mimics建模教程

人体股骨远端和胫骨近端模型的mimics反求设计

3.3.1数据采集

股骨远端和胫骨近端的数据采集工作是在天津某医院完成的。选取正常男性健康志愿者，年龄31岁，身高1.72米，膝关节无疾病及畸形。对于其右侧膝关节行CT扫描。扫描层厚1mm，扫描层数199层。得到连续横断面图像以及矢状面图像。所得DICOM数据资料通过工作站传输到移动硬盘，作为膝关节重建数据来源。

3.3.2数据预处理

将扫描好的CT数据拷贝到计算机上，通过“File”菜单下“Import images”导入扫描图片，如图3-34所示，选择需要的图片数据并打开。

图3-34 MIMICS数据导入界面

点击“Next”按钮，如图3-35所示，选中想要进行的转换项目（其中包含图片数量、像素大小、图片类型、定位参数等），点击“Convert”按钮，完成转换。设置“定位参数”，界面如图3-35所示。

图3-35 图片转换和定位参数的设定

导入并完成图片的转换之后，MIMICS软件会自动计算并生成冠状面图和矢状面图。如图3-34所示，软件用三个视图来显示这三个位置的图片，并且这三个视图是相互关联的，可以通过鼠标和定位工具栏快速定位。右上角的图是原始的扫描图像；左上角和下角是由原始横断面图像计算生成的冠状面和矢状面图像。红线指示横断面图像的位置；黄线指示冠状面图像的位置；绿线指示矢状面

位置。

由于扫描的CT 图片太多，在重建三维模型时必定过于繁琐，需要通过“Orangize images”命令简化CT 图片，不需要的图片将不会在项目中出现，这样可以减少工作量，节省计算机资源，提高建模效率。

3.3.3 股骨远端模型的构建

图3-36 MIMICS 建模工具栏

在这里详细介绍股骨远端模型的构建过程。主要使用的命令如图3-36所示。

1. 阈值分析

断层图片中，不同组织的灰度值不同，因此通过阈值

来提取相应的组织，利用软件自带的“阈值设定”(Threshold)

选择需要重建的模型。点击“阈值设定”(Threshold)图标，

弹出“阈值设定”对话框，从图中可以看出，着色的象素

其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是

提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，

检查提取的组织是否合适。阈值左区间设置得太低，会造

成提取许多噪点；而阈值左区间设置得太高，会造成许多

骨组织丢失。在股骨远端的部分画一条线，如图3-37所示，显示分析曲线。

点击弹出对话框上的“start threholding ”按钮，弹出如图3-38所示对话框，绿色显示的是根据CT 图像灰度所生成的阈值，一般不需要调节，但如果觉得边界分割效果不佳的话可以适当调整一下。点“close ”后，点击 “apply ”按钮。

图3-38 阈值设定对话框

2．编辑处理

利用“图像编辑(Edit)”功能对图像边界进行添加（Draw ）或擦除（Erase ）操作，如图3-39所示。“Type ”栏有三个选项：若选择圆形（Circle ）或者square(方形)方式，可以相应调整它的宽度（Width ）和高度（Height ）；若选择套索（Lasso ）方式，则可以随意控制其大小。

图3-39 图像编辑对话框

生成的股骨中间有很多的空洞，这在后面的ANSYS 处理中会产生较大的麻烦，要求仔细地对每一幅CT 图片进行修改，把股骨远端中间有空的地方添满。图3-37 阈值分析曲线

点击“图像编辑”按钮，弹出“图像编辑”对话框，按照图3-39所示设置对话框。如图3-40是补洞前后的对比图，可以看到股骨远端上的的空洞没有了。空洞的产生是由于CT 阈值的差别造成的，并不是原来就有的，因此这样处理不影响后续计算。这部分工作需要足够的细心和耐心。

Before After

图3-40 补洞前后对比图

3. 区域增长

点击“区域增长(Region growing)

”图标，弹出如图3-41所示“Region Growing ”对话框，该命令是对选定的结构进行图像分割，实现不同结构的图像分离。

图3-41 区域增长对话框

4. 蒙罩

选中视图窗口股骨“蒙罩”，目标“蒙罩（Target ）”将会随着改变，随机选择不同的颜色，形成不同的蒙罩，这样方便区分不同的结构，结果如图3-42所示。

图3-42 蒙罩效果图图 3-43 股骨远端模型 5. 计算

采用右侧的“三维计算功能（Calculate ）”工具对股骨蒙罩（mask ）进行重建，清楚直观地再现股骨结构的三维形态，如图3-43所示。

6. 三维模型的优化和网格的重新划分

1）采用右侧的“重新划分网格（Remesh ）

”工具对股骨蒙罩（mask ）进行网格重新划分，优化股骨结构的三维形态，如图3-44所示界面。

空洞

图3-44 股骨远端模型蒙罩图3-45 模型光滑对话框2）在上方工具条中选择“光滑（smoothing）”工具，弹出如图3-45所示“光滑”对话框，点击“OK”按钮，细化网格并且优化股骨结构。

3）保存并关闭“重新划分网格（Remesh）”界面。

图3-46 股骨远端模型优化

4）优化股骨远端结构如图3-46所示。

利用同样方法构建胫骨近端模型，最终构建的人体股骨远端和胫骨近端模型如图3-47所示。

图3-47 人体股骨远端和胫骨近端模型