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有限元分析的基本原理是根據(jù)幾何外形、材料特性以及受力條件等因素將彈性物體離散為有限的體單元，這些體單元只在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上相交接，力通過結(jié)點(diǎn)傳遞，導(dǎo)致每個(gè)體單元的變形、任意體單元或節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布可通過多種簡單的方程式來求解。常等商業(yè)軟件對(duì)骨骼進(jìn)行有限元分析，具有高精度、低成本、零風(fēng)險(xiǎn)、可重復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，迄今國內(nèi)外諸多學(xué)者從不同應(yīng)用目的對(duì)此進(jìn)行了大量研究，其有效性、優(yōu)越性已在基礎(chǔ)試驗(yàn)及臨床應(yīng)用中得到充分證明。去軟組織的人骨有限元分析是其他復(fù)雜類型有限元分析的基礎(chǔ)，然而，即使是試驗(yàn)條件頗為單一的去軟組織人骨有限元分析，其實(shí)踐過程、條件設(shè)置、結(jié)果評(píng)判及臨床應(yīng)用等方面仍未能形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
該研究針對(duì)去軟組織人骨的有限元分析進(jìn)行綜述，旨在對(duì)三維重建技術(shù)及有限元分析在骨骼力學(xué)研究的一般過程及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行歸納，總結(jié)磁共振成像以無創(chuàng)手段對(duì)人體進(jìn)行三維重建，針對(duì)人骨的有限元分析大體上包括掃描、三維重建、體網(wǎng)格劃分、賦予材料屬性、有限元分析等基本步驟。
醫(yī)學(xué)三維重建軟件的基本原理，是以疊加的方式對(duì)掃描之格式圖像進(jìn)行三維重建，三維模型由多層面曲線構(gòu)成，每一層面曲線都是由大量規(guī)則、不規(guī)則的自由曲線構(gòu)成，重建質(zhì)量差的三維模型在有限元分析中缺乏相應(yīng)的方程式描述，任何細(xì)微的重建錯(cuò)誤都會(huì)使運(yùn)算量呈幾何級(jí)增加，甚至導(dǎo)致運(yùn)算失敗，三維重建的每一步驟，圖像編輯。重建三維模型。表面光滑處理等，都會(huì)影響三維模型質(zhì)量，在很大程度上決定有限元分析與真實(shí)的接近程度。受限于圖像的信噪比和空間分辨率，軟組織三維重建效果仍難以令人滿意，仍然無法對(duì)肌腱、肌肉等軟組織進(jìn)行良好的三維重建，此外，軟組織的力學(xué)性能存在人種差異、個(gè)體差異、生理狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異，其材料屬性往往難以通過試驗(yàn)手段進(jìn)行界定，涵括復(fù)合組織在內(nèi)的人骨有限元分析迄今仍難以實(shí)現(xiàn)體單元?jiǎng)澐帧?br />
任何復(fù)雜的彈性物體均由無限個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成，具有無限個(gè)自由度，從而不能求解，而有限元分析法可根據(jù)試驗(yàn)要求不同，將彈性物體分解成不同類型、一定數(shù)量的體單元，實(shí)現(xiàn)從無限到有限的轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到求解的目的。基于三維重建后模型的形狀，可自動(dòng)化對(duì)骨骼三維模型進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，一般所得體單元數(shù)量多在幾萬、十幾萬個(gè)甚至更多，一般可以達(dá)到有限元分析的需要，特定目的之研究如骨小梁有限元分析的高分辨率。小梁骨微有限元模型可有數(shù)十萬個(gè)單元，其求解需要專用高效的方法及多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行處理來分析。
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