Диссертация (1025646), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Просмотробъемной модели осуществляется посредством подключения к данному файлумодуля визуализации GridVolume (Display → GridVolume), позволяющегоотображать тетраэдрическую сетку или ее части в различных режимах.Рис. 3.15. Информационное окно, содержащее отчет о результаты проверки(Check) поверхностной моделиПолученная объемная модель грудной клетки, изображенная на Рис. 3.16,состояла из 150659 узлов и 688498 тетраэдров.
Из представленного рисункавидно, что модели позвонков, ребер, грудины и реберных хрящей состоят восновном из тетраэдров правильной формы, тогда как межпозвоночные дискимогут содержать искаженные тетраэдры. Прежде всего, это связано с тем, чтомежпозвоночные диски являются тонкими элементами, которые в данном случаеаппроксимируются тетраэдрами с длиной грани сопоставимой с толщинойдисков.
Наличие в модели искаженных тетраэдров может привести к проблемам симпортом модели в сторонние расчетные комплексы, а также к получениюнеадекватных результатов расчетов.3.3.5. Оптимизация качества конечно-элементной модели грудной клеткиДля проверки качества конечно-элементной модели и исправления92искаженных тетраэдров в программном комплексе Amira предусмотрен редакторсетки (Grid Editor), расположенный в окне свойств выбранной конечноэлементной сетки (см.
Рис. 3.17). Параметры редактора описаны в [106].Рис. 3.16. Конечно-элементная модель грудной клетки, основанная на тетраэдрах(сечение сагиттальной плоскостью)Рис. 3.17. Окно свойств редактора сетки Grid Editor93Необходимость корректировки конечно-элементной модели грудной клеткиустанавливалась на основе результатов оценки ее качества по всем критериямредактора. В рамках каждого критерия определялось количество некачественныхтетраэдров, удовлетворяющих условиям, записанным для соответствующихпоказателей качества. Для критерия качества Tetra quality в конечно-элементноймодели было найдено незначительное количество искаженных тетраэдров по всемпоказателям качества.
Данные тетраэдры преимущественно принадлежали моделимежпозвоночных дисков. Наибольшее количество тетраэдров было выделено поусловию D > 140 критерия Dihed / Solid Angle, которые находились во всехэлементах модели грудной клетки. Условие e > 7 критерия Edge quality служилодля идентификации тетраэдров с длиной грани, значительно превышающейзначения, заданные при создании сетки. В данном случае все найденныететраэдры находились в модели ребер.Несмотря на то, что общее количество искаженных тетраэдров в моделиявлялось незначительным, была предпринята попытка улучшения качестваконечно-элементнойсеткиприпомощиинструментовавтоматическойкорректировки.
Опыт показал, что лучшие результаты достигаются посредствомприменения инструментов, использующих несколько способов корректировки,таких как Combined Smoothing и Automatic. В данном случае корректировкаосуществлялась посредством применения инструмента Automatic при значениипараметра save boundary равным 0. В ходе выполнения операции порог качестватетраэдров постепенно изменялся от 450 до 3. В полученной конечно-элементнойсетке количество узлов было увеличено до 157072, а тетраэдров – до 725134.Проведенная корректировка, к сожалению, не позволила избавиться от всехнекачественных тетраэдров в модели (см.
Таблицу 15).Количество данныхтетраэдров по всем показателям качества критерия Tetra quality осталосьпрактически неизменным, тогда как их суммарное количество по критериямDihed / Solid Angle и Edge quality снизилось в три раза. Таким образом,количество некачественных тетраэдров в модели составило 0,2% от общегоколичества, что является приемлемым, учитывая заданный размер конечных94элементов.
Дальнейшее повышение качества сетки возможно лишь приуменьшении размера элементов, что может привести к необходимостииспользования больших вычислительных мощностей.Таблица 15.Результаты оценки качества конечно-элементной сетки, полученные до и послекорректировкиКритерий качестваКоличество тетраэдровПоказателькачестваДо корректировкиПослекорректировкиd<0R< 0,03r1 < 0,10392004123r2 < 0,021822d < 10202101D >14035351104s<2190116S > 1805532e>712526Tetra qualityDihed/Solid AngleEdge quality3.3.6.
Экспорт конечно-элементной модели грудной клетки в программныйкомплекс Altair HypermeshВ соответствии с установленными критериями качества полученная модельгрудной клетки может применяться для выполнения конечно-элементногоанализа. Как указывалось выше, моделирование операции Насса осуществлялосьс применением конечно-элементного комплекса ANSYS. В программномкомплексе Amira отсутствует возможность прямого экспорта конечно-элементноймодели в ANSYS.
