[發(fā)明專利]全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中有限元分析確定力線平衡方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810384127.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108814777A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳小玲;竺明月;李修寒;劉志鵬;朱松盛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號: A61F2/46
• 分類號: A61F2/46
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 高嬌陽

1.一種全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中有限元分析確定力線平衡方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：在臨床全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)前，對患者健側(cè)下肢骨骼進(jìn)行三維成像，將所得三維成像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過軟件進(jìn)行三維建模，對該模型進(jìn)行有限元分析，選取分析結(jié)果的若干位置作為參照；在術(shù)中，打開患者膝關(guān)節(jié)，進(jìn)行全膝關(guān)節(jié)置換，在截骨后將假體置于膝關(guān)節(jié)處，進(jìn)行三維成像并建模，對該模型進(jìn)行有限元分析，在患側(cè)有限元分析結(jié)果里選取與健側(cè)對應(yīng)的若干位置，通過判別兩側(cè)是否平衡，給出當(dāng)前力線是否準(zhǔn)確結(jié)論；

所述三維成像數(shù)據(jù)，使用醫(yī)院CT、MRI儀器采集到的骨骼三維原始數(shù)據(jù)，能反映出患者此時下肢骨骼的真實情況；

所述數(shù)據(jù)處理的方法，使用高斯-拉普拉斯圖像增強(qiáng)算法，增強(qiáng)下肢骨骼表面的差異；將醫(yī)院采集到的三維成像原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為三維分層的點云數(shù)據(jù)，通過隔層之間建立三角網(wǎng)格化模型形成表面的小單元；對形成的單元面進(jìn)行高斯-拉普拉斯金字塔處理；高斯-拉普拉斯金字塔法是對圖像的處理方法，將第k層的圖像進(jìn)行下采樣得到第k+1層的高斯圖像，將第k+1層的高斯圖像進(jìn)行上采樣并與第k層的圖像相減得到第k層的拉普拉斯圖像；對于第k層圖像的第i行第j列的像素點，作如下變換，形成第k+1層圖像：

其中，W(m,k)＝W(m)*W(k)是長度為5的卷積核，m為卷積計算過程中的變化值；將得到的高斯圖像和拉普拉斯圖像疊加內(nèi)插延展，其延展公式為：

通過這一過程可實現(xiàn)圖像的增強(qiáng)，尤其是邊緣部分，利于有限元分析的使用；

所述三維建模的方法，是將醫(yī)院采集到的三維成像原始數(shù)據(jù)，通過三維建模軟件分層疊加，建立模型，最終得到完整的模擬下肢骨骼；

所述有限元分析的方法，是將兩側(cè)骨骼的三維模型，通過在有限元分析軟件上確定受力點、受力大小及方向，模擬下肢骨骼在當(dāng)前狀態(tài)下站立時受力情況，并給出各個位置上的受力大小及方向；

所述平衡的判別方法，是將健側(cè)有限元分析結(jié)果鏡像到患側(cè)，與術(shù)中患側(cè)有限元分析結(jié)果相比較，在滿足基本無差異的匹配條件時確定其平衡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中有限元分析確定力線平衡方法，其特征在于，基本無差異的平衡判定方法為：

對于健側(cè)受力分析結(jié)果里的第n個參考點，在該點處受力大小為F_n，在患側(cè)相同位置的第n個參考點，在該點處受力大小為F_n'，選取k個點，對于差值F，當(dāng)滿足

時，認(rèn)為當(dāng)前患側(cè)受力與健側(cè)相匹配，可以進(jìn)行切口縫合；其中，W_n為第n個點受力結(jié)果的權(quán)重，F(xiàn)_s為可接受的差值閾值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中有限元分析確定力線平衡方法，其特征在于，進(jìn)行三維建模采用的軟件為SolidWorks軟件。