[發明專利]一種基于肌肉群的人體髖部建模與仿真方法

有效

• 申請號: 201710753127.4
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN108334730B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 王沫楠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G09B23/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于肌肉群的人體髖部建模與仿真方法，其特征在于：一種基于肌肉群的人體髖部建模與仿真方法具體是按照以下步驟進行的：

步驟一、人體髖部圖像數據獲取；

步驟二、在人體髖部圖像數據獲取的基礎上，進行人體髖部幾何建模，包括髖骨、股骨、關節軟骨、縫匠肌、股四頭肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、長收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整個髖部的幾何三維重建；

步驟三、在人體髖部幾何模型基礎上，建立肌肉群模型，對髖骨、股骨、關節軟骨、肌肉群、整個髖部實施模型裝配，建立脂肪和皮膚模型，添加肌腱；

步驟四、在人體髖部裝配模型基礎上，確定網格劃分參數，確定組織間接觸關系，實施幾何模型的網格劃分；

步驟五、在人體髖部模型網格劃分基礎上，為人體髖部模型各部分結構附材質，確定材料參數；

步驟六、在人體髖部模型附材質的基礎上，實現人體髖部模型的力學仿真；

所述步驟一中人體髖部圖像數據獲取；具體過程為：

CT圖像掃描參數：軸位連續斷層掃描，電壓140.0KV，電流180mA，層厚1mm，矩陣512×512，視野FOV 18cm，共采集700張圖像；MRI圖像掃描參數：軸位掃描，T2加權自旋回波序列，重復時間566.7ms，回波時間10.6ms，矩陣512×512，層厚3mm，視野17cm，共采集182張圖像；CT圖像數據主要用于骨骼和下肢整體外形結構的建模，MRI圖像數據主要用于軟組織建模；

所述步驟二中在人體髖部圖像數據獲取的基礎上，進行人體髖部幾何建模，包括髖骨、股骨、關節軟骨、縫匠肌、股四頭肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌、長收肌、短收肌、大收肌、臀大肌、臀中肌、臀小肌、整個髖部的幾何三維重建；具體過程為：

利用圖像數據生成股骨、髖骨和軟組織的三維幾何模型；首先對醫學圖像進行圖像分割，圖像分割按照閾值分割、區域增長、蒙版編輯三個步驟進行；

通過選擇不同的灰度值區間實現目標組織分離就是閾值分割；

經過初步閾值分割后的蒙板上具有相同灰度值區間的組織同時顯示出來，然后對這些具有相同的灰度值區間的不同組織進行進一步的詳細分割，去除蒙板中的噪點，從而將相互不連接的單獨區域區分開并生成表達之前灰度值區間中的某一組織的新蒙板，經過區域增長實現了相同灰度值區間內不同組織的分離；

最后對蒙板進行修緣、擦除、補充操作實現蒙板編輯；

對蒙版編輯過的模型進行光滑處理；

對編輯過的模型進行三角面片的縮減；

對模型表面的三角面片進行檢測，將檢測出的自相交的三角面片和尖狀物刪除；

對模型表面的空洞進行填充；

提取模型的輪廓線；

完成模型的柵格構造；

對模型進行曲面擬合最終生成三維幾何模型；

所述步驟三中在人體髖部幾何模型基礎上，建立肌肉群模型，對髖骨、股骨、關節軟骨、肌肉群、整個髖部實施模型裝配，建立脂肪和皮膚模型，添加肌腱；具體過程為：

根據各個肌肉組織的功能將肌肉組織劃分為四個肌肉群，分別為：肌肉前群、肌肉后群、肌肉內側群和肌肉臀部群；肌肉前群包括縫匠肌、股四頭肌、股二頭肌，主要功能為屈髖伸膝，肌肉后群包括半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌，主要功能為伸髖屈膝，肌肉內側群包括長收肌、短收肌、大收肌，主要功能為內收外旋髖關節，肌肉臀部群包括臀大肌、臀中肌、臀小肌，主要功能為伸髖關節、外展髖關節；

將縫匠肌、股四頭肌、股二頭肌的幾何模型合并為肌肉前群模型，對模型表面進行優化處理；

將半腱肌、半膜肌、股薄肌、趾骨肌的幾何模型合并為肌肉后群模型，對模型表面進行優化處理；

將長收肌、短收肌、大收肌的幾何模型合并為肌肉內側群模型，對模型表面進行優化處理；

將臀大肌、臀中肌、臀小肌的幾何模型合并為肌肉臀部群模型，對模型表面進行優化處理；

將髖骨、股骨、關節軟骨、肌肉前群、肌肉后群、肌肉內側群、肌肉臀部群的幾何模型按照生理學位置實施裝配；

將裝配體與整體髖部幾何模型進行求差操作，去除裝配體，剩下的求差體就是皮膚和脂肪的幾何模型；

將整個髖部幾何模型最外面1mm的厚度定義為皮膚模型；

肌肉與骨骼通過肌腱連接，用線單元來模擬肌腱。