Для этой цели, в качестве промежуточного звена,использовался программный комплекс Altair HyperMesh. Amira позволяетсохранять конечно-элементные сетки в формате HyperMesh (*.hmascii). При этомтетраэдрическаясеткаповерхностноймоделью;присваиваетсязаданноесохраняетсякаждомуимя.совместнотрехмерномуСохранениестриангулированнойкомпонентуконечно-элементноймоделисетки95осуществляется через панель меню File → Save Data as…, посредством выбора извыпадающего списка формата *.hmascii.3.3.7. Алгоритм создания конечно-элементной модели грудной клеткиАлгоритм созданияконечно-элементноймодели груднойклеткивпрограммном комплексе Amira представлен на Рис.
3.18. Не смотря на то, чтомногие операции выполняются в автоматическом режиме, процесс созданиямодели занимает довольно длительное время. В данном случае основная частьвремени уходит на интерактивную обработку результатов автоматическойсегментации, а также на интерактивную обработку поверхностной модели. Впервую очередь это связано с качеством обрабатываемой КТ. Чем выше качествополученных снимков, тем точнее на них могут быть идентифицированы области,относящиеся к различным типам тканей. Если области, относящиеся к костнойткани, выделяются на снимках КТ довольно точно, области хрящевой ткани имежпозвоночных дисков приходится дорабатывать вручную на каждом снимке.Современные многодетекторные сканеры компьютерной томографии позволяютполучать большое количество снимков (расстояние между снимками составляетменее 1 мм) высокого разрешения.
После создания поверхностной модели,полученные поверхности содержат большое количество треугольных граней,подробно описывающих сложную геометрию рассматриваемого элемента. Приэтом модель содержит большое количество искаженных граней. Уменьшениеколичества граней служит, прежде всего, для дальнейшего осуществлениямоделирования без применения больших вычислительных мощностей. Такжеданная операция избавляет от некоторого количества искаженных граней. Несмотря на это, модель требует выполнениядлительной интерактивнойкорректировки граней, т.к. в дальнейшем от этого напрямую зависит качествоконечно-элементной сетки и результат моделирования.
Качественный наборснимков КТ позволит получать сглаженные поверхностные модели, более точноописывающие реальные объекты, что значительно сократит время «ручной»обработки поверхностей.96НачалоИмпорт снимков КТ вAmiraФормат снимков: DICOM, JPEG, BMP, TIFFПолуавтоматическаясегментация снимков КТ1.Инструмент автоматической сегментации –LabelVoxel2. Инструменты интерактивного редактирования:Brush, MagicWand, Blow3. Фильтры:• Smooth Labels – сглаживание границ областей• Remove Islands – удаление изолированных областей• FillHoles – заполнение полостейАвтоматическое созданиеповерхностной модели ГКИнструментSurfaceGen• параметр Smoothing – Existing Weights• опция– add borderУменьшение количестватреугольных граней вповерхностной модели ГКРедакторSimplificationEditorПараметры:• faces – количество треугольных граней в модели• max dist – максимальная длина стороны треугольной грани• min dist–минимальная длина стороны треугольной граниВыполнениекритериев оценки качестваповерхностноймодели ГКДа1.
Intersection Test – проверка наличия взаимного пересечения2. Closedness Test – проверка замкнутости поверхностей3. Orientation Test – проверка ориентации граней4. Aspect Ratio – проверка соотношения размеров (R/r ≤ 10)5. Dihedral Angle – проверка угла между гранями (D≥ 10)6. Tetra Quality – проверка качества тетраэдров (R/r ≤ 25)НетОптимизация качестваповерхностной моделиГКАвтоматическое созданиеконечно-элементной модели ГКВыполнениекритериев оценки качестваконечно-элементноймодели ГКДаИнструментTetraGen• параметрMeshsize – определение размера элементов• опция – Improve Grid–улучшить качество сеткиНетОптимизация качестваконечно-элементноймодели ГКЭкспорт конечноэлементной модели вAltairHyperMeshРедактор Surface Editor:1.Инструмент автоматического редактирования –Flip Edges2.Инструментыинтерактивного редактирования: Bisect(Деление пополам), Flip (Переброс сторон), Collapse(Удаление сторон), Translate (Перенос вершин)1.
TetraQuality – проверка качества тетраэдров(R ≥ 0,03, d> 0, r1 ≥ 0,1, r2 ≥ 0,02)2. Dihed/SolidAngle – проверка угла между гранями(d ≥ 10, D ≤ 140, s ≥ 2, S ≤ 180)3. EdgeQuality – проверка качества ребер (e≤ 7)Редактор GridEditor:Инструмент автоматического редактирования –Modifier – AutomaticФормат:*.HMASCIIКонецРис. 3.18. Алгоритм создания конечно-элементной модели грудной клетки впрограммном комплексе Amira973.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
