开题报告-骨科三维有限元生物力学分析中网格生成的研究与实现.docx

吉林大学本科毕业设计（论文）开题报告学 院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术学生姓名学号指导教师职称教授合作导师职称单位设计（论文）题目骨科三维有限元生物力学分析中网格生成研究一、课题研究的背景和意义（综述国内外相关研究现状，阐述课题的研究目的、意义）有限元分析是随着计算机技术不断进步而逐渐发展起来的一种有效的数值方法，大约在上世纪六十年代被引入医学研究用来解决心血管领域的流体力学问题。1972年， Brekelmans和Rybicki将有限元方法应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学。上世纪八十年代后，其应用范围逐渐扩展到颅面骨、领骨、四肢骨等骨性结构的生物力学研究上，并在牙齿及其附属结构、脊柱生物力学问题上得到了广泛应用。国内学者在20世纪90 年代建立了三维人体胸腰段力学模型，有限元方法用来分析脊柱生理和病理过程中的力学变化，分析各种内固定器械的作用原理及其应力分布。随着计算机的发展、有限元软件的模拟功能及接口工具的改进，可以逼真地建立三维人体骨骼、肌肉、血管等器官组织模型，并赋予其生物力学材料特性。现在，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。 传统的三维有限元建模与分析，常借助付费软件如Mimics、ANSYS等，这无形中增加了科学研究的成本。本课题在前人经验和成果的基础上，致力于研究开发出一种适用于骨科三位有限元生物力学分析的网格生成方法，并免费推广使用。这对于降低骨科力学实验成本、提高骨科医疗水平，都具有积极的推动作用。二、课题研究已有的工作基础（总结归纳本人的学习、科研、实习等成果，以及已掌握的前人资料，简述自己初步的学术见解，附证书、报告、外文文献）1.安装数字化三维医学影像交互式软件Mimics和有限元处理软件ANSYS，并熟悉相关操作。2.学习掌握有限元分析的数学理论和实验方法。3.学习掌握offset曲面的相关理论知识。4.查找、下载offset曲面生成的相关开源库，并熟悉使用。5.检索相关论文6篇，其中与有限元分析相关的6篇，与offset曲面相关的3篇。三、研究的内容及可行性分析 研究内容研究用于骨科三维有限元生物力学分析的网格生成方法及优化。可行性分析组织保障：指导教师对本课题的研究给予了高度的高度的关心与重视，定期对项目进度和完成质量进行检查督导，对项目中遇到的问题给予耐心的指导和大力的帮助。制度保障学校对学生的毕业设计（论文）工作高度重视，成立了专门的领导小组，制定了详细的工作细则和工作进度，为学生毕业设计（论文）的顺利完成提供了强有力的制度保障。人员保障指导教师具有丰富的教研与科研经验，对学生的课题研究给予了高度重视和大力支持。学生本人勤奋刻苦，具有较强的学习、研究能力和扎实的编程功底。物质保障：学生自备笔记本电脑和研究所需相关软件，学校提供研究所需的实验仪器，学校购买了丰富的文献数据库可供检索查询。四、论文拟解决的关键问题及难点关键问题：在薄片构成的三维模型的基础上，采用offset方法，生成有厚度的、可用于三维有限元分析的模型。存在的难点有：1.offset曲线的逼近表示。2.中空模型的四面体填充算法的设计与实现。五、研究方法与技术路线(重点论述技术方案)1.将由三角形面片构成的三维模型保存为.STL文件，以.STL文件作为输入。2.处理.STL文件，生成可用于offset操作的模型。3.使用offset方法，将原模型向内扩展，最终生成一个两层、中空的三维模型。4.用四面体对中空模型进行填充，最终生成可用于有限元分析的三维模型。6、 论文的进度安排2016.12.16-2016.12.25：确定论文主题方向，进行论文题目的筛选。2016.12.26-2016.12.31：以论文题目为核心，对相关资料进行收集和翻阅。2017.01.01-2017.01.15：对已搜集的资料加以整理，论证分析论文的可行性、实际性，将论文题目和大致范围确定下来，进行开题报告。2017.01.16-2017.01.25：整合已有资料、构筑论文的大纲。2017.02.20-2017.04.16：根据查找的数据和相关资料，进行深入详实的论文编写工作，对论文编写过程中所发现的问题，研究其解决方案，推敲整合，并进行修改完善，准备论文中期检查。2017.04.17-2017.05.20：完成论文的初稿部分，向指导老师寻求意见，优化论文的结构，润色语句，修改不当之处，补充不足之处。2017.05.21-2017.06.05:论文资料整合，最终定稿，为最终的答辩做好各方面准备，熟悉论文内容，增强自己对论文内容的把握，进行一定的思维发散，设计论文答辩。2017.06.06-2017.06.20：论文答辩。七、毕业设计研制报告或毕业设计研制报告（初步）1.绪论：介绍有限元分析发展概况、有限元网格生成技术、本课题研究背景及内容介绍。2.使用offset方法生成中空三维模型的设计与实现。3.中空三维模型填充算法的设计以实现。4.结论：课题总结及工作展望。八、主要参考文献1李飞跃.儿童股骨上段有限元模型的建立及生物力学分析D.湖南:南华大学外科学,2007.2马文,候敏. 颞下颌关节各结构的三维有限元法建模J.医学理论与实践,2015,28(23):3196-3198.3胡勇,谢辉,杨述华. 三维有限元分析在脊柱生物力学中应用研究J. 医用生物力学, 2006,21(3):246-250.4赵文志,苏晋,陈秉智,李斌,何盛为,张路. 有限元分析在腰椎生物力学研究中的应用J.中国组织工程研究与临床康复，2009，30(13):5927-5930.5苏春涛,眭承志. 腰椎三维有限元生物力学分析的技术应用进展J.中国康复医学杂志, 2013，5(28):479-482.6王光达,张作福,齐晓军,曹春妮,于娟.膝关节三维有限元模型的建立及生物力学分析J.中国组织上程研究与临床康复，2010,14(52):9702-9705.7王培龙.有限元网格的生成和细化算法的设计与实现D.辽宁:东北大学计算机科学与工程学院,2013.8陈俐,王承翔,郑军. 参数样条曲面OFFSET的BP算法J.计算机工程,1996,22(6):50-53.9寿华好, 王国瑾. 区间Bezier曲线/曲面与Offset曲线/曲面之间的关系J.工程图学学报,1998,3:55-5910 汪国平,陈玉健,孙家广.基于控制顶点扰动的平面Offset曲线的NURBS逼近J.计算机学报,1999,22(12):1259-1266九、指导教师意见