mimics教程(总结)

mimics教程第一单元什么是MimicsMimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系统，即为Materiaise'sinteractivemedicalimagecontrolsystem.它是模块化结构的软件，可以根据用户的不用需求有不同的搭配。下面是这些模块的介绍：MIMICS软件介绍MIMICS是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，它能输入各种扫描的数据（CT、MRI），建立3D模型进行编辑，然后输出通用的CAD（计算机辅助设计）、FEA（有限元分析），RP（快速成型）格式，可以在PC机上进行大规模数据的转换处理。MEDCAD模块：MEDCAD模块是医学影像数据与CAD之间的桥梁，通过双向交互模式进行沟通，实现扫描数据与CAD数据的相互转换。在MIMICS的项目中建立CAD项目的方法有以下两种：1.轮廓线建模：在分割功能状态下，MIMICS自动在分离出的掩模上生成轮廓线，MEDCAD能在给定误差的条件下自动生成一个局部轮廓线模型，进而用于医用几何学CAD模型中。创建的CAD模型的可能方法：-B样条曲线及曲面-点，线，圆，曲面，球体，圆柱体等所有这些实体均可以iges格式输出到CAD软件中制做植入体，另一个典型的运用是用MEDCAD模块做统计分析，如测量很多不同股骨头的数据，为建立标准股骨头植入体时作参考。2.参数化或交互式CAD建模可在2D或3D视图中直接创建CAD对象，或者用参数设置的方式创建（如定义圆心、半径来创建一个圆），创建后可用鼠标进行交互式编辑。方便设计验证：为验证CAD植入体的设计，MIMICS输入STL文件格式在2D视图及标准视图中显示，或在3D视图中显示，用透明方式显示解剖关系，使用这一方法可以快速实现医学影像数据在CAD设计软件中的调用。RP-SLICE模块：Rp-slice模块在MIMICS与多数RP机器之间建立SLICE格式的接口，RP-Slice模块能自动生成RP模型所需的支撑结构。针对RP机器的快速而精确的数据转换：用RPSlice技术可以进行大文件的处理，并维持很高的解析度，在建立切片文件的时候，RP模型的解析度，用三次插值算法来提高。支撑的成孔技术—materialise的一项专利技术，不但能使成型制造过程加快四倍，还能节省更多的材料及便于清理。切片：Rp-slice可在很短时间内进行最佳、最精确的数据转换，输出SLI，SLC格式到3DSystem，CLI格式到EOS。高阶的插值算法能使得扫描数据变成具有完美表面的3D实体模型。着色：Rp-slice支持彩色光敏材料：牙齿，牙根，腺体，神经管等均能在模型中显著标注出来，这是一个新的参考维度，病人信息也可用嵌入或彩色的标签标示。参数：RP-slice允许对层厚、解析度,缩放比例等参数进行设置，有多种过滤方式可供选择，例如：最小段长度过滤，最小轮廓长度，直线偏差校正。切片数据可以保存为多种格式：*.CLI、*.SLI、*.SLC。支撑生成：支撑生成功能，自动生成在快速成型中所需的支撑的结构，并以相应的文件格式自动输出（SLI，SLC，及CLI格式）,这不但提供一种更快速的成型前数据准备方法，而且专利的成孔技术能使整个过程缩短四倍以上，而且节省材料，生成的支撑比传统方式生成的更易清理。支撑生成参数选择：可提供几种支撑生成参数供选择，RP-slice使得在X，Y坐标平面内定义支撑成为可能，可定义支撑的长度及成孔角度，无支撑的最大倾角及支撑的起始和结束高度。MimicsSTL+模块：MimicsSTL+模块通过三角片文件格式在MIMICS及RP快速成型技术间进行交互，二元及中间面插值算法能保证快速原型件的最终精确度。输出格式：标准的3D文件输出格式，如STL或VRML（虚拟现实文件格式），STL文件格式可用在任何RP机器上，强大的自适应过滤功能够显著减小文件的大小，可以从掩模、3D图及3DD文件格式输出，输出的文件格式包括：ASCⅡSTL，BinaySTL,DXF,VRML2.0,PointClouds.