和改进提供了重要依据.     

头部撞击损伤的有限元模型建立

根据人体头部的螺旋CT医学影像,利用图像边界分割、各层图像之间的影像配准以及三维重建技术建立了头部几何模型,然后运用NURBS曲面片的构造算法将三角面片转换为四边形面片,最后利用TrueGrid软件对颅脑几何模型进行网格划分,同时进行适当的网格修补,从而建立了人体头部有限元模型。根据碰撞过程中的能量守恒,验证了模型的可靠性。本模型可用于汽车交通事故中头部损伤的生物力学研究以及为开发相应的汽车安全防护装置提供理论依据。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

混凝土CT图像的3维重建技术

利用三维图像处理软件MIMICS对原始的CT图像进行预处理,对混凝上的真实细观结构进行了三维重建,并导入大型商业有限元软件ANSYS中,建立了更能准确表征混凝上细观非均质性的三维有限元数值模型,从而弥补了传统随机混凝土骨料模型的不足。利用重建的三维有限元数值模型进行了混凝土破损过程的细观数值模拟,并与其他有限元模型的分析结果进行了比较,验证了模型的合理性。通过建立 的接近实际的混凝土细观三维有限元数值模型,可对混凝土材料的细观破损过程进行了深入的探索。     

颅颌面整复术前规划虚拟截骨研究

虚拟外科手术是虚拟现实技术在医学领域的一个重要研究方向．建立颅颌面虚拟手术可通过分析病人的个体手术计划及步骤，降低颅颌面外科手术风险并提高手术精度．虚拟截骨是虚拟手术中的重点及难点，故侧重探索颅颌面虚拟术前规划技术中关键的虚拟截骨，以整形外科手术中的下颌角骨组织切除作为研究内容．以MC算法实现头颅的DICOM格式CT图像三维重建；利用二元树结构定义在重建出的三维头颅模型上分离出下颌升支；再研究虚拟截骨算法并对下颌升支实施虚拟截骨．虚拟截骨结果表明，本研究采用的三维重建算法及截骨算法得到成功应用，该系统具备一定的应用价值．     

基于VTK的OCT三维图像重建研究

从OCT系统的基本原理出发,应用体绘制中的光线投射算法,基于VTK可视化工具包,根据OCT系统的三维数据结构,提出一种对OCT系统获得的数据进行三维图像重建的方法,即多条射线从屏幕像素点出发穿过OCT系统获得的数据,沿射线方向对数据进行采样并累加,累加结果即可获得最终的三维重建图像。使用这种方法,传统OCT和宽场OCT样品的三维图像得以成功重建,且重建结果能够反映出样品的基本结构并给出样品的细节信息。     

彩色结构光三维成像技术

提出了一种新颖的基于彩色编码结构光的新型三维成像技术．这种方法以颜色作为物体三维信息的加载和传递工具,以彩色CCD摄像机作为图像获取器件,通过计算机软件处理,对颜色信息进行分析、解码,最终获取物体的三维面形数据．对该系统进行了理论分析,并以人的嘴唇模型为对象进行了具体实验,得到了较满意的结果．     

基于小波变换的数字图像双重随机置乱加密

提出了一个用于图像加密的基于小波变换的双重随机置乱算法。算法首先对图像进行小波分解：再对分解结果进行第一次随机置乱。这一置乱有两种方案：第一种是直接对每一分量图像分别进行置乱,第二种是对由所有分量图像拼接而成的图像进行置乱,置乱后再分割成与原分量位置与大小一致的分量图像;然后对这些分量图像进行小波重构,并对重构结果再次进行随机置乱,得双重随机置乱加密图像。实验中,以统计直方图和视觉效果对两种方法作了比较。比较结果表明两种方法的视觉置乱效果都不错,但由第一种方法置乱所得图像的直方图与原图很相似,说明该方法是以位置置乱为主,而由第二种方法置乱所得图像的直方图则与原图差别很大,说明该方法不仅有位置置乱,而且灰度级置乱更明显。可见,第二种置乱方法更有效。     

一种显示位相体三维位相分布的彩虹全息法

本文提出一种利用简单一步彩虹全息术显示位相体三维位相分布的新方法．文中对两次曝光记录和显示位相体的原理进行了理论分析，计算了彩虹全息图狭缝实象的位置．并讨论多次曝光获得假彩色编码象的可能性．理论分析和实验结果是一致的．     

一种兼容于MPEG-4的三维人脸动画

为了生成真实感的三维人脸动画,提出了一种新的兼容于MPEG-4的人脸动画方法.采用基于均匀网格重采样和网格简化相结合的方法对齐原型三维人脸,并在三维模型上定位FDP和FAP控制点,建立兼容于MPEG-4的人脸动画模型,根据已知的人脸动画定义表构建适合于该方法提出的三维模型的人脸动画定义表.实验结果表明,该人脸动画方法可根据一幅给定的人脸图像自动重建特定人的三维人脸,并根据FAP参数序列驱动模型,生成真实感较好的人脸动画图像.