【摘要】：膝關(guān)節(jié)的三維運(yùn)動(dòng)測量是研究膝關(guān)節(jié)損傷機(jī)理的重要依據(jù),并且對于建立安全準(zhǔn)確的膝關(guān)節(jié)在體運(yùn)動(dòng)評價(jià)系統(tǒng)及早期診斷、規(guī)范化醫(yī)學(xué)運(yùn)動(dòng)康復(fù)具有重大的意義�，F(xiàn)有的測量方法難以兼顧無侵入性、無電離輻射性、高精確度以及成本低廉等特性。隨著醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)的發(fā)展,超聲檢測已經(jīng)在臨床上進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用,醫(yī)學(xué)超聲成像相對于計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)和核磁共振成像技術(shù)有著成本低廉,無電離輻射等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而,本文通過引入超聲圖像,創(chuàng)新性的提出了一種基于CT圖像與超聲圖像配準(zhǔn)的膝關(guān)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)測量方法,該方法具有無創(chuàng)、無電離輻射、高精度的特點(diǎn)。本文主要討論了基于CT圖像與超聲圖像配準(zhǔn)的膝關(guān)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)測量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理,包括系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)采集、多視角B型超聲圖像組合結(jié)構(gòu)的選取與構(gòu)建、配準(zhǔn)框架的構(gòu)建以及膝關(guān)節(jié)三維模型的重建和其運(yùn)動(dòng)的可視化模擬。其中配準(zhǔn)框架的構(gòu)建是整個(gè)系統(tǒng)的核心:首先,由于CT圖像與超聲圖像是不同模態(tài)下的醫(yī)學(xué)圖像,在分辨率、灰度屬性等方面差異巨大,直接將二者進(jìn)行配準(zhǔn)的難度較大且精確度較低。有鑒于此,我們需要利用超聲成像模擬算法將CT圖像模擬為超聲圖像再進(jìn)行圖像配準(zhǔn);其次,為了獲取更加準(zhǔn)確的配準(zhǔn)結(jié)果,本文引入了多視角B型超聲圖像組合結(jié)構(gòu)(如交叉圖,工形圖,王字形圖)來進(jìn)行圖像配準(zhǔn);最后,在目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化方案的選擇方面,本文采用最大歸一化互信息來描述兩幅圖像的相關(guān)性,采用基于GPU加速的并行化粒子群優(yōu)化算法來進(jìn)行解空間的搜索。為了驗(yàn)證不同的多視角B型超聲圖像組合結(jié)構(gòu)在配準(zhǔn)算法中作為配準(zhǔn)圖像結(jié)構(gòu)的可行性,本文利用人體股骨標(biāo)本分別使用交叉圖,工形圖,王字形圖三種多視角B型超聲圖像組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行配準(zhǔn)精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:考慮到系統(tǒng)耗時(shí)和測量精度之間的平衡,最終選用工形圖作為整個(gè)膝關(guān)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)測量系統(tǒng)的圖像配準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。并進(jìn)一步完成了多組離體實(shí)驗(yàn)和在體實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的三維膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)測量系統(tǒng)能夠精確測量膝關(guān)節(jié)的三維運(yùn)動(dòng),滿足膝關(guān)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)分析的需要。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;R684
【圖文】：

因而膝關(guān)節(jié)很容易受到傷害[31]。微如果不加以治療，會(huì)逐步導(dǎo)致關(guān)節(jié)磨損，最終結(jié)構(gòu)上包括以下部分：關(guān)節(jié)囊、骨性結(jié)構(gòu)、關(guān)及血管[32]。而從膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)上來看包含以下兩 2-1 所示，這兩個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)組成雙關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)共由股骨雙側(cè)類球形髁部和脛骨相應(yīng)的內(nèi)，外側(cè)髕骨關(guān)節(jié)是由股骨、髕面和髕骨髁面構(gòu)成的屈了股骨、脛骨和髕骨三種骨性結(jié)構(gòu)[32]。髕骨關(guān)是由股骨構(gòu)成的。脛骨則主要構(gòu)成承重平臺(tái)，作為前方保護(hù)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。三個(gè)骨性結(jié)構(gòu)圖 2-2 為膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，外層纖維膜相對更加堅(jiān)韌。與外層滑膜不同，內(nèi)層構(gòu)成，貼附在外層纖維膜的內(nèi)層表面上，富含血管網(wǎng)所有結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)滑液則由內(nèi)層滑膜產(chǎn)生，在腔內(nèi)形成供了新陳代謝的液態(tài)媒介，具有界面潤滑效應(yīng)。翼分滑膜層突向關(guān)節(jié)腔內(nèi)形成，襞內(nèi)含有脂肪組織，具結(jié)構(gòu)則具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：最大，分泌區(qū)廣；大、絨毛數(shù)目最多；關(guān)節(jié)的功能（運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)熱、負(fù)重）。

引起的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑差異[33]。脛骨去屈曲變成伸展過程中，，因此脛骨就向外轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋扣鎖機(jī)制使膝關(guān)節(jié)在伸展鎖定了膝關(guān)節(jié)。在此位置上，脛骨相對于股骨的一切運(yùn)節(jié)的最穩(wěn)定姿態(tài)。維運(yùn)動(dòng)學(xué)股關(guān)節(jié)和髕骨關(guān)節(jié)組成的雙關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其中包含了三個(gè)脛股關(guān)節(jié)面以及髕骨關(guān)節(jié)面。如圖 2-3 所示，實(shí)際中膝三個(gè)關(guān)節(jié)面內(nèi)圍繞水平軸、垂直軸、失狀軸的運(yùn)動(dòng)。具[34-36]：圍繞水平軸的屈伸運(yùn)動(dòng)；圍繞垂直軸的內(nèi)旋和外前后滑動(dòng)。膝關(guān)節(jié)主動(dòng)屈伸范圍為：0-135°，最大被動(dòng)屈帶軟組織結(jié)構(gòu)的限制。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2775611