[發明專利]一種快速診斷骨質疏松患者椎體承載能力的系統和方法

在審

• 申請號: 201711394230.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108305687A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 沈星;張琪;蔣濤;黎珂宇;卞胡偉;邱冬梅;楊凱棟;齊珂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;常州市中醫醫院
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G16H30/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明涉及一種快速診斷骨質疏松患者椎體承載能力的系統及方法，所述方法在典型的三維模型基礎上，構建個性化的人體脊柱三維模型，再建立個性化的有限元模型，最終通過分析計算單元計算得到患者椎體最大彎曲度以及承載能力。該系統及方法簡化椎體三維建模以及有限元處理的工作量，從而對患者護理工作進行輔助指導。

技術領域

本發明涉及了數字醫學技術領域，特別是涉及了一種基于有限元分析運算的診斷骨質疏松患者椎體最大彎曲度、承載能力的方法。

背景技術

隨著社會的進一步發展和人口的日益老齡化，以及人們對生活質量的重視，骨質疏松癥越來越受到關注。脊柱壓縮骨折是骨質疏松癥最常見的并發癥之一，是導致老年人死亡的不可低估的原因。目前對腰椎力學性質較常見的研究方法有動物模型、物理模型和尸體模型，以及最新發展起來的計算機有限元分析模型。

動物模型可以監測生理反應，但由于動物不是直立行走，其腰椎結構功能與人類的不同，因此結果不可能完全解答人類脊柱的特有的問題。物理模型由于缺乏幾何和材料特性的生物逼真度，其應用非常有限。尸體模型在幾何結構和材料特性方面具有優勢，實驗得出的結果對生物力學方面的可利用價值最高。外科手術也可以用這些模型來評價，但其缺乏生物力學的變化，并且實驗費用高，取材困難，可重復性較低等使其應用受到限制。

隨著計算機技術的發展，有限元方法由于具有適用于形狀復雜、材料特性分布多樣化的結構以及可重復性的特點成為了研究脊椎力學的重要手段。目前診斷骨質疏松患者椎體最大彎曲度以及承載能力的方法主要通過使用相應的醫學建模軟件建立出椎體的三維模型繼而在有限元計算分析軟件中對模型進行有限元仿真計算。具體步驟如圖1：

S1：獲取脊椎CT數據，并以DICOM格式儲存。

S2：經過CT圖像的處理，提取出脊椎模型輪廓。具體步驟如下：

S21：利用閥值分割工具將骨骼與周邊的組織肌肉區分出來；

S22：使用編輯蒙板工具逐層對圖像進行處理；

S23：通過區域增長工具將所需椎體提取出來。

S3：待完整提取出所需要的圖像后重建3D模型。

S4：將初步重建的3D模型在網格劃分程序中劃分面網格。具體步驟如下：

S41：在原網格的基礎上優化網格，對三角網格進行自動優化；

S42：對非均勻或出現局部過密或過疏的網格進行手動修改，最終得到優化后的全腰椎面網格模型。

S5：在有限元軟件中將面網格轉化為體網格，建立人體椎體體網格單元模型。

S6：在有限元軟件中，采用均勻賦值法給人體椎體進行賦值。

S7：按照真實情況對各個椎體進行組裝。

S8：在有限元軟件中對各個椎體模型的接觸以及載荷進行設置。

S9：計算并得到骨骼受載荷結果診斷出患者椎體最大彎曲度以及承載能力。

此方法的缺點在于無通用的有限元模型，建立個性化模型流程復雜、計算周期長，無法快速得到患者椎體最大彎曲度以及承載能力。從診斷實際出發，此技術的應用范圍有限。

發明內容

為克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種快速診斷骨質疏松患者椎體最大彎曲度、承載能力的系統及其方法，簡化椎體三維建模以及有限元處理的工作量，從而對患者護理工作進行輔助指導。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：