[发明专利]一种生物体结构的三维重构与有限元分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及到运用计算机软件对生物体的三维重构、点云数据处理及逆向工程的操作技术领域，尤其涉及一种生物体结构的三维重构与有限元分析方法。

背景技术

生物体的骨头是及其不规则的形状，要对其进行电脑分析时，首先要得到它们的三维模型，然后对其预处理、网格划分、表面优化等极速处理。

现有技术在三维模型重构过程中，不能精确提取出生物体特定的模型结构，对生物体骨骼模型重构不规则、精确度不够且过程复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是如何解决三维模型重构过程中对生物体特定的三维结构的重构，高精度且方法简单地对生物体骨骼模型进行规则重构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种生物体结构的三维重构与有限元分析方法，包括以下步骤：

(一)运用CT断层扫描仪对生物体骨骼进行三维扫描得到断层数据文件；

(二)将得到断层数据文件导入Avizo软件中，对生物体骨骼进行三维模型的重构，得到简化的三维模型，并以“.stl”文件保存；

三维模型的重构方法有等值面显示法、多阈值分割法、提取生物体特定结构部分法；

(1)等值面显示法，具体步骤如下：

1)创建分析项目等值面Isosurface，在项目视图区创建等值面；

CT文件导入后在主面板出现多个项目，每个项目对应三维模型的其中一段扫描图像，对每个项目创建子分析项目Isosurface，单击Isosurface项上的灰色矩形框可显示或隐藏该项目；在Isosurface的属性窗口输入阈值，点击应用后可显示出该部分图像所对应其中一段三维模型，同时直接删去在扫描时生成的与三维模型无关的其他不相关物体扫描图像；

2)选取最佳阈值生成三维模型，在Isosurface属性窗口里输入数值参数，调节阈值Threshold调节滑动器，根据显示区生成的最初三维模型的表面的光滑度与图像的清晰度，确定最佳阈值并生成三维模型；优选地，在某个项目当中使用某一最佳阈值时，其它项的阈值需保持相同，即整个模型需使用同一个最佳阈值；

3)将生成三维模型简化，在Extracted Surface*项目的属性栏里点击Simplification Editor按钮，在第一栏里查看faces数目，接着在Simplify栏里输入一数值，该数值应比原faces数大约小一数量级，之后点击Simplify now；重复步骤，对每一个项目均进行简化，即可得到最后的简化三维模型；

4)将简化后的三维模型保存为“.stl”格式，导入Geomigic Studio中进行三维模型的表面修复、模型小碎片的删除操作。

(2)多阈值分割法，具体步骤如下：

1)创建分析项目等值面Isosurface，在项目视图区创建等值面；

CT文件导入后在主面板出现多个项目，每个项目对应三维模型的其中一段扫描图像，对每个项目创建子分析项目Isosurface，单击Isosurface项上的灰色矩形框可显示或隐藏该项目；在Isosurface的属性窗口输入阈值，点击应用后可显示出该部分图像所对应其中一段三维模型，同时直接删去在扫描时生成的与三维模型无关的其他不相关物体扫描图像；

2)创建Multi-Thresholding项目，点击Segamentation Editor，进入分割编辑；

3)选取最佳阈值生成三维模型，使用magic wand在视图区单击skull-jaw上的一点，通过改变点击位置可改变阈值大小，在Magic Wand矩形框内可拖动滑动器来调整阈值范围，阈值大小应在所调节的阈值范围居中的位置，确定最佳阈值，设置好最佳阈值后点选应用全部切片all slice，然后单击标记“+”按钮添加材料阈值参数，生成三维模型；优选地，在某个项目当中使用某一最佳阈值时，其它项的阈值需保持相同，即整个模型需使用同一个最佳阈值；

4)将简化后的三维模型保存为“.stl”格式，导入Geomigic Studio中进行三维模型的表面修复、模型小碎片的删除操作。

(3)提取生物体特定结构部分法，具体步骤如下：