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--- sw:导入和放置cad植入物_股骨近端 [2023/07/20 16:34] – [3.网格划分] liu.ning
+++ sw:导入和放置cad植入物_股骨近端 [2023/08/01 19:12] (当前版本) – [4.参考] liu.ning
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 ====== 导入和放置 CAD 植入物：股骨近端 ======
+本教程展示如何将植入物与股骨近端整合及组合模型的网格划分。为模拟全髋关节置换术，将股骨头移除并用钛植入物代替。
+本教程所用数据文件路径
+C:\Program Files\Synopsys\Simpleware\U-2022.12\Data\ProximalFemur_Implant
 ===== 1.CAD 数据配准 =====
+点击 File — Open 或在Welcome 页面打开 ProximalFemur.sip 项目文件。
 ==== 1.1 导入植入物 ====
+  - 在 Surface 工具栏，点击 Import surface。
+  - 选择 ProximalFemur_Implant.stl 文件，点击 Open 打开 Import surface 对话框。
+  - Import surface 对话框展示面模型的基本信息和检验表面是否严密和自相交。因为这里是有效表面，点击 Import 导入即可。
+<WRAP center round box 70%>
+{{ :sw:20230720ln01.png?nolink&500 |}}
+图：Import surface对话框
+</WRAP>
+<WRAP center round important 100%>
+如果导入的面模型不严密或者自相交，则将会被标记为无效表面即 Import surface 对话框中对应的信息显示为醒目的红色。这种情况下，建议您在导入前点击 Fix 按钮自动解决这些问题。如果是有意设计为不严密的，将会有一个勾选框允许您将表面标记为“open”。
+</WRAP>
 ==== 1.2 放置植入物 ====
-===== 2.处理图像和表面数据 =====
+导入的植入物后会被自动放置在原始 DICOM 数据的（0,0,0）坐标位置，这可能与项目原点不同，因为还考虑了 DICOM 标签中提供的患者位置的偏移量。点击 3D 视图的快速预览，可视化股骨近端面模型、股骨和股骨腔掩膜。
+<WRAP center round box 70%>
+{{ :sw:20230720ln02.png?nolink&500 |}}
+图：3D 视图中的股骨和植入物
+</WRAP>
-==== 2.1 将掩膜转换为面对象 ====
+**将植入物放置在骨骼内**
+.更改掩膜的不透明度会使放置更为容易：
+    * 右键单击 Dataset browser 下方的 Femur_Cavity，选择 Toggle visibility 使该掩膜不可见。
+    * 点击 View — 3D display — Visibility options，右键选择 Femur 并设置 Opacity 为 0.3，呈现为半透明状态。
+.确认 Dataset browser 下的植入物面模型是活动状态，选择 Surface tools — Transforms — Zero position，点击 Apply。将植入物自动移动到图像体积的中心。
+.点击 Surface tools — Transforms — Position and orientation，确认选中了植入物，使用窗口小部件调整植入物在股骨内的位置。箭头用于平移，彩色的圆圈可绕轴或屏幕旋转。通过 X, Y, Z 快捷键可以快速调整 3D 视图沿对应轴线展示，有助于植入物的移动。
+^  鼠标/键盘                    ^  操作            ^
+| 左键（按住）+移动                 | 围绕模型旋转         |
+| 滚轮向上/向下滚动或右键（按住）+向上/向下移动  | 放大/缩小          |
+| [Shift] + 左键（按住）+ 移动      | 平移             |
+| [Ctrl] + 左键（按住）+ 移动       | 围绕垂直于观察平面的轴旋转  |
+.或者，可以在 Position and orientation 对话框中输入植入物的位置和方向。
+<WRAP center round box 50%>
+{{ :sw:20230720ln03.png?nolink&350 |}}
+图：植入物正确位置的设置
+</WRAP>
+.最终定位应类似于下图。
+<WRAP center round box 60%>
+{{ :sw:20230720ln04.png?nolink&400 |}}
+图：植入物在股骨内的最终位置
+</WRAP>
+===== 2.处理图像和表面数据 =====
+借助 Simpleware CAD 模块的工具，可以在 Simpleware ScanIP 中与图像数据（背景图像或掩膜的形式）一起处理面对象。通过 Mask to surface 或 Surface to mask 工具实现掩膜和面对象之间的转换。
+==== 2.1 将掩膜转换为面对象 ====
+  - 点击 Image processing — Segmentation — Booleans — General Boolean operations，设置 Input A 为 Femur，Input B 为 Femur_Cavity，Operation 选择 Union，Output 设为 Femur [REPLACE]，然后点击 Apply 将两个掩膜合并。
+  - 右键选择 Toggle visibility 或点击眼睛图标关闭 Femur_Cavity 掩膜和 ProximalFemur_Implant 面对象的可见性。
+  - Mask to surface 操作需要用到 3D 视图中显示的掩膜。因此 3D 视图必须是最新的高质量渲染，从而转换为高质量的面对象，可以利用 Model preview 或Full model 划分网格实现。点击 3D preview — Model preview。<WRAP center round tip 100%>
+也可以只用 3D 视图的 Fast preview 和 Mask to surface，但会生成一个质量较低的面对象，特别是 Fast preview 的 Quality 设置为 10 时。
+</WRAP>
+  - 点击 Surface tools — Dataset conversion — Mask to surface。
