CN110189828B - 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置 - Google Patents

一种韧带空间运动的量化方法、量化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110189828B
CN110189828B CN201910217447.7A CN201910217447A CN110189828B CN 110189828 B CN110189828 B CN 110189828B CN 201910217447 A CN201910217447 A CN 201910217447A CN 110189828 B CN110189828 B CN 110189828B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ligament
area
fiber bundle
starting
bone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910217447.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110189828A (zh
Inventor
蔡宗远
邹第洋
王中正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI TAOYING MEDICAL TECHNOLOGY CO.,LTD.
Original Assignee
Shanghai Taoying Medical Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Taoying Medical Technology Co ltd filed Critical Shanghai Taoying Medical Technology Co ltd
Priority to CN201910217447.7A priority Critical patent/CN110189828B/zh
Publication of CN110189828A publication Critical patent/CN110189828A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110189828B publication Critical patent/CN110189828B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A61B6/5217—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/50—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

一种韧带空间运动的量化方法，包括步骤：获取待量化韧带附着在骨骼的起始区域和终止区域；建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，连接通道用于模拟韧带的空间运动变化；对连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。由于通过获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域，然后，在通过起始区域和终止区域建立模拟韧带空间运动变化的连接通道，通过该连接通道的横截面的变化来量化韧带形变量或/和韧带扭转量，使得韧带空间运动中的形变和扭转得到了量化，该量化值为韧带空间运动的研究提供参考价值。

