Ανάλυση Στοιχείων Τομογραφίας Και Μοντελοποίηση Ανθρώπινου Σώματος

Abstract

Το πεδίο της εμβιομηχανικής έχει τρία χαρακτηριστικά καθοριστικής σημασίας που την κάνουν να ξεχωρίζει από τα «συμβατικά» γνωστικά πεδία. Το πρώτο είναι ότι τα υπό μελέτη συστήματα είναι κυρίως έμβια με χρονικά μεταβαλλόμενες ιδιότητες. Το δεύτερο χαρακτηριστικό αφορά στο γεγονός ότι η πρόσβαση σε αυτά τα συστήματα επιτρέπεται μόνο με μη καταστρεπτικές μεθόδους και μάλιστα σε σύντομο χρονικό διάστημα ώστε οι ιδιότητες του συστήματος να μη μεταβληθούν σημαντικά. Η εμπειρία όμως έχει δείξει ότι η χρήση μη καταστρεπτικών μεθόδων μέτρησης και διάγνωσης είναι χρονοβόρα και μη φιλική για τον ερευνητή-μηχανικό. Το τρίτο χαρακτηριστικό σχετίζεται με τη μοναδικότητα κάθε έμβιου συστήματος. Παρά τα κοινά γεωμετρικά χαρακτηριστικά που μπορεί να μοιράζονται τα έμβια συστήματα, ποτέ δεν έχει παρατηρηθεί στη φύση ύπαρξη απόλυτα γεωμετρικά όμοιων έμβιων συστημάτων. Αυτό σημαίνει πως αν θέλουμε να διεξάγουμε προσομοιώσεις για έμβια συστήματα, για παράδειγμα μηριαία οστά, ακόμη και αν οι γεωμετρικές διαφορές μεταξύ τους είναι ασήμαντες, θα πρέπει να επαναληφθεί η διαδικασία μοντελοποίησης. Η διερεύνηση του τρόπου μείωσης του απαιτούμενου χρόνου για τη διεξαγωγή μίας προσομοίωσης στο χώρο της εμβιομηχανικής μέσω της εξατομίκευσής της απαιτούμενης διαδικασίας, αλλά και της απλούστευσής της μέσω αυτοματισμών, αποτελούν το αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής.Αναλυτικότερα, στη διατριβή αυτή διερευνούνται όλες οι πτυχές της μοντελοποίησης στον πεδίο της εμβιομηχανικής, ξεκινώντας από το αρχικό στάδιο της σάρωσης στον αξονικό τομογράφο, μέχρι το τελικό αρχείο προς επίλυση, προκειμένου να εντοπιστούν βήματα της διαδικασίας μοντελοποίησης που οδηγούν σε σπατάλη χρόνου. Εν συνεχεία, για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών, προτείνεται μία νέα διαδικασία μοντελοποίησης. Η προτεινόμενη διαδικασία μοντελοποίησης έχει ως κεντρική ιδέα την αξιοποίηση των επαναλαμβανόμενων γεωμετρικών μοτίβων των έμβιων συστημάτων και για πρώτη φορά προτείνονται όλα τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει ένα σύστημα μέσα στο οποίο θα υλοποιείται. Αυτό επιτυγχάνεται αρχικά με την αναγνώριση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και την ταξινόμηση των έμβιων συστημάτων σε βάση δεδομένων, βάσει των χαρακτηριστικών αυτών. Για πρώτη φορά προτείνονται συγκεκριμένες χαρακτηριστικές καμπύλες και γίνεται θέσπιση της κωδικής ονομασίας. Στη συνέχεια αυτές οι καμπύλες αξιοποιούνται για την αυτοματοποιημένη εύρεση συμβατού γεωμετρικά, γενικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων με το υπό μελέτη, μέσω μίας γρήγορης και απλής μεθόδου τριών φάσεων (1.Κωδική ονομασία, 2.Μήκος κύριας χαρακτηριστικής καμπύλης, 3.Εμβαδό μεταξύ κύριας καμπύλης γενικού με την αντίστοιχη του υπό μελέτη έμβιου συστήματος). Τέλος αυτές οι καμπύλες αξιοποιούνται από τους αλγόριθμους μορφοποίησης που προτείνονται και επηρεάζουν το πλέγμα πεπερασμένων στοιχείων, με απώτερο στόχο την ταύτιση της γεωμετρίας του προϋπάρχοντος γενικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων με αυτή του υπό μελέτη. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η επαναχρησιμοποίηση και εξατομίκευση γενικών μοντέλων έμβιων συστημάτων, με ταυτόχρονη αποφυγή επανάληψης των πιο χρονοβόρων βημάτων της διαδικασίας μοντελοποίησης, όπως για παράδειγμα η δημιουργία της τρισδιάστατης γεωμετρίας από τα δεδομένα του αξονικού τομογράφου.