+  - 点击 Dataset browser 下的 Femur 掩膜使其为活动状态，Inputs 勾选 Femur。
+  - 勾选 Hide input mask 并点击 Generate surface 即生成股骨面对象。
 ==== 2.2 更改新股骨面对象的颜色 ====
+如果想要更换面对象中股骨的颜色，可以右键点击 Surfaces 下的 Femur (from mask) — Change colour，选择默认 Bone 的颜色或其他。弹出警告显示“所选颜色已被使用，是否继续？”点击 Yes 确认更改颜色。
+<WRAP center round box 70%>
+{{ :sw:20230720ln05.png?nolink&550 |}}
+图：导入 DICOM 数据后的 3D 视图
+</WRAP>
 ==== 2.3 切除股骨头 ====
+可以利用布尔运算的减法操作去除 Femur (from mask) 的选定区域。例如切除股骨头，可以通过 Create shape 工具创建一个立方体的面对象，同样使用 Position and orientation 工具将其放置在合适的位置，然后执行布尔运算。
 === 2.3.1 创建初始形状 ===
+打开 Surface tools — General — Create primitive 工具：
+  - 从 Select primitive 的下拉菜单中选择 Cuboid。
+  - 创建方法选择 From typed parameters。
+  - 在参数面板，展开 Edge lengths (mm)，显示X、Y、Z 边长参数的设置栏。
+  - 将三个边长都设置为 100 mm。
+  - 点击 Insert，在 3D 视图中出现了一个立方体的预览
+  - 使用 3D 控制器调整立方体到股骨颈区域并覆盖股骨头。<WRAP center round box 60%>
+{{ :sw:20230720ln06.png?nolink&400 |}}
+</WRAP>
+  - 点击 Create primitive 将立方体预览转换为面对象。<WRAP center round box 60%>
+{{ :sw:20230720ln07.png?nolink&400 |}}
+</WRAP>
+  - 关闭 Create primitive 工具。
 === 2.3.2 移除股骨头 ===
+  - 点击 Surface tool — Editing — Booleans — General Boolean operations。
+  - Input A 和 Input B 分别选 Femur (from mask) 和 Cuboid_001，Operation 选 Subtract，Output 设置为 Femur (from mask)。
+  - Output origin 设为 Femur (from mask)。
+  - 勾选 Hide inputs that overlap the result 并点击 Apply。
+  - 确保 ProximalFemur_Implant 是可见状态。
+<WRAP center round box 50%>
+{{ :sw:20230720ln08.png?nolink&350 |}}
+图：布尔运算后的股骨和植入物
+</WRAP>
 ===== 3.网格划分 =====
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 === 3.1.1 创建模型 ===
+  - 点击 Home — Models — New FE model。
+  - 将需要导出的面对象拖拽到 Model 1（FE），这里要用到的是 ProximalFemur_Implant 和 Femur (from mask)。
+<WRAP center round box 60%>
+{{ :sw:20230720ln09.png?nolink&400 |}}
+</WRAP>
+<WRAP center round important 100%>
+模型中面（或掩膜）对象在列表中的上下排列关系对于网格生成非常重要。如果对象间存在重叠区域，在 Model 列表排在最高的对象将拥有优先权并占据那个空间。在这个示例中，股骨和植入物是有重合的。将植入物放在股骨上方，则植入物获得优先权，在股骨上进行布尔运算减法后将会完全保留。
+</WRAP>
 === 3.1.2 配置模型 ===
+  - 右键点击 Model 1 (FE)，选择 Model configuration..。
+  - 在 Model configuration 对话框，Model type 保持为 FE，选择 Export 为 Abaqus (*.inp)。
+  - 在 Volume meshing 栏，在 Mesh density 区域设置 Coarseness 值为 -5。
+  - 设置 Target smallest preserved feature size on surface(s) 为 2.5 mm。
+  - 其他选项保持为默认设置。
+  - 点击 Close 关闭对话框。
+<WRAP center round info 100%>
+在 Mesh density 区域是可以为模型中每一个部分设置不同的网格参数。展开 Masks 或者 Sufraces，单独选择每个部分，可以进行各自的网格参数设置。
+</WRAP>
 ==== 3.2 生成网格 ====
+  - 点击 FE model — General — Full model，开始执行网格划分。
+  - 生成的多部分模型应如下图所示，自适应划分网格的同时保持植入物和股骨间界面的一致性。
+<WRAP center round box 70%>
+{{ :sw:20230720ln10.png?nolink&600 |}}
+图：最终的多部分网格
+</WRAP>
+点击 View — 3D display — Visibility options 更改模型的可视化。或者，也可以在 3D 视图中点击任意部分的轮廓，右键通过 Change opacity 更改不透明度。点击 Log 工具可以查看网格质量的信息。尝试为股骨和植入物设置不同的 +FE Free 粗糙度，了解如何影响单元和节点的数量。
+获得满意的网格模型后，点击 FE model — General — Export，导出为设置的特定格式。
 ===== 4.参考 =====
+  * Simpleware 软件内置教程 Tutorials — Medical (easy) — Import and positioning of CAD implant: proximal femur

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