Description

一种韧带空间运动的量化方法、量化装置
技术领域
本发明涉及韧带运动研究技术领域，具体涉及一种韧带空间运动的量化方法、量化装置。
背景技术
韧带是连接骨骼的软组织之一结构，或附于骨的表面或与关节囊的外层融合，在骨肌生物力学***中起到了重要作用，包括加强关节的稳固性，避免损伤。在骨科临床中，影像学检查是最为常见的检查手段之一，其中X光与CT 均无法对韧带进行清晰的成像，MRI尽管可以对韧带这类软组织清晰成像，但是具有成像时间长、无法做到动态测量这样的局限性。而实际应用中，在关节运动过程中，需要获得关节运动所产生的韧带形变和扭转的量化值，但是，目前还没有如何将韧带的空间运动变化过程进行量化的方法。
发明内容
本申请提供一种韧带空间运动的量化方法、量化装置，用以解决韧带空间运动中所产生的韧带形变和韧带扭转的量化问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种韧带空间运动的量化方法，包括步骤：
获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域；
建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，所述连接通道用于模拟韧带的空间运动变化；
对所述连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；
根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。
一种实施例中，建立韧带于起始区域和终止区域之间的连接通道之前，先根据解剖学结构获取韧带中各个纤维束于起始区域和终止区域之间的连接关系，然后，根据所述连接关系建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，具体包括步骤：
提取起始区域的区域轮廓和终止区域的区域轮廓；
根据所述起始区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的起始点；
根据所述终止区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的终止点；
依据连接关系将各个纤维束对应的起始点和终止点相连接，形成所述连接通道。
一种实施例中，选取韧带中纤维束的起始点的选取方式与选取韧带中纤维束的终止点的选取方式相同，其中，根据所述起始区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的起始点的选取方式为：以起始区域的区域轮廓的形心为中心点，在起始区域的区域轮廓上构建若干个同心圆，将各个同心圆圆弧等分，提取等分点，则提取的所有等分点为选取的韧带中纤维束的起始点。
一种实施例中，对所述连接通道进行横向截取，具体为：根据连接通道中起始区域与终止区域之间的距离将连接通道等间隔进行截取，且，横截面的方向与连接通道的中心线垂直。
一种实施例中，还包括根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的应变量，具体为
计算当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度；
根据当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度和前一时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度计算纤维束的应变量。
一种实施例中，所述计算纤维束包绕骨骼的最短路径长度，具体包括步骤：
利用穿过所述纤维束起始点和终止点连线的若干个平面截取骨骼模型，获得若干个骨骼横截面；
对各个骨骼横截面的凹陷边界进行补充，使补充后的骨骼横截面边界形成最小集合的封闭区域，且所述封闭区域呈凸包状；
计算所述封闭区域的边界上连接起始点和终止点之间的骨骼表面路径，各个所述骨骼表面路径中的最短路径为纤维束包绕骨骼的最短连接路径。
一种实施例中，还包括选取起始区域的区域轮廓的中心点和选取终止区域的区域轮廓的中心点，将连接两中心点之间的连接线作为所述连接通道的基线，并通过所述基线校正骨骼表面路径。
一种实施例中，还包括根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的作用力，并通过对每一根纤维束的作用力求和获取韧带的受力。
一种实施例中，所述根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变，具体为，根据横截面面积的半径变化来量化韧带体积的形变。
一种实施例中，所述根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带扭转，具体为：
根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算，计算连接通道的整体扭转角度；
将所述整体扭转角度线性分配至各个横截面中，通过横截面与横截面间的空间的角度变化量化韧带的扭转量。
根据第二方面，一种实施例中提供一种韧带空间运动的量化装置，包括：
获取模块，用于获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域；
建立模块，用于建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，所述连接通道用于模拟韧带的空间变化；
截取模块，对所述连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；
量化模块，用于根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。
根据第三方面，一种实施例中提供一种韧带空间运动的量化设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时实现上述的量化方法。
依据上述实施例的韧带空间运动的量化方法、量化装置及量化设备，由于通过获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域，然后，在通过起始区域和终止区域建立模拟韧带空间运动变化的连接通道，通过该连接通道的横截面的变化来量化韧带形变量或/和韧带扭转量，使得韧带空间运动中的形变和扭转得到了量化，该量化值为韧带空间运动的研究提供参考价值，如，通过该量化值可以准确地得到韧带扭转的状态情况。
附图说明
图1为韧带空间运动的量化流程图；
图2为图起止区域的区域轮廓提取示意图；
图3为起止区域连通的连接通道示意图；
图4为连接通道空间变化示意图；
图5为利用平面截取三维骨骼表面模型示意图；
图6为骨骼横截面补充为最小凸集合的封闭区域示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，通过对待量化韧带的空间运动进行模拟，进而达到对韧带的形变及扭转进行量化的目的。
实施例一：
请参考图1，本例提供一种韧带空间运动的量化方法，具体包括以下步骤。
S1：获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域。
以待量化韧带为肘关节内侧副韧带韧带(MCL)为例进行说明，通过肱骨尺骨三维模型获取MCL起始区域和终止区域的STL曲面片文件，进而获取待量化韧带所在股骨胫骨的起始区域和终止区域，起始区域采用符号Area A表示，终止区域采用符号Area B表示，如图2所示；其中，STL是最多快速原型***所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3DCAD模型。
S2：建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，连接通道用于模拟韧带的空间运动变化。
韧带属于粘弹性材料，韧带由若干个纤维束组成，在本步骤之前，需要先根据解剖学结构获取韧带中各个纤维束在起始区域和终止区域之间的连接关系，如，通过解剖学结构可得知起始区域中的点1与终止区域中的点1‘为一对，即点1与点1‘构成一根纤维束的起始点和终止点，通过解剖学结构获得(1,1’)之间的关系，也即获得了韧带生理的纤维束连接关系，该纤维束连接关系也即是纤维束在起始区域和终止区域之间的连接关系。
