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申请/专利权人：北京交通大学;中国飞机强度研究所

摘要：一种高质量网格小型猪头部有限元模型建模方法，涉及一种建模方法，包括以下步骤：采用断层图像重构法建立新生小猪头部几何模型；再对几何模型分区。采用蝴蝶网格投影方法建立新生小猪头部有限元模型，本发明可以应用于所有不规则的曲面体生物结构，更能进一步进行多工况仿真并获得碰撞接触力、颅骨裂纹扩展等数据和资料，与使用小型猪进行多工况试验相比方便高效，并且能够较为准确描述儿童头部损伤。

主权项：1.一种新生小型猪头部有限元模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用断层图像重构法建立新生小猪头部几何模型；S2、对新生小猪头部几何模型分区；S3、采用蝴蝶网格投影方法建立新生小猪头部有限元模型，所述步骤S1的具体步骤如下：S11、获取新生小型猪头部CT图像对新生小猪头部进行CT断面扫描图像，以获得新生小型猪头部CT图像；S12、对新生小型猪头部CT图像进行阈值分割、区域增长及三维建模，以获得新生小猪颅骨的三维模型STL格式文件使用MIMICS软件的“Segmentation”工具使颅骨断层图像边缘结构清晰显示并进行阈值分割，将骨骼图像从整体图像中分割出来，获得蒙板A，在蒙板A上使用MIMICS软件的“RegionGrowing”命令对颅骨图像进行区域增长操作，获取蒙板B，在蒙板B的整体断层图像中分离出新生小猪颅骨的断层图像；使用MIMICS软件的“Calculate3D”命令对新生小猪颅骨的断层图像进行三维重建，选用中等质量参数来进行三维计算，并输出三维模型STL格式文件；S13、根据新生小猪颅骨三维图形提取出骨缝线调整3D视图窗口识别骨缝位置表现的凹陷，手工使用spline功能在三维模型表面直接沿凹陷轨迹绘制曲线，间接获取骨缝的几何模型；S14、建立脑组织几何模型根据脑部组织在矢状面方向上的9个深度MRI图像上的轮廓在MIMICS中对应的深度上绘制轮廓线，然后将所有的轮廓线输出并导入三维软件进行放样得到脑组织表面模型；S15、对小型猪头部几何模型进行光顺处理将新生小猪颅骨的STL文件导入Geomagic软件进行光顺处理，使用网格医生选项自动行修复小孔洞，高度折射边以及尖状物，手动修复颅骨模型表面不规则孔洞，使用多变形编辑功能中的刷漆工具，将孔洞周围多边形删除，再使用填充单个孔命令，将其填充；对颅骨内表面进行光顺处理；在GeomagicStudio中应用裁剪功能将小猪颅骨从正中矢状面切割开，删去左半部分，保留右半部分方便对颅骨内表面进行操作；对眼眶位置的孔洞进行填补；利用GemagicStudio的松弛命令来对颅骨内表面进行光顺处理；将鼻骨错综复杂部分进行了松弛操作，得到平滑的内表面；在Geomagic中进行精确曲面操作，将小猪颅骨内外表面分别拟合成为NURBS曲面，所述步骤S2的具体步骤如下：S21、将脑干几何模型iges文件导入HYPERMESH中，使用Geom功能下surfaceedit中的trim命令用三点确定的平面来切割脑干几何模型，将脑干分成三块，使得每一个小块的形状满足规则六面体，依次命名为brainstem1至brainstem3；S22、小脑几何模型保留原样进行一次投影；S23、大脑几何模型在HYPERMESH中用使用Geom功能下surfaceedit中的trim命令将大脑分为八块，依次命名为brain1至brain8；S24、鼻部呈现T字型形状，使用HYPERMESH中Geom功能下surfaceedit中的trim命令将它分为两长方体正交拼接的形状，在进行所述步骤S2的操作时，通过手工选取分割界面使得各个几何模块近似规则的六面体，所述步骤S3的具体步骤如下：S31、建立脑干蝴蝶网格block将脑干第一块的几何模型brainstem1的iges文件导入TrueGrid中，然后使用block命令创建一个17x17x17的方形block；利用块体移动命令mbi将block进行移动，使块体包裹于几何模型内；调整好block位置后，对块体进行部分删除，使block形状适应这一部分网格对象；在计算窗口选择需要删除的区域，使用Delete命令分多步进行删除；对脑干第二块及第三块几何模型进行相同处理；S32、划分脑干部分有限元网格对脑干第一块block进行投影；用pb命令实现点投影，使block八个顶点与几何模型的定点相结合；然后选择block各个棱，用curs命令将其投影到划分对象对应的棱边上；用sfi命令实现面投影，选择block需要投影的面向目标面进行投影；对脑干第二块以及第三块block进行相同操作；S33、调整网格质量对脑干部分的网格进行合理的调整；使用TrueGrid提供的交互式操作功能手工调整边界节点，使其分布均匀；在计算窗口中选中需要移动的点，利用movepoint功能，在物理窗口直接进行拖动；在计算窗口选择整个块体区域，使用unifm功能对表面网格进行均匀与顺滑，使得表层网格达到最理想的质量；S34、将分块的有限元网格模型进行连接脑干第一块几何模型网格划分完成时，使用bb命令将其与下一个要建立的脑干块体的公共面定义为主面；然后在建立脑干第二块有限元网格模型的时候在计算窗口中选择需要连接的面，使用trbb命令连接两块脑干有限元网格模型；S35、大脑、小脑及鼻腔有限元模型建立先按步骤S31的操作建立每个igs文件对应的block并使其形状适应网格对象；再按照步骤S32至步骤S33的操作，分别对大脑八块几何模型、鼻子两块几何模型以及小脑几何模型建立对应的block并进行投影生成网格，然后分别对网格进行调整；最后按照步骤S34对各块有限元网格模型进行连接；S36、建立软脑膜有限元模型将TrueGrid中输出的脑组织网格文件导入HYPERMESH，创建新的Component以存储即将建立的软脑膜壳单元，然后使用tool下的face功能在小猪脑组织网格的表面建立软脑膜网格，最后用organize下的move功能将建成的软脑膜壳单元规整到开始创建的Component中；S37、建立脑脊液有限元模型由于建立脑组织网格采用的几何模型是颅骨内表面，所以建立好的脑组织网格实际上包含了脑脊液与脑组织；在HYPERMESH中利用split功能将将Truegrid输出的网格的最外层一分为二变为两层，然后将其最外层单元选出，新建Component，将选出的单元规整入新的Component中，建立脑脊液有限元网格；S38、建立硬脑膜有限元模型首先创建新的Component以存储即将建立的硬脑膜壳单元，然后使用tool下的face功能从脑脊液外表面提取出壳单元，用organize下的move功能将建成的软脑膜壳单元规整到开始创建的Component中；S39、建立颅骨有限元模型将建立好的颅骨外表面几何模型导入HYPERMESH中，利用elemoffset功能将硬脑膜表面节点沿法线方向均匀向外偏移得到一层新的比较薄的实体单元，然后使用project功能将生成一层新实体单元外表面节点以颅骨外表面几何模型为投影目标面进行投影，得到具有真实颅骨形状的颅骨有限元网格；S310、建立头皮有限元网格选定颅骨外表面的网格，使用elemoffset命令，将颅骨外表面单元节点沿法向外线偏移2.1mm，建立头皮有限元网格；S311、对局部低质量网格进行调整用Tool选项中的Translate工具移动节点，对雅克比低于0.3的网格进行手动调整，选中需要移动的结点并指定移动方向，进行网格调整；然后手工调整最小网格，低于0.10mm的网格用Translate工具进行手工调整，所述步骤S33和S311中，手工对网格进行调整。

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