1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代医学的高速发展，人类身上的许多疾病得到了有效的治疗，从而在很大程度上提高了人们的生活质量。然而脊椎疾病仍然是一种常见的老年疾病，在我国的发病率高达百分之九十七。目前，对于脊椎病治疗一般先采用非手术的方法。如果病情比较严重且非手术方法效果不，则采用手术方法。但由于人体脊椎结构的复杂性，在手术实施之前很难对手术过程有准确的评估，这样就容易导致手术效果不理想。另外，手术之后对于手术的效果评估也很难进行。为了能够更好地解决现在存在的各类问题，此项目拟在用 mri(magnetic resonance imaging)和 ct 图像进行三维重建之后，再采用有限元方法进行脊椎模型的应力和位移分析。其中，三维重建使用的是逐层扫描的脊椎图片，对图片进行重采样、逐层划分、填充、过滤、光滑处理之后，各层图片组合在一起建立脊椎的三维模型。项目中，对脊椎建模主要使用的软件是 mimics，分析求解使用的软件是 ansys。建模之后要对模型施加人体正常状态下的载荷模拟脊椎的运动，并对得到的结果进行分析。通过对比应力数据和位移数据，可以分析出人体正常状态下的脊椎模型的受力状态，这对脊椎的研究和脊椎疾病的治疗具有重要意义。这样可以在手术之前模拟手术过程，达到帮助医生制定合理手术方案的目的。在手术之后，也可以分析手术的效果，并且给出病人适当的建议。

近些年，随着图像技术的进步，计算机医学图像处理及医学图像可视化技术在实现定量诊治判断、手术模拟与预测方面提供了有力的支持。从总体上看，手术导航化和手术虚拟化的发展状况在当前还不能满足脊椎医学的临床需要。要解决该问题首先就是要能够对脊椎进行高精度的建模，然后再对脊椎进行准确定位并模拟实际的手术过程。

由于国内外在人体脊椎方面的研究上还存在一些不足之处，国内现在也还没有为脊椎及其组成部分构建三维统计模型，没有现成的脊椎模型库，没有实现不同年龄段脊椎数据的准确化。另外，由于脊柱的复杂性，以往的测量手段很难获得脊椎的精确形状和材料信息。目前为止，科研中经常使用的脊椎建模方法包括：几何建模、三维坐标仪建模、使用医学图像的建模方法、组织切面法、dicom 数据的直接建模。在现有研究中脊椎模型过于简化，一般都是忽略韧带，或者用绳索代替韧带，这不符合实际脊椎模型复杂的情况。由于目前对于脊椎的一些非线性材料还无法准确进行表达，所以，得到的结论在准确性方面会存在足。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究（设计）的基本内容与目标：

采用ct机扫描正常人脊椎椎体，以获得的dicom图像数据文件为依据，对脊椎椎体进行精准的三维建模，并进一步获得三维有限元模型，模拟正常人站立时脊椎椎体所受到的荷载，为医学及医疗研究提供相关的理论依据。假设正常人体重为75kg，椎体所受到的荷载为人体重的1/3。

2.2 拟采用的技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需资料。确定方案，完成开题报告。
第4-7周：骨骼模型的建立。
第8-11周：有限元分析。
第12-14周：数据整理并完成毕业论文。
第15周：准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

1.郭世绂.骨科临床解剖学. 山东科学技术出版社,2001.

2.陈家新. 医学图像处理及三维重建技术研究. 科学出版社,2010.

3.张红松，胡仁喜，康士廷等..ansys 13.0有限元分析从入门到精通.机械工业出版社，2011.

4.王新荣，初旭宏. ansys有限元基础教程.电子工业出版社2011.

5.王勖成.有限单元法.清华大学出版社，2003.

6.胡国良，任继文. ansys11.0有限元分析入门与提高.国防工业出版社，2009.

7.毛宾尧，林圣洲.临床骨科手册. 人民卫生出版社,2006.

8.樊继宏.mimics建模到marc有限元分析的系统工程和实例.

南方医科大学，2010.

9.许庆庆.基于ansys二次开发的脊椎模型有限元分析.电子科技大学，2014.

10.肖进.人体骨骼数字化重建及三维有限元分析.南方医科大学，2008.

11.尹璐璐.人体颌面部软硬组织三维建模及其有限元分析.第四军医大学，2010.

12.傅栋.三维医学影像交互式控制系统在骨科数字仿真与有限元建模的应用.南方医科大学，2007.

13.t thieman,o winkler. gauge field theory coherent states (gcs): iv. infinite tensor product and thermodynamical limit[j].classical and quantum gravity,2013,18,4997.

14.makimura,s.analysisby ansys[j].kek proceedings,2015,1