漏斗胸矫形手术仿真方法

摘要

本发明公开了一种漏斗胸矫形手术仿真方法，通过对胸廓三维可视化硬骨模型与肋软骨模型分别进行面网格划分，并对网格进行优化；在网格优化的基础上采用网格转换，将胸廓模型由面网格转换为体网格；对肋骨、肋软骨、胸骨分别进行材料赋值，并将各部分骨骼体网格模型进行装配，得到完整的胸廓三维力学模型；确定边界条件与加载力矩，对胸廓模型进行有限元分析，得到在不同外力作用下，各部分骨骼的应力、应变与位移情况，对漏斗胸手术的切口位置、支撑板材料、固定方法、支撑力矩进行仿真，使漏斗胸手术的成功率由现有技术的70～90％提高到98％以上。

主权项

一种漏斗胸矫形手术仿真方法，其特征在于包括以下步骤：(a)对漏斗胸肋骨/胸骨模型与肋软骨模型分别进行三角形面网格划分，得到漏斗胸肋骨/胸骨与肋软骨的三维网格模型；(b)对模型中的三角形进行检测，若劣等三角形数量超过总数的0.05％时，进行网格优化；在骨骼平滑区域，增大三角形单元尺寸，减少网格数量；在骨骼尖锐区域，减小三角形单元尺寸，增加网格数量；(c)对优化后的面网格模型沿其划分的边界线，深入模型内部进行划分，通过分割实体和布置种子来控制单元的密度和位置，将三角形单元转变为四面体单元，将面网格模型转换为体网格模型；(d)对每个体网格元素计算灰度值，并确定相应的材料力学参数，即为模型中的肋骨、胸骨、肋软骨赋值；肋骨、胸骨、肋软骨对应的骨骼密度是：D＝1.122×HU+47式中，HU是模型中肋骨、胸骨、肋软骨的灰度值；其弹性模量是：E＝2.20×D-209；(e)将肋骨/胸骨模型与肋软骨模型进行装配，得到一个完整的漏斗胸胸廓三维力学模型；(f)对漏斗胸胸廓三维力学模型施加边界条件和约束条件，将每个胸椎表面所有节点的自由度施加位移约束使其固定不动，对胸部凹陷部分施加向外垂直载荷，用以模拟手术中支撑板植入幼儿胸廓的情况，载荷类型取集中力，通过有限元分析，获得漏斗胸三维力学模型在静态载荷下的应力、应变与位移的分布；(g)根据不同静态载荷下胸廓模型的应力、应变与位移分布，研究手术切口位置、支撑板材料、固定方法以及支撑力矩，仿真植入支撑板后，肋骨、肋软骨、胸骨及支撑板的受力情况及术后效果，辅助医师为漏斗胸患儿确定手术方案。