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

点击 File — Open 或在Welcome 页面打开 ProximalFemur.sip 项目文件。

1. 在 Surface 工具栏，点击 Import surface。
2. 选择 ProximalFemur_Implant.stl 文件，点击 Open 打开 Import surface 对话框。
3. 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。

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。

将植入物放置在骨骼内

1.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。

2.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。

3.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。

4.或者，可以在 Position and orientation 对话框中输入植入物的位置和方向。

5.最终定位应类似于下图。

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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。

   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。

4. 点击 Surface tools — Dataset conversion — Mask to surface。
5. 点击 Dataset browser 下的 Femur 掩膜使其为活动状态，Inputs 勾选 Femur。
6. 勾选 Hide input mask 并点击 Generate surface 即生成股骨面对象。

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。

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。

打开 Surface tools — General — Create primitive 工具：

1. 从 Select primitive 的下拉菜单中选择 Cuboid。
2. 创建方法选择 From typed parameters。
3. 在参数面板，展开 Edge lengths (mm)，显示X、Y、Z 边长参数的设置栏。
4. 将三个边长都设置为 100 mm。
5. 点击 Insert，在 3D 视图中出现了一个立方体的预览
6. 使用 3D 控制器调整立方体到股骨颈区域并覆盖股骨头。

   

7. 点击 Create primitive 将立方体预览转换为面对象。

   

8. 关闭 Create primitive 工具。

1. 点击 Surface tool — Editing — Booleans — General Boolean operations。
2. Input A 和 Input B 分别选 Femur (from mask) 和 Cuboid_001，Operation 选 Subtract，Output 设置为 Femur (from mask)。
3. Output origin 设为 Femur (from mask)。
4. 勾选 Hide inputs that overlap the result 并点击 Apply。
5. 确保 ProximalFemur_Implant 是可见状态。

1. 点击 Home — Models — New FE model。
2. 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)。

1. 右键点击 Model 1 (FE)，选择 Model configuration..。
2. 在 Model configuration 对话框，Model type 保持为 FE，选择 Export 为 Abaqus (*.inp)。
3. 在 Volume meshing 栏，在 Mesh density 区域设置 Coarseness 值为 -5。
4. 设置 Target smallest preserved feature size on surface(s) 为 2.5 mm。
5. 其他选项保持为默认设置。
6. 点击 Close 关闭对话框。

1. 点击 FE model — General — Full model，开始执行网格划分。
2. 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。

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。

• Simpleware 软件内置教程 Tutorials — Medical (easy) — Import and positioning of CAD implant: proximal femur