基于CT灰度赋值的有限元模型建立及其在截骨矫形中的应用

目的：探索一种新的有限元建模方法以解决传统建模方法在截骨矫形应用中难以实现原位CT灰度材料赋值的问题。方法采用CT薄层扫描方式采集1例胫骨外旋扭转畸形的成人断层影像数据，利用Mimics软件对采集的胫骨CT数据进行三维重建并生成实体模型，结合CAD软件设计截骨矫形定位轴线、旋转角度及参考平面并模拟截骨，将截骨后胫骨模型各部导入有限元前处理软件中行网格划分并输出，重新在Mimics软件中输入CT图像的灰度-材料赋值关系公式，分别对网格模型进行非均匀赋值并得到胫骨各部分的赋值模型，最后将各部分模型连同参考轴、参考平面再次在前处理软件中完成截骨后的装配组合，得到截骨后完整的胫骨有限元模型，并提交模型到有限元求解器完成计算。结果采用本方法建立的胫骨截骨矫形模型同样具备基于CT灰度的非均匀材料属性，并可用于截骨术后结构的有限元分析。结论本研究提出的有限元建模方法既保留了基于CT灰度的材料赋值方法的准确性，又能解决传统赋值方法难以实现的骨骼模型部件之间空间变换问题，从而为矫形外科提供高效、灵活和准确的计算力学分析手段。