オールインワン パッケージ

MECHANICAL FINDER はCTベースの有限要素解析に必要な全ての機能が含まれています。つまり MECHANICAL FINDER だけで、DICOMデータのインポート、セグメンテーション、インプラント挿入、メッシュ生成、材料特性設定、境界条件設定、解析、結果表示と全ての手順をシームレスに作業できます。

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主な機能

CTベース モデリング

医療画像DICOMデータから3次元モデルを構築できますので、患者固有の骨形状をモデルに反映することが可能です。CTデータから骨などの関心領域(ROI)を画像処理や手作業での修正により抽出することで3次元モデルを作成します。また、BMP、JPEG、TIFF画像からもモデル構築することが可能です。コンピュータモデルなので、骨切りモデルや骨欠損モデルも簡単に作成できます。

CT Iso-surfaceBone geometry

インプラントの挿入

CTから構築した形状とは別にインプラントなどの形状(STLデータ)を取り込むことができます。インプラントの位置は周囲のCT画像を表示しながら調整することができます。また、STLデータの軸や回転中心を設定でき、それを利用すれば、設置済みのスクリューを長さ違いのもので置換するということも可能です。

自動メッシュ生成

メッシュサイズを指定するだけで、その範囲内の形状の曲率に応じたサイズで自動的に四面体メッシュを生成します。 特別な知識を必要とせず、複雑な骨形状を精度良く再現して有限要素モデルを作成できます。

Surface meshTetrahedral elements

その他の要素

四面体要素の他にモデル表面に設定するシェル要素、トラス要素が設定できます。
ひずみ-張力の関係を定義したトラス要素(線要素)を解析モデルに設定できるので、靭帯等のモデル化に利用できます。

不均質材料

骨の有限要素解析は均質材料、あるいは皮質骨と海面骨から成る2層モデルでよく行われてきました。しかし骨の応力や破壊を評価するのに物性値の不均質性は重要であり、今では不均質材料の解析も増えています。
CT値は密度に変換され、密度からヤング率など各物性値は論文を参照して変換されます。

CT valueDensity of FE model
Young's modulusStress distribution

汎用FEAソルバーは1材料は同じ物性値のため、データの持ち方や描画の問題で、CTから物性値を求める場合も現実的には物性値数は限定されます。MECHANICAL FINDERはソルバー、ポスト処理など不均質材料を前提に作られているため、骨の物性値数に制限はありません。全ての四面体要素にその位置のCT値に基づいた物性値を割り当てることが可能です。

荷重条件

荷重条件の設定にはあらかじめ設定した軸を基準に方向を設定でき、異なるCT間で条件を揃えるのに便利です。また、筋力を荷重で設定するような場合、骨の位置関係が変わっても筋力の方向は常に始点から終点方向を向くように設定もできます。

強制変位

強制変位を設定することも可能です。実験で行われる圧縮試験やスクリュー引抜試験などを解析するときに用いられます。

材料非線形解析

弾性解析だけでなく、要素の塑性、破壊を追う材料非線形解析も行えます。臨床的な骨折を評価するには有限要素解析での骨折を定義する必要がありますが、よく変位-荷重曲線から骨強度として求められています。屍体骨を用いた実験と比較した論文も複数出ています。

幾何学的非線形解析

微小変形理論に加えて大変形解析も行えます。特に大きな変形、回転を伴う場合に幾何学的非線形解析により正確に解析が行えます。また、椎間板などの軟組織を超弾性体としてモデル化することができます。

動解析

静解析だけでなく、慣性力を考慮した動解析も行えます。初速度を与えたり、時間変化する荷重を設定することで、衝突、衝撃など短い時間で生じる現象の解析を行えます。

接触解析

骨とインプラントなど材料の境界に接触の設定を行うことができます。接触設定は複数材料間で設定でき、また接触面には摩擦係数を設定できます。挿入直後のインプラントと骨の境界など、接触設定することでより現実に近いモデルを作成できます。

結果表示

応力分布などのコンター図や骨折図など様々な結果を表示できます:変形図/コンター図/ベクトル図/テンソル図/骨折図/CT表示
また、興味ある領域の要素、あるいは節点を抽出し、全要素のデータをCSV形式で出力できますので、エクセル等で編集したり、統計をとったりと利用できます。

画像 & 動画

材料特性や結果画面など各ステップで可視化領域を画像として保存できます。視点を保存する機能もあり、インプラントの異なるモデル画像を並べて比べる時に便利です。また、複数のフレームを動画ファイルとして保存することもできます。このページの動画はその機能を用いて作成しています。

形状ファイル

ROI抽出データから生成した外形状、外部からインポートした形状、四面体メッシュ生成後の表面形状をSTL形式で出力できます。CTから抽出した形状を他のモデルで再利用する場合や、骨切りモデル用に一度切断した骨形状を作成する場合に利用できます。