然后，根据获取的韧带生理的纤维束连接关系建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，具体包括如下步骤：
步骤1：提取起始区域的区域轮廓和终止区域的区域轮廓。
如，以肘关节为例，如图2，上面为肱骨，下面为尺骨，Area A为肘关节内侧副韧带起点区域，Area B为内侧副韧带止点区域，利用STL 3维编辑工具rhino选取表面起止区域(或利用医学影像三维重建软件，在原始MRI影像或 CT影像中画出表面模型)，并获取表面区域的STL曲面片信息。
步骤2：根据起始区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的起始点。
具体的，以起始区域的区域轮廓的表面形心为中心点，在轮廓上构建若干同心圆(至少3组以上)，将各组同心圆圆弧等分(至少12等分)，提取等分点，则提取的所有等分点为选取的韧带中纤维束的起始点。
步骤3：根据所述终止区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的终止点。
选取韧带中纤维束的终止点的选取方式与选取韧带中纤维束的起始点的选取方式相同，同理，在韧带终止区域提取相同数量的同心圆，构建相同数量的等分点。
上述步骤2和步骤3中，在其他实施例中，还可以根据随着面积均匀分布的方式获取起止点。
步骤4：依据连接关系将各个纤维束对应的起始点和终止点相连接，形成连接通道。
根据韧带生理的纤维束连接关系将各个纤维束对应的起始点和终止点相连接，构成起始区域和终止区域连通的类圆柱形的连接通道，如图3所示，其中，连接通道的同心圆用来模拟韧带的内外层，连接通道中处于同一相对位置的点代表韧带中的纤维束，即本申请利用固定模式下点的连线表示韧带中不同的纤维束。
S3：对连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面。
具体为：根据连接通道中起始区域与终止区域之间的距离将连接通道等间隔进行截取，且，横截面的方向与连接通道的中心线垂直，另外，在截取的横截面上，按照起止点等分点排列模式选取横截面上的点，该点是纤维束在横截面上的投影点，因此，可以通过横截面中投影点的分布反映内外层纤维束的分布关系。
S4：根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。
如图4所示，当起始区域和终止区域的空间位置变化时，连接通道发生相应的形变和扭转，进而，可通过连接通道中横截面的变化对韧带形变或/和韧带扭转进行量化。
其中，根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变，具体为，根据横截面面积的半径变化来量化韧带体积的形变。
由于韧带是有体积的物体，在拉伸过程中，处于中间部分的韧带半径会减小，因此，本申请以横截面面积的半径变化来表示韧带体积的形变。
具体的，横截面的面积的关键因素为半径，根据材料力学的定义，在单向受拉伸或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值保持不变，因此，可以根据韧带伸长量的变化，求得横截面面积半径的变化，具体计算公式如下：
Figure RE-GDA0002118655320000051
其中，L0为上一状态点下横截面之间的距离，R0为上一状态点下横截面的半径，γ为泊松系数，L为新状态下横截面之间的距离，R即为新状态下横截面半径。
进一步，根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带扭转，具体为：
根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算，计算连接通道的整体扭转角度；
将整体扭转角度线性分配至各个横截面中，通过横截面与横截面间的空间的角度变化量化韧带的扭转量。
也即是采用如下公式获取横截面的空间角度：
Figure RE-GDA0002118655320000061
其中，Ti表示第i个横截面的变化角度，T起-T止表示整体韧带扭转角度， li表示第i个横截面与起始横截面的距离(即为横截面间中心纤维束韧带长度)， L为韧带中心纤维束的长度。
本申请通过上述步骤S1-S4，通过获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域，然后，在通过起始区域和终止区域建立模拟韧带空间运动变化的连接通道，通过该连接通道的横截面的变化来量化韧带形变量或/和韧带扭转量，使得韧带空间运动中的形变和扭转得到了量化，该量化值对韧带空间运动的研究提供参考价值，如，通过韧带扭转量化值可以准确地得到韧带扭转的状态情况。
除了上述的韧带形变和韧带扭转量化之外，本例还包括根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的应变量，具体为：
计算当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度；
根据当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度和前一时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度计算纤维束的应变量。
纤维束的应变量的具体计算公式为：ε＝(L-L0)/L0；
其中，L0为前一时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度，L为当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度，ε为应变量。
本例中，计算纤维束包绕骨骼的最短路径长度，具体包括步骤：
利用穿过纤维束起始点和终止点连线的若干个平面截取骨骼模型，获得若干个骨骼横截面；
对各个骨骼横截面的凹陷边界进行补充，使补充后的骨骼横截面边界形成最小集合的封闭区域，且所述封闭区域呈凸包状；
计算封闭区域的边界上连接起始点和终止点之间的骨骼表面路径，各个骨骼表面路径中的最短路径为纤维束包绕骨骼的最短连接路径。
由于平面截取三维骨骼表面模型获得的骨骼横截面的边界呈凹凸不平状，为了能方便的计算骨骼横截面上起始点和终止点之间的骨骼表面路径，本例将封闭凸包应用到韧带长度量化中，因此，在计算最短路径之前，还包括对各个骨骼横截面的凹陷边界进行补充，使补充后的骨骼横截面边界形成最小集合的封闭区域，且封闭区域呈凸包状，然后，基于补充后的封闭区域计算起始点和终止点之间的骨骼表面路径，如图5和图6所示，即在纤维束不穿过骨骼模型的前提下找到韧带模型变化的最短路径。
进一步，本申请还包括选取起始区域的区域轮廓的中心点和选取终止区域的区域轮廓的中心点，将连接两中心点之间的连接线作为连接通道的基线，并通过基线校正骨骼表面路径。(请确认这样描述是否正确，并请举例说明如何根据基线校正最短路径的)
在上述起始区域和终止区域的空间位置变化，本例还包括根据该空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的作用力，并通过对每一根纤维束的作用力求和获取韧带的受力。
具体的，韧带中单根纤维束应满足材料力学性质方程，能表示韧带变化的非线性变化特性。对于关节运动的每一个状态点，都可以用以下方程来表示韧带的作用力。
Figure RE-GDA0002118655320000071
Figure RE-GDA0002118655320000072
其中：
fi为纤维的力量，k为弹性系数，εi为应变，εl为非线性应变常数，F为韧带作用的合力；
本例中：应变εi小于2εl，纤维受力是应变的平方；当应变大于2εl，纤维受力则为线性。
其中i表示每一束纤维，通过对每一根纤维作用力的求和算得最后韧带的受力情况；韧带弹性系数和应变常数是需要反复调节的状态参数，因此根据不同纤维束作用力的推算，受力越大，纤维束越容易断裂，因此可以求得韧带伸长变化中最薄弱的纤维束的位置。
通过上述的量化方法，可以将韧带空间运动中的形变和扭转进行量化，以解决现有技术中韧带扭转不能量化的问题，该量化值对韧带空间运动的研究提供参考价值，如，通过韧带扭转量化值可以准确地得到韧带扭转的状态情况。
实施例二：
基于实施例一，本例提供一种韧带空间运动的量化装置，该量化装置可以执行韧带空间运动的量化方法的处理流程，该量化装置包括获取模块、建立模块、截取模块和量化模块。
