[發明專利]骨骼模型構建方法、裝置、計算機設備和存儲介質

在審

• 申請號: 202110720511.0
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113408174A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 張維聲;郭旭;王作偉;梅躍;張一可;蔣浚
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;首都醫科大學宣武醫院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16H50/20;G16H50/50;G16H70/60;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 深圳中細軟知識產權代理有限公司 44528
• 代理人: 田麗麗

1.一種骨骼模型構建方法，其特征在于，所述方法包括：

根據患者骨骼的掃描數據進行幾何建模，得到幾何模型，將所述幾何模型中各不同材質部分設定相應的物理參數，得到原始模型；

對所述原始模型施加預設的邊界條件和表征所述患者骨骼的生理力學的載荷，并進行仿真分析，得到所述原始模型的邊界位移數據；

接收操作人員的設定操作，根據所述設定操作將所述幾何模型中的所述不同材質部分設定為至少一種各向同性材料，根據所述預設的邊界條件、所述載荷和所述邊界位移數據進行反演計算，得到所述各向同性材料的物理參數；

將所述各向同性材料的物理參數賦給所述幾何模型，得到能夠表征所述原始模型生理力學特征的骨骼模型。

2.根據權利要求1所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述各向同性材料的物理參數包括剪切模量、彈性模量和泊松比中的兩個。

3.根據權利要求1所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述對所述原始模型施加預設的邊界條件和表征所述患者骨骼的生理力學的載荷，包括：

對所述原始模型中的下部骨骼下表面節點的自由度施加預設約束作為邊界條件；

接收所述操作人員在所述原始模型的上部骨骼上方選擇的一個參考點；

對所述參考點施加所述載荷，所述載荷包括軸向壓縮力以及不同方向的彎矩，以模擬患者骨骼軸向壓縮、前屈、后伸、側彎、扭轉運動的工況。

4.根據權利要求1所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述根據所述設定操作將所述幾何模型中的所述不同材質部分設定為至少一種各向同性材料，還包括：

設定各所述各向同性材料的泊松比。

5.根據權利要求4所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述根據所述預設的邊界條件、所述載荷和所述邊界位移數據進行反演計算，得到所述各向同性材料的物理參數，包括：

將設定了各向同性材料的所述幾何模型作為反演計算的對象模型，獲取所述對象模型各節點的三維坐標以及各節點間的連接關系；

將所述預設的邊界條件、所述載荷、所述邊界位移數據和所述各節點的三維坐標以及所述各節點間的連接關系寫成用于反演計算的格式文件；

將所述格式文件作為輸入文件，以邊界位移數據相關項和正則化數據相關項的和為目標函數，以所述目標函數小于預設閾值為收斂條件，根據所述輸入文件和反演計算程序的預設條件進行反演計算；

當所述目標函數符合所述收斂條件時，得到所述各向同性材料的剪切模量。

6.根據權利要求5所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述反演計算程序的預設條件包括：

設定反演計算的問題為不可壓縮平面問題；

設定所述目標函數的正則化常數、目標函數變量的初始值、參數上下限、所述目標函數的最大迭代步數。

7.根據權利要求5所述的骨骼模型構建方法，其特征在于，所述將所述各向同性材料的物理參數賦給所述幾何模型，得到能夠表征所述原始模型生理力學特征的骨骼模型，包括：

根據所述各向同性材料的剪切模量和泊松比，計算得到彈性模量；

將所述彈性模量和所述剪切模量賦給所述幾何模型中設定為所述各向同性材料的材質部分，得到所述骨骼模型。

8.一種骨骼模型構建裝置，其特征在于，所述裝置包括：

建模模塊，用于根據患者骨骼的掃描數據進行幾何建模，得到幾何模型，將所述幾何模型中各不同材質部分設定相應的物理參數，得到原始模型；

正問題模塊，用于對所述原始模型施加預設的邊界條件和表征所述患者骨骼的生理力學的載荷，并進行仿真分析，得到所述原始模型的邊界位移數據；

反問題模塊，用于接收操作人員的設定操作，根據所述設定操作將所述幾何模型中的所述不同材質部分設定為至少一種各向同性材料，根據所述預設的邊界條件、所述載荷和所述邊界位移數據進行反演計算，得到所述各向同性材料的物理參數；

賦值模塊，用于將所述各向同性材料的物理參數賦給所述幾何模型，得到能夠表征所述原始模型生理力學特征的骨骼模型。