一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法与流程

文档序号：18170362发布日期：2019-07-13 09:49阅读：192来源：国知局

本发明属于下肢矫正技术领域，具体涉及一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法。

背景技术：

膝外翻(x型腿)和膝内翻(o型腿)都是国内常见的腿部畸形，尤以青少年发病率较高。造成膝外翻或膝内翻的主要原因是小儿的佝偻病，有少部分是因软骨发育障碍，骨折、外伤、骨瘤等引起的后遗症。小儿患佝偻病时，因钙盐不足，骨骺增生的软骨不能正常地骨化，原有的骨质又出现脱钙和吸收，因而骨质软化，不能耐受重力作用，加之膝关节周围韧带松弛，失去对骨的支持和保护作用，遂发生小腿骨的弯曲变形，造成x型腿或o型腿。

在医疗技术领域中经常需要了解肢体位置，角度偏转等几何参数的测定，并通过控制一定的几何参数来研究肢体的生物学特性等。例如，在下肢腿部畸形的诊断和治疗中，医生往往需要通过下肢关节的ct图像来判断下肢腿型的产生原因、严重程度以及采取何种措施进行矫正。

医生对于膝外翻和膝内翻的情况判断采用的是让患者站直，然后拍摄x光，获得下肢图像，然后通过下肢图像中股骨与胫骨的几个关键角进行判断。但是，上述判断依赖患者的站姿和扫描的位置，站姿不同，扫描位置的偏差，都会导致股骨与胫骨的几个关键角出现误差，这就存在判断不够准确，误差太大的技术问题。另外现有的还通过采用生物力线的方式来判断下肢畸形，先找出骨心标识点，即需要找出骨骼内侧和外侧的最高点，在骨骼磨损的情况下，很难找准最高点；另外不同的人去做，找出的最高点也不同，耗费时间也较多。

而在进行下肢矫正时，除需要获取下肢畸形的准确数据信息之外，还需要对矫正给出恰当的指导，才能有效避免多次反复调整矫正数据，缩短制定矫正方案的时间，从而缩短整个的矫正时间，提高效率。然而，现有技术还无法提供准确的数据信息，更无法根据该数据信息对下肢矫正提供指导。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法。本发明通过建立下肢正常人群的正常下肢模型数据库，构建对比个体的对比下肢模型，以正常下肢模型数据库中匹配程度最高的正常下肢模型作为参照，对比正常下肢模型和对比下肢模型，找出对比下肢模型正常模型相比具有的骨骼偏离角度，如对比下肢模型的股骨相对于正常下肢模型的股骨的偏离角度，初步确定偏离的位置，并通过对对比下肢模型进行调整得到与正常下肢模型相匹配的矫正下肢模型；而后分析对比下肢模型和正常下肢模型的膝关节空腔模型，根据膝关节空腔模型股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比，得到各体积比的正常参照值和测定值；通过分析测定值偏离正常参照值的程度，确定矫正位置与矫正量，从而为矫正提供参考。

本发明所采用的技术方案为：

一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法，包括步骤：

s1.获取下肢正常人群的下肢数据三维重建正常下肢模型，建立下肢模型数据库；

s2.获取对比个体的下肢数据，三维重建后得到对比下肢模型；

s3.根据对比下肢模型的三维重建数据，从下肢模型数据库中选取匹配度最高的正常下肢模型，得到匹配下肢模型；

s4.对比分析对比下肢模型和匹配下肢模型，得出对比下肢模型与匹配下肢模型的下肢骨骼偏离角度；

s5.根据偏离角度调整对比下肢模型中股骨或胫骨的位置使对比下肢模型和匹配下肢模型中股骨或胫骨的位置相匹配，得到矫正下肢模型；

s6.分析对比矫正下肢模型和对比下肢模型，确定矫正位置和矫正量，实现矫正。

进一步的，所述正常下肢模型、对比下肢模型和矫正下肢模型均包括股骨模型、膝关节空腔模型和胫骨模型；股骨模型、膝关节空腔模型和胫骨模型组成下肢模型。

进一步的，所述步骤s6的具体步骤为：分别根据矫正下肢模型的膝关节空腔模型和对比下肢模型的膝关节空腔模型的股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比，得到各体积比的正常参照值和测定值；对比分析正常参照值和测定值，确定对比下肢模型相对于矫正下肢模型的矫正位置和矫正量。

进一步的，所述正常下肢模型、对比下肢模型和矫正下肢模型是通过ct断层扫描三维重建后得到的。

进一步的，所述步骤s6的各体积比的正常参照值和测定值均是通过以下步骤得到的：

1)找取膝关节空腔模型的几何中心点；2)以膝关节空腔模型的几何中心点为坐标原点，建立空间直角坐标系；3)计算空间直角坐标系的每个卦限中的膝关节空腔部分的体积；4)根据所述膝关节空腔部分的体积计算股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比。

进一步的，所述步骤4)所述的膝关节空腔部分的体积的数量为8个；所述膝关节空腔部分的体积由股骨远端外前侧膝关节体积、股骨远端内前侧膝关节体积、股骨远端外后侧膝关节体积、股骨远端内后侧膝关节体积、胫骨平台外前侧膝关节体积、胫骨平台内前侧膝关节体积、胫骨平台外后侧膝关节体积和胫骨平台内后侧膝关节体积组成；各体积比通过以下公式计算得到：

股骨远端外内侧膝关节体积比＝股骨远端外侧膝关节体积/股骨远端内侧膝关节体积；

胫骨平台外内侧膝关节体积比＝胫骨平台外侧膝关节体积/胫骨平台内侧膝关节体积；

股骨远端前后侧膝关节体积比＝股骨远端前侧膝关节体积/股骨远端后侧膝关节体积；

胫骨平台前后侧膝关节体积比＝胫骨平台前侧膝关节体积/胫骨平台后侧膝关节体积；

所述股骨远端外侧膝关节体积＝股骨远端外前侧膝关节体积+股骨远端外后侧膝关节体积；

股骨远端内侧膝关节体积＝股骨远端内前侧膝关节体积+股骨远端内后侧膝关节体积；

胫骨平台外侧膝关节体积＝胫骨平台外前侧膝关节体积+胫骨平台外后侧膝关节体积；

胫骨平台内侧膝关节体积＝胫骨平台内前侧膝关节体积+胫骨平台内后侧膝关节体积；

股骨远端前侧膝关节体积＝股骨远端外前侧膝关节体积+股骨远端内前侧膝关节体积；

股骨远端后侧膝关节体积＝股骨远端外后侧膝关节体积+股骨远端内后侧膝关节体积；

胫骨平台前侧膝关节体积＝胫骨平台外前侧膝关节体积+胫骨平台内前侧膝关节体积；

胫骨平台后侧膝关节体积＝胫骨平台外后侧膝关节体积+胫骨平台内后侧膝关节体积。

进一步的，所述分析方法的三维重建采用mimics软件进行构建。

进一步的，所述步骤s1的下肢正常人群是通过将腿型正常的人群统计抽样，抽取样本所得。

本发明的有益效果为：本发明的一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法，通过建立下肢正常人群的正常下肢模型数据库，构建对比个体的对比下肢模型，以正常下肢模型数据库中匹配程度最高的正常下肢模型作为参照，对比正常下肢模型和对比下肢模型，找出对比下肢模型正常模型相比具有的骨骼偏离角度，如对比下肢模型的股骨相对于正常下肢模型的股骨的偏离角度，初步确定偏离的位置，并通过对对比下肢模型进行调整得到与正常下肢模型相匹配的矫正下肢模型；而后分析对比下肢模型和正常下肢模型的膝关节空腔模型，根据膝关节空腔模型股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比，得到各体积比的正常参照值和测定值；通过分析测定值偏离正常参照值的程度，确定矫正位置与矫正量，从而为矫正提供参考；另外本发明通过膝关节空腔模型每个卦限的空腔体积以及各卦限中相应空腔的体积比进行分析，从而为准确判断膝关节的畸形情况，下肢腿部畸形及膝关节损伤等判断提供了准确的数据参考，从而使判断结果更准确；从而本发明对于腿部畸形矫正具有较好的指导作用。

附图说明

图1是膝关节空腔模型在空间直角坐标系中的示意图。

图2是图1中的空间直角坐标系的底部示意图。

图中：1-股骨远端内前侧膝关节体积；2-股骨远端内后侧膝关节体积；3-股骨远端外后侧膝关节体积；4-股骨远端外前侧膝关节体积；5-空间直角坐标系；6-胫骨平台内后侧膝关节体积；7-胫骨平台外后侧膝关节体积；8-胫骨平台内前侧膝关节体积；9-胫骨平台外前侧膝关节体积。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例

一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法，包括步骤：

s1.获取下肢正常人群的下肢数据三维重建正常下肢模型，建立下肢模型数据库；

s2.获取对比个体的下肢数据，三维重建后得到对比下肢模型；

s3.根据对比下肢模型的三维重建数据，从下肢模型数据库中选取匹配度最高的正常下肢模型，得到匹配下肢模型；

s4.对比分析对比下肢模型和匹配下肢模型，得出对比下肢模型与匹配下肢模型的下肢骨骼偏离角度；

s5.根据偏离角度调整对比下肢模型中股骨或胫骨的位置使对比下肢模型和匹配下肢模型中股骨或胫骨的位置相匹配，得到矫正下肢模型；

s6.分析对比矫正下肢模型和对比下肢模型，确定矫正位置和矫正量，实现矫正。

本发明的一种根据关节非骨质建模分区体积比的矫正分析方法，包括步骤：

s1.建立下肢模型数据库；通过获取足够多的下肢正常人群的样本，对样本的每个个体下肢数据，进行三维重建后得到正常下肢模型，从而建立下肢模型数据库为腿部畸形比对提供足够多的参考模型；为了使所述数据库具有普适性，所述步骤s1的下肢正常人群是通过将腿型正常的人群统计抽样，抽取样本所得。

s2.获取对比个体的对比下肢模型；即通过三维重建得到对比个体如腿部畸形患者的下肢模型；

s3.选取匹配下肢模型：由于不同的个体、年龄人群的下肢模型具有一定的个体差异，为了使作为对照的正常下肢模型与对比个体的下肢生理结构更加吻合，本发明根据对比下肢模型的三维重建数据，从下肢模型数据库中选取匹配度最高的正常下肢模型，作为对比下肢模型的匹配下肢模型；从而便于对比。

s4.得出对比下肢模型与匹配下肢模型的下肢骨骼偏离角度：分析对比对比下肢模型与匹配下肢模型的下肢骨骼如股骨、胫骨的偏离角度，即找出对比个体的下肢与正常下肢偏离的位置和程度，从而初步得出是股骨偏离还是胫骨偏离，或者股骨、胫骨均有偏离；可以在计算机软件中实现所述对比的过程。

s5、根据偏离角度调整对比下肢模型中股骨或胫骨的位置使对比下肢模型和匹配下肢模型中股骨或胫骨的位置相匹配，得到矫正下肢模型；

对比对比下肢模型与匹配下肢模型时，在三维建模软件中对对比下肢模型的股骨或胫骨等下肢骨骼位置进行调整，得到矫正下肢模型，即预期矫正后的模型；

s6、分析对比矫正下肢模型和对比下肢模型，确定矫正位置和矫正量，实现矫正。

再通过对比矫正下肢模型和对比下肢模型，结合下肢骨骼偏离角度确定需要矫正位置，根据偏离角度的大小确定矫正量，从而为矫正方案的制定提供参考准确客观的指导建议。

本发明的正常下肢模型、对比下肢模型和矫正下肢模型均可以通过ct断层扫描进行三维重建后建成；而上述每个下肢模型包括股骨模型、膝关节空腔模型和胫骨模型；其中膝关节空腔模型最为重要，股骨模型通过膝关节空腔模型与胫骨模型构成下肢模型；从而可以从下肢模型上反映出股骨与胫骨的偏离角度关系，从而便于判断是x型或o型腿型；而偏离角度也能反映出股骨与胫骨的位置是由于股骨还是胫骨导致的，从而为后续的矫正提供了的依据。

为了更精确的反映腿部腿型的畸形情况，本发明对连接胫骨和股骨的膝关节空腔模型进行了充分分析；通过对矫正下肢模型的处理得到了矫正下肢模型的股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比的正常参照值；对对比下肢模型的处理得到了对比下肢模型的股骨远端外内侧膝关节体积比、胫骨平台外内侧膝关节体积比、股骨远端前后侧膝关节体积比和胫骨平台前后侧膝关节体积比的测定值；通过对比测定值和正常参照值，确定数值的异常位置，从而可以准确确定对比下肢模型的矫正位置和矫正量，从而为后续的矫正提供进一步的建议和参考。

本发明忽略了胫骨和股骨骨形结构的变化，因为骨形结构的变化必然导致的是关节的形态的变化；因此，本发明从关节形态的变化出发，通过对关节形态、体积的分析，可以实现判断下肢腿部畸形的程度。股骨和胫骨之间的关节，包括韧带、软骨等软组织；关节形态的变化，必然会影响关节中如软组织的结构形态；从而可以通过分析股骨和胫骨之间的关节的形态来判断分析下肢腿部畸形的情况。

本实施例的膝关节空腔模型可以理解为用于连接股骨、胫骨的膝关节的等效模型；通过分析膝关节空腔模型的形态变化可以反映出股骨和胫骨的相对位置情况；从而为下肢腿部畸形判断提供依据。

进一步的，所述正常下肢模型、对比下肢模型和矫正下肢模型是通过ct断层扫描三维重建后得到的。由于本发明的膝关节处为非骨骼的软组织在ct下无法成像，从而刚好为本发明的各个下肢模型中的膝关节空腔模型提供了便利条件。

进一步的，所述步骤s6的各体积比的正常参照值和测定值均是通过以下步骤得到的：

在构建出上述膝关节空腔模型后，下一步则需要找出膝关节的力学中心点，由于该力学中心点与膝关节空腔模型的几何中心点重合，本发明找出膝关节空腔模型的几何中心点则为找到了膝关节的力学中心点。

在找到几何中心点后，本实施例以该几何中心点为坐标原点，建立空间直角坐标系；空间直角坐标系的八个卦限将膝关节空腔模型分割成八个部分，从而便于对膝关节空腔模型进行分析处理；由于下肢腿部的畸形往往会导致膝关节的骨骼磨损，使关节的间隙变窄或者由于骨骼错位导致膝关节的间隙发生较大变化，从而可以通过分析膝关节的间隙的体积来判断，膝关节处骨骼的畸形情况。基于此，本实施例对每个卦限中的膝关节空腔部分的体积进行了计算；并在此基础上，对比膝关节空腔相应两部分的体积比的变化，来直观的体现出膝关节空腔的变形情况，从而为膝关节畸形的判断打下基础；通过上述方式获取下肢正常人的膝关节空腔模型的各个卦限的膝关节空腔部分的体积数据，得到各体积比的正常参照值，从而为对比参照判断膝关节畸形提供了客观的依据。