其中，获取模块用于获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域。
建立模块用于建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，所述连接通道用于模拟韧带的空间变化；建立模块执行建立连接通道的处理流程请参考实施例一中的步骤S2，本例不作赘述。
截取模块用于对连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；截取模块对连接通道的横向截取流程请参考实施例一中的步骤S3，本例不作赘述。
量化模块用于根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转；量化模块对韧带形变或/和韧带扭转量化的处理流程请参考实施例一的步骤S4，本例不作赘述。
此外，本例的量化模块还用于根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的应变量，具体为：
计算当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度；
根据当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度和前一时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度计算纤维束的应变量。
量化模块对单根纤维束的应变量的计算请参考实施例一，本例不作赘述。
量化模块还用于根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的作用力，并通过对每一根纤维束的作用力求和获取韧带的受力，具体请参考实施例一，本例不作赘述。
本例的量化装置可以实现韧带空间运动中韧带形变的量化及韧带扭转的量化，同时还可以对韧带中纤维束的应变量进行计算，及对韧带受力进行计算，以解决目前韧带运动所产生的形变、扭转、应变量、韧带受力不能量化的问题，韧带运动中各个量化值对运动韧带的深入研究提供了参考。
实施例三：
基于实施例一，本例提供了一种韧带空间运动的量化设备，该量化设备包括存储器和处理器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器运行计算机程序时实现如实施例一所述的量化方法。
本例的量化设备可以实现韧带空间运动中韧带形变的量化及韧带扭转的量化，同时还可以对韧带中纤维束的应变量进行计算，及对韧带受力进行计算，以解决目前韧带运动所产生的形变、扭转、应变量、韧带受力不能量化的问题，韧带运动中各个量化值对运动韧带的深入研究提供了参考。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种韧带空间运动的量化方法，其特征在于，包括步骤：
获取待量化韧带附着在骨骼的起始区域和终止区域；
建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，所述连接通道用于模拟韧带的空间运动变化；
对所述连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；
根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。
2.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于，建立韧带于起始区域和终止区域之间的连接通道之前，先根据解剖学结构获取韧带中各个纤维束在起始区域和终止区域之间的连接关系，然后，根据所述连接关系建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，具体包括步骤：
提取起始区域的区域轮廓和终止区域的区域轮廓；
根据所述起始区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的起始点；
根据所述终止区域的区域轮廓选取韧带中纤维束的终止点；
依据连接关系将各个纤维束对应的起始点和终止点相连接，形成所述连接通道。
3.如权利要求2所述的量化方法，其特征在于，对所述连接通道进行横向截取，具体为：根据连接通道中起始区域与终止区域之间的距离将连接通道等间隔进行截取，且，横截面的方向与连接通道的中心线垂直。
4.如权利要求2所述的量化方法，其特征在于，还包括根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的应变量，具体为：
计算当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度；
根据当前时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度和前一时刻纤维束包绕骨骼的最短路径长度计算纤维束的应变量。
5.如权利要求4所述的量化方法，其特征在于，所述计算纤维束包绕骨骼的最短路径长度，具体包括步骤：
利用穿过所述纤维束起始点和终止点连线的若干个平面截取骨骼模型，获得若干个骨骼横截面；
对各个骨骼横截面的凹陷边界进行补充，使补充后的骨骼横截面边界形成最小集合的封闭区域，且所述封闭区域呈凸包状；
计算所述封闭区域的边界上连接起始点和终止点之间的骨骼表面路径，各个所述骨骼表面路径中的最短路径为纤维束包绕骨骼的最短连接路径。
6.如权利要求5所述的量化方法，其特征在于，还包括选取起始区域的区域轮廓的中心点和选取终止区域的区域轮廓的中心点，将连接两中心点之间的连接线作为所述连接通道的基线，并通过所述基线校正骨骼表面路径。
7.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于，还包括根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算出韧带中单根纤维束的作用力，并通过对每一根纤维束的作用力求和获取韧带的受力。
8.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于，所述根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变，具体为，根据横截面面积的半径变化来量化韧带体积的形变。
9.如权利要求1所述的量化方法，其特征在于，所述根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带扭转，具体为：
根据起始区域和终止区域的空间位置变化计算，计算连接通道的整体扭转角度；
将所述整体扭转角度线性分配至各个横截面中，通过横截面与横截面间的空间的角度变化量化韧带的扭转量。
10.一种韧带空间运动的量化装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待量化韧带所在骨骼的起始区域和终止区域；
建立模块，用于建立韧带在起始区域和终止区域之间的连接通道，所述连接通道用于模拟韧带的空间变化；
截取模块，用于对所述连接通道进行横向截取，以获取韧带在起始区域和终止区域之间被截取的若干个横截面；
量化模块，用于根据起始区域和终止区域的空间位置变化所引起的横截面的变化来量化韧带形变或/和韧带扭转。
CN201910217447.7A 2019-03-21 2019-03-21 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置 Active CN110189828B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910217447.7A CN110189828B (zh) 2019-03-21 2019-03-21 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910217447.7A CN110189828B (zh) 2019-03-21 2019-03-21 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110189828A CN110189828A (zh) 2019-08-30
CN110189828B true CN110189828B (zh) 2022-03-08

