本文關(guān)鍵詞：基于靜態(tài)磁共振圖像構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型及其初步應(yīng)用

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【摘要】：目的既往構(gòu)建膝關(guān)節(jié)、髕股關(guān)節(jié)模型耗時(shí)長(zhǎng),操作過(guò)程復(fù)雜,且大多為靜態(tài)模型,快速、準(zhǔn)確的構(gòu)建動(dòng)態(tài)髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)三維模型是對(duì)其進(jìn)行生物力學(xué)研究和臨床應(yīng)用的重要保障。本研究擬創(chuàng)建采用多角度靜態(tài)核磁共振圖像構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型的方法,并初步將此方法應(yīng)用于髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究中,計(jì)算屈伸膝過(guò)程中髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡、髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸。方法選擇1名健康成年男性,年齡30歲,體重65kg,身高172cm,對(duì)其右膝關(guān)節(jié)分別在0°、30°、60°、90°、120°五個(gè)屈膝角度進(jìn)行核磁共振掃描,掃描設(shè)備為西門子3.0T掃描儀,柔性線圈,掃描序列為二維梯度自旋回波,矢狀位掃描,層厚在0.8-1.5mm之間,掃描層數(shù)在90-110層之間,并將掃描結(jié)果以Dicom格式保存后導(dǎo)入Mimics軟件中,利用3Dlivewire功能,手工提取髕骨、股骨輪廓,重建出五個(gè)屈膝角度的靜態(tài)髕股關(guān)節(jié)三維模型,再將上述五個(gè)靜態(tài)模型導(dǎo)入逆向工程軟件Rapid Form中進(jìn)行同一坐標(biāo)系的配準(zhǔn),利用三次樣條插值算法,將離散靜態(tài)髕股關(guān)節(jié)模型配準(zhǔn)為動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型;據(jù)此動(dòng)態(tài)三維模型在三維坐標(biāo)系中計(jì)算出髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡,在逆向工程軟件中根據(jù)已知髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡,計(jì)算出髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸,將計(jì)算出的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和旋轉(zhuǎn)軸與既往體內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果本方法成功構(gòu)建了髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型,該模型包含了從屈膝0°到120°的完整運(yùn)動(dòng)過(guò)程,利用該模型可以計(jì)算出屈伸膝運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸。屈膝過(guò)程中,隨著屈膝角度的增加,髕骨相對(duì)于股骨滑車不斷俯屈,同時(shí)輕度的外傾和外旋,而髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸波動(dòng)在股骨通髁線附近。經(jīng)驗(yàn)證,通過(guò)這一方法計(jì)算出的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和旋轉(zhuǎn)軸與既往體內(nèi)外試驗(yàn)研究結(jié)果是相符的。結(jié)論基于靜態(tài)核磁共振圖像可以構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型,并以此模型計(jì)算髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸,該構(gòu)建方法具有模型準(zhǔn)確、無(wú)輻射、解剖解構(gòu)全面等特點(diǎn),利用該模型可以求解髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡及髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸,在一定程度上揭示了髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,為髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究提供了準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：生物力學(xué) 髕股關(guān)節(jié) 三維重建 磁共振 運(yùn)動(dòng)軌跡 旋轉(zhuǎn)軸
【學(xué)位授予單位】：安徽醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R445.2;R684
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 1 前言11-15
• 2 資料與方法15-25
• 2.1 研究對(duì)象15
• 2.2 MR掃描及圖像提取15-19
• 2.2.1 掃描體位15-16
• 2.2.2 掃描方式16-17
• 2.2.3 圖像提取17-19
• 2.3 動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建與驗(yàn)證19-24
• 2.3.1 髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建19-23
• 2.3.2 髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)三維運(yùn)動(dòng)模型的驗(yàn)證23-24
• 2.4 髕股關(guān)節(jié)有限旋轉(zhuǎn)軸的計(jì)算24-25
• 2.4.1 髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算的物理原理24
• 2.4.2 髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算的軟件原理及實(shí)現(xiàn)24-25
• 3 結(jié)果25-28
• 3.1 動(dòng)態(tài)三維模型的構(gòu)建結(jié)果25-26
• 3.2 模型準(zhǔn)確性的驗(yàn)證結(jié)果26-27
• 3.3 髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸27-28
• 4 討論28-35
• 4.1 膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究方法28-29
• 4.2 MRI在髕股關(guān)節(jié)三維模型構(gòu)建中的作用29-30
• 4.3 Mimics軟件在構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)三維模型中的作用30-31
• 4.4 逆向工程技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用31-32
• 4.5 髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的三次樣條插值算法32-33
• 4.6 髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡和髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸33-35
• 4.7 局限性35
• 5 結(jié)論35-36
• 6 參考文獻(xiàn)36-40
• 附錄40-41
• 致謝41-42
• 綜述42-50
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 附圖50-57

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