参数设置：可选择几种参数，STL+模块可减少输出文件的三角片数量，通过对图像进行插补运算可以对3D模型进行光顺处理。l有两种方式降低三角片的数量：矩阵缩减及三角片缩减，矩阵缩减可以对体素（或像点）进行组合来计算三角片，三角片缩减可以在网格划分过程中减少三角片的数量。减少三角片的数量有利于对文件的操作。l通过对图像的插值来生成3D网格也有两种方法：灰度插值及轮廓线插值，轮廓线插值是在图像平面内的2D插值，从而使这些图像能在高度方向进行拓展。灰度插值是真正意义上的3D插值。当我们需要的图像显示质量优于3D重建和STL文件精度的时候，可以应用连续算法功能，反之用精确算法。l光顺算法能使粗糙的表面更光滑。第二单元MIMICSFEA模块MIMICSFEA模块：MIMICSFEA模块可以将扫描输入的数据进行快速处理，输出相应的文件格式，用于FEA（有限元分析）及CFD（计算机模拟流体动力学），用户可用扫描数据建立3D模型，然后对表面进行网格划分以应用在FEA分析中。FEA模块中的网格重新划分功能对FEA的输入数据进行最大限度的优化，基于扫描数据的亨氏单位，可以对体网格进行材质分配。在MIMICS中通过点云数据建立一个3D模型。在FEA模块中，使用MIMICS的网格重划功能对3D模型网格进行重新划分。在FEA模块下输出到PatranNeutral,Ansys及Abaqussurface等FEA软件。将表面网格转换成体网格用于前处理（e.g.MSC,Marc,…）在FEA模块中输入Patran,Ansys,Abaqus体网格文件。在FEA模块中基于扫描数据对体网格进行材质分配。在FEA模块中输出材质分配后的体网格到Patran,Ansys,或Abaqus等FEA软件中。MIMICS网格重划功能：MIMICS的网格重划功能能显著提高STL模型的质量和处理速度，能方便地将不规则三角片转化成趋近于等边的三角片。在进一步的自动重划功能里，能进行更加专业的半自动或手动划分，以便更好地进行FEA分析。l更多的质量控制参数：MIMICS网格重划功能提供多达14种通用的质量控制参数，用户可以选取合适的方法来计算三角片的质量。l简便的自动网格重划功能：网格重划功能可以自动地提高三角片的质量，它搜索所有在预先设置的质量水平之下的不好的三角片，再把它们转化到可接受的形状。l手动网格重划：在个别情况下，进行自动网格重划后仍有三角片质量低于要求，那么我们可以用手动的方法进行网格重划，网格重划功能提供独特的工具箱来手动修改它们的形状。提高FE分析中的可靠性及准确性：MIMICS网格重划功能为所有FEA软件提供了高度自动化的接口，它能显著提高STL模型FEA分析结果的可靠性和精确性。多数FEA工具软件不能进行网格重划后的优化工作，这样必将使最终结果的准确性大打折扣，用MIMICS网格重划功能将得到最优化的文件，然后将优化的结果输出到FEA软件中去。节省运算时间：一般来说，进行优化所需时间会比较长，但MIMICS网格重划功能会大大缩短这一时间。材料分配：载入体网格数据后，FEA功能基于扫描图像数据为网格的每一个单元计算出享氏单位的灰度值，然后可根据不同的灰度范围定义相应的材料，也可以按密度，或E模量及泊松系数来定义材料。分配了材料的体网格就会被输出给Patranneutral,Ansys及Abaqus文件。l用均匀方式分配材料：将体网格中的亨氏单位分成相等的区域，每一区域对应不同的物质，用经验公式将亨氏单位转化成密度值，再把密度值分配给相应的体网格，接着为每一种物质定义E模量及泊松系数。l用查表方式分配材料：在一个XML文件中为灰度值分配相应的密度值，然后在FEA模块中输入这个XML文件，按照XML文件的定义对每一个体网格分配材料，再对每一种材料定义E模量及泊松系数。