Family

ID=67713697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910217447.7A Active CN110189828B (zh) 2019-03-21 2019-03-21 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110189828B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045017A (zh) * 2007-03-23 2007-10-03 重庆大学 动物前交叉韧带瞬时扭转损伤实验装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045017A (zh) * 2007-03-23 2007-10-03 重庆大学 动物前交叉韧带瞬时扭转损伤实验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"人膝关节前交叉韧带的解剖以及重建手术的生物力学和临床研究";聂明军;《中国博士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》;20190115(第01期);第E066-142页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110189828A (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7603192B2 (en) Method of making orthopedic implants and the orthopedic implants
Keeve et al. Anatomy-based facial tissue modeling using the finite element method
US10402517B2 (en) Musculo-skeletal modeling using finite element analysis, process integration, and design optimization
Nussbaum et al. Development and evaluation of a scalable and deformable geometric model of the human torso
US20070093998A1 (en) Method for biomehcanically simulating of a set of osseous joints
EP3294237B1 (en) Method and system for making orthosis
Hainisch et al. Method for determining musculotendon parameters in subject-specific musculoskeletal models of children developed from MRI data
Dugailly et al. Musculoskeletal modeling of the suboccipital spine: kinematics analysis, muscle lengths, and muscle moment arms during axial rotation and flexion extension
Vlasceanu et al. Development and 3D printing of an ABS ergonomic handle for medical use
JP2017035374A (ja) 下肢筋力測定システム
CN109523625B (zh) 一种韧带长度量化方法
US6980922B2 (en) Computer simulation model for determining damage to the human central nervous system
DE202022002940U1 (de) Mittel zur Datenverarbeitung von zweidimensionalen Röntgenbildern zur Erstellung einer CT-ähnlichen Darstellung und virtueller Röntgenbilder in beliebigen Ansichten
CN110189828B (zh) 一种韧带空间运动的量化方法、量化装置
CN105380707B (zh) 一种个体化定制截骨矫形导板及其制作方法
Al Qahtani et al. Advanced computational methods in bio-mechanics
CN111973270A (zh) 建立个体化膝关节仿生韧带生物力学模型的方法
US20100215236A1 (en) Method of reconstructing in three dimensions a singular object on the basis of imaging in section (scanner, mri)
Leher et al. Patient-specific modelling for preoperative estimation of hip mechanics for improved planning of total hip endoprosthesis using multibody simulations
Shao et al. Morphology-based realization of a rapid scoliosis correction simulation system
CN111466933A (zh) 一种脊柱活动度测量方法及***
Chizari et al. 3D numerical analysis of an ACL reconstructed knee
CN209984289U (zh) 脊柱导航板
Ćuković et al. 3D modeling and simulation of scoliosis—An integrated knowledgeware approach
CN118261978A (zh) 一种急诊外科骨折患者移动数据分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211223

Address after: 201210 room 405-2, 4th floor, building 9, No. 1206, Zhangjiang Road, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai

Applicant after: SHANGHAI TAOYING MEDICAL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District

Applicant before: SHANGHAI JIAO TONG University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant