(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210582604.6 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区上 大路99号 (72)发明人 雷静桃　魏益民　 (74)专利代理 机构 上海上大专利事务所(普通 合伙) 3120 5 专利代理师 何文欣 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06T 7/73(2017.01) G16H 30/20(2018.01) A61B 34/10(2016.01) A61B 17/68(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化 有限元模型的方法 (57)摘要 一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化 有限元模型的方法， 包括： 损伤骨盆骨肌组织与 骨针的三维模型创建； 采用ABAQUS/Python软件 二次开发一个用于一次性创建若干个有 限元模 型的ABAQUS脚本文件； ABAQUS软件读取这个脚本 文件， 一次性创建n个含骨针的骨盆骨肌组织有 限元模型。 本发明基于AB AQUS/Pyt hon软件， 二次 开发一个脚本文件， 用于一次性创建含骨针的骨 盆骨肌组织的多个有限元模型， 能避免有限元建 模的重复性工作， 有效提高模型的创建效率。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115270539 A 2022.11.01 CN 115270539 A 1.一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化有限元模型的方法， 其特征在于， 包括以 下三个步骤： (1)损伤骨盆的骨肌组织、 骨针的三维模型创建； (2)基于ABAQUS/Pytho n软件二次开发一个能创建多个有限元模型的脚本文件， 包括： a)Python语言编程计算 n组骨针在 骨盆上的空间位姿， 并保存在CSV文件中； b)读取n组骨针的空间位姿， 在 骨盆骨肌组织模型 上创建骨针的孔要素； c)将骨盆骨肌组织与两根骨针进行装配； d)生成一个能一次性创建n个有限元模型的ABAQUS脚本文件； (3)ABAQUS软件读取脚本文件， 一次性创建n个含骨针的骨盆骨肌组织有限元模型。 2.根据权利要求1所述的一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化有限元模型的方 法， 其特征在于， 所述 步骤(1)具体包括： 采用医学图像处理软件Mimics和逆 向工程软件Geomagic  Studio， 逆 向重建损伤骨盆 的骨肌组织三维数字化模型； 软件ABAQUS中的Part模块中,从Soli dWorks软件导入损伤骨 盆骨肌组织三维数字化模型， 其文件拓展名为*.x_t； 新建一根骨针的三维模型， 完成损伤 骨盆骨肌组织、 骨针的三维模型的创建， 其中损伤骨盆的坐标系为Oxyz。 3.根据权利要求1所述的一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化有限元模型的方 法， 其特征在于， 所述 步骤(2)包括以下4个要点： 要点1： Pytho n语言编程计算骨针在 骨盆上的空间位姿向量， 并保存在CSV文件中； 针对需要置入损伤骨盆的两根骨针， 根据损伤骨盆的骨折类型、 临床经验确定第1根骨 针的空间位姿， 第2根骨针的空间位姿， 具体 计算如下： 设第2根骨 针的针尖点、 针尾点分别为P(Px,Py,Pz)、 Q(Qx,Qy,Qz)， 其中Px,Py,Pz,Qx,Qy,Qz 分别为这两点在骨盆坐标系Oxyz中的三个坐标分量， 则骨针的空间位置和姿态由这两个点 唯一确定； 设骨针针尖点坐标Px,Py,Pz在骨盆坐标系Oxyz中沿x,y,z三个方向的变化区间为Px∈ [Px0,Pxn]， Py∈[Py0,Pyn]， Pz∈[Pz0,Pzn]， 骨针针尖点的坐 标Px,Py,Pz在区间内均分确定， 即第 k组骨针位姿的针尖点坐标为 其 中k＝(1,2,…,n)为第k组骨针 针尖点坐标， n为骨针针尖的总个数； 设骨针针尾点的坐标Qx,Qy,Qz沿骨盆坐标系Oxyz中沿x,y,z三个方向的变化 区间为Qx∈ [Qx0,Qxn]， Qy∈[Qy0,Qyn]， Qz∈[Qz0,Qzn]， 计算骨针针尾 点的坐标同上， 即第k组骨针针尾 点的 坐标为 其中k＝(1,2, …,n) 为第k组骨针 针尾点坐标， n为骨针针尾点的总个数； 由第k组的骨针针尖点P与第k组针尾点Q的坐标， 结合骨针的长度L0， 可计算第k组骨针 在模型坐标系Oxyz中的三个方位角 αk, βk,γk， 即 由骨针针尖点坐标、 骨针向量的三个方位角， 可计算所有骨针的空间位姿； 上述关于骨权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270539 A 2针空间位姿的计算结果， 保存在CSV文件中。 要点2： 读取n组骨针的位姿信息， 在 骨盆的骨肌组织模型 上创建骨针的孔要素： Python语言的CSV模块， 读取CSV文件中 的n组骨针空间位姿； 软件ABAQUS中， 根据n组骨 针的空间位姿， 在 骨盆的骨肌组织 三维模型 上创建需置入骨针的孔要素； 要点3： 将骨盆骨肌组织与两根骨针模型进行装配； 骨盆模型中的骨针孔要素创建后， 通过Assembly模块接口将两根骨针零件从Part模块 导入， 此时骨针的导入位姿为初始位姿向量， 用Python语言编程计算确定两根骨针的初始 位姿向量与目标位姿向量的坐标位移与角度旋转， 进 行骨盆骨肌组织与两根骨针模型的装 配； 要点4： 生成一个能一次性创建n个有限元模型的ABAQUS脚本文件； 将读取骨针空间位姿、 骨盆模型上创建骨折孔要素、 骨盆与骨针模型装配的脚本语句， 组合在一 起， 生成一个能一次性创建n个有限元模型的ABAQUS脚本文件。 4.根据权利要求3所述的一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化有限元模型的方 法， 其特征在于， 所述要点2中骨针孔要素的创建方法， 具体如下： 根据读取的骨针位姿， 确定位于骨针圆柱面上的辅助点， 将骨针向量的起点、 终点、 辅 助点以函数DatumPointB yCoordinate定义三个基准点P1、 P2、 P3； 通过基准点P1、 P2以函数 DatumAxisByTwoPoint创建辅助基准轴 ， 通过基准点P1 、 P2、 P3以 函数 DatumPlaneByThreePoints创建辅助基准平面； 根据骨针的尺寸参数在辅助基准平面上构 建骨针的截面草图； 通过创建的辅助基准轴 与辅助基准平 面由函数CutRevolv e构建骨盆模 型上需要置入骨针的孔要素。 5.根据权利要求1所述的一种一次性创建多个骨盆上骨针分布优化有限元模型的方 法， 其特征在于， 所述 步骤(3)具体包括： 在ABAQUS软件中的PDE模块中运行脚本程序， 点击在ABAQUS中 “File”菜单栏下的 “Run  Script”， 切换目录至选择步骤2 生成的脚本文件的保存位置， 选择脚本文件， 点击 “OK”进行 确认， 读取脚本文件， 一次性创建n个有限元模型， 是骨盆骨肌组织与不同空间位姿的骨针 装配为一体的三维有限元模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270539 A 3