手术模拟模块：MIMICS手术模拟模块是手术模拟应用的平台，可用人体测量分析模版进行细部的数据分析，对骨切开术及分离手术以及植入手术进行模拟，或解释植入手术的过程，有很大帮助。人体测量分析：要进行人体测量分析，先选取一个模版，预先设定所需的标记、参照面及测量方式，平面及测量方式所需的标记点被确定之后，平面及测量方式也就被确定下来，如果没有合适的模版，也可以自定义模版。标记列表：能对标记点进行创建、拷贝、编辑、删除等操作，在进行以上操作之前每个标记点都有各自的默认属性，可以编辑的特性包括：标记名称、颜色、描述。平面列表；第二个列表可以方便用户定义一个或更多可供分析的平面，要定义一个分析面必须先定义标记点或基于一个事先生成的模版中的平面。测量列表：有多种方式可供选择以测量角度或距离，对于距离的测量，不论是在两点之间还是一点与一个面之间均可测量，对于角度的测量，可以用三点法及两线法（每条线由两个点决定），注意：测量只能在模版中巳定义的点及面中进行。手术过程模拟：MIMICS手术模拟功能为外科手术模拟提供强大的3D工具包，多种模拟骨切开手术及分离手术的工具及STL文件的操作可供选择。切割：两种切割工具可供选择：多义线切割及带切割面的多义线切割，在多义线切割中，用户用画线的方法来定义一个切割曲线，切割面垂直于视平面，如果切割深度没有切透，这个切割将是无效的，带切割面的多义线切割法是一个自由的切割工具，可以在3D及2D中进行拖动切割，切割轨迹将在2D及3D中实时显示。分割：这一功能可将一个对象分成彼此独立的3D模型，然后建立多个不同的局部3D模型。融合：融合功能将所选的不同模型变成一个模型。镜像：镜像功能可以将选定的对象沿一个设定的平面或一个巳有平面（从人体数据分析或MEDCAD得来）镜像生成新的对象，可以选取多个对象进行镜像操作。放置牵引:经过切割操作后，可从数据库中选取合适的牵引器安放在3D模型上进行对比，因为切割操作不可能是自动进行的，所以操作者必须了解所选牵引器的正确使用方法。牵引位的调整：为了模拟牵引器的定位及调整，牵引器移动的分析视图可做参考。定位功能：对象可以移动也可以旋转，任意一种操作方式都可以用以达到用户的目的。有几种对象的修改方式可供选择：沿轴向移动、平面内移动或者沿轴旋转、沿点旋转，当然没有这些限制的操作也是一种选择。注册功能可方便地用标记点调整对象，也可用鼠标移动来调整对象。附加功能：载入的STL文件可被添加到项目管理器中，项目管理器中的STL标签下的按钮可对STL文件进行旋转、移动等操作。现有一个神经工具：先在2D中画出，然后在项目管理器中添加神经标签应用引言：快速原型技术经过20多年的发展，已经发展得相当成熟。目前CT、MRI等断层扫描技术在诊断方面应用相当广泛。但是这些断层扫描的图片有其本身的局限性，二维图片往往让外科医生不能很好的对病理进行分析。翻阅大量的序列断层图片，不及将这些图片三维重建，将实体模型拿在手上进行分析得到的信息多。比利时Materialise公司开发的Mimics是连接断层扫描图片与快速原型制造的桥梁。图片的导入针对目前标准的DICOM文件格式，Mimics提供了自动的导入功能。用户只需要在导入向导的指引下就可以导入整个目录下的文件或是部分文件。同时，还可以通过半自动的方式导入BMP和TIFF文件，手动的方式导入其他的文件。组织的提取及三维重建导入原始的断层图片后，MIMICS会自动计算生成冠状面图和矢状面图。Mimics用三个视图来显示这三个位置的图片，并且这三个视图是相会关联的，可以通过鼠标和定位工具栏快速定位，如图1所示。右上角的图是原始的扫描图像，左上角和下角是由原始横断面图像计算生成的冠状面和矢状面图像。红线指示横断面图像的位置，黄线指示冠状面图像的位置，绿线指示矢状面位置。图1Mimics的用户界面断层图片中，不同组织的灰度值不同，故此可以通过阈值来提取相应的组织，如图2所示。图2设置恰当的阈值提取组织从图中可以看出，着色的象素其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，检查提