[发明专利]一种不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统

说明书

本发明公开了一种不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统，涉及医学工程建模领域。本发明是为了解决现有的不同骨质桡骨建模需要大量样本以及操作极其复杂等问题。桡骨模型实体化模块用于构建不同厚度皮质骨的桡骨模型；桡骨弹性模量赋值模块用于通过各个骨组织的表观密度计算弹性模量；桡骨有限元分析模块用于通过施加载荷计算桡骨的应力数据；验证模块用于通过上述的应力数据与真实桡骨受力进行比对，验证模型的有效性。不同骨质的桡骨其皮质骨厚度以及骨组织弹性模量是不同的，该系统可以快速准确地实现不同骨质桡骨模型的构建与验证，便于有限元分析的迅速开展。

技术领域

本发明涉及一种不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统，涉及医学工程建模领域。

背景技术

随着科技的发展，有限元建模技术在骨科学研究中得到了广泛应用，所构建的模型对关节应力分析、预测骨折发生风险、指导内固定物的设计和指导手术方案具有重要意义。桡骨远端骨折在临床治疗中极为常见，现有的桡骨模型构建技术为了追求准确性，使用患者CT数据进行建模，单一的患者样本对应单一的骨质模型，若构建多种骨质模型时便需要使用大量患者桡骨样本，且无法保证样本骨质的范围，样本的收集这对于很多科研机构来说是极为困难的，特别是高校的科研人员，一份桡骨骨质样本的数据获得都是存在困难的。因此设计一种无需大量患者桡骨样本的不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统是极为重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统，以解决现有的不同骨质桡骨建模需要大量样本以及操作极其复杂等问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种不同骨质桡骨有限元模型的构建及验证系统，其特征在于：所述系统包括：

桡骨模型实体化模块、桡骨弹性模量赋值模块、桡骨有限元分析模块、验证模块；

桡骨模型实体化模块，用于导入CT数据，获得STL格式的桡骨模型，在此基础上，根据不同骨质桡骨的骨密度，确定出不同骨质对应的皮质骨厚度，将模型进行逆向工程处理，实现精确曲面的创建，完成桡骨模型实体化，进行分割、偏置，得到含有皮质骨、松质骨、髓腔的桡骨模型；

桡骨弹性模量赋值模块，用于根据桡骨模型实体化模块确定的不同骨质桡骨的骨密度，得到各个骨组织的表观密度，进一步计算出弹性模量，建立不同骨质桡骨的有限元模型；

桡骨有限元分析模块，用于通过模拟桡骨在人体中受力过程，向不同骨质桡骨的有限元模型设置边界条件，近端固定，远端施加载荷，分析计算出桡骨的应力数据；

验证模块，用于根据桡骨有限元分析模块计算出的应力数据与真实桡骨受力进行对比，验证不同骨质桡骨有限元模型的有效性。

进一步地，所述桡骨模型实体化模块实现其功能的具体过程为：

1)确定桡骨骨密度

根据想要构建的桡骨的骨质，确定出骨密度的具体数值用于计算不同骨质对应的皮质骨厚度；

2)计算皮质骨厚度

桡骨骨密度与皮质骨厚度显著相关，利用式(1)桡骨骨密度与双侧皮质骨厚度的关系，计算出想要构建的桡骨模型的皮质骨厚度；

y＝6.5417x-0.1662 (1)

式中，y表示双侧皮质骨厚度，单位为mm，x表示桡骨的骨密度，单位为g/cm²；

3)模型分割、偏置

将模型进行逆向工程处理，创建精确曲面，完成实体化，简化模型，并将模型的两端与骨干进行分割，其中两端简化为松质骨，骨干部分简化为皮质骨、髓腔，根据公式(1)得出的皮质骨厚度，进一步将模型进行偏置，得出具有皮质骨、松质骨、髓腔的桡骨模型。