[发明专利]一种获取足底软组织粘弹性力学属性的方法

权利要求书

1.一种获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，搭建结合双平面荧光透视成像和分布式足底测力板的测试平台，并对所述测试平台采集到的图像进行校准；

步骤2，获得受试者赤足于所述测试平台上行走情况下足部所有骨块的动态透视图像，以及与其同步的足底各区域压力数据；

步骤3，选择所研究软组织垂直方向上直接接触的骨块，根据测力板的空间位置和所述骨块的空间位置，获取每一采集帧下软组织的厚度，同步获取每一采集帧对应的骨块处各压力感应器的压力值和接触面积；

步骤4，根据所述每一采集帧下软组织的厚度，计算患者赤足于实施测试平台上行走情况下每一采集帧下软组织纵向形变，之后计算软组织的应力和应变，利用已知的粘弹性材料模型，逆向求解其材料属性参数。

2.根据权利要求1所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤1中，所述测试平台包括C型臂X光机、分布式足底测试板以及行走平台，

所述C型臂X光机的数量为两个，位于所述行走平台的一侧，且互成一定角度摆设，使两套C型臂X光机的透视交点位于所述行走平台的中间位置，并于该位置上放置所述足底测试板。

3.根据权利要求1所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤3中，所述骨块至少为跟骨、趾骨以及跖骨中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤3中，所述骨块为跟骨，所述步骤3中具体包括以下步骤：

步骤3-1，将通过CT扫描获得的患者跟骨与校准后透视图像上跟骨的轮廓完全重合，确定跟骨的空间位置；

步骤3-2，获得患者赤足于测试平台上行走情况下，足跟触地至足跟离地即步态周期中足跟软组织受力全过程这一时间段内中每一采集帧对应的足跟软组织厚度h_n；

步骤3-3，同步获取每一采集帧对应的各压力感应器的压力值和接触面积，计算得到足跟区域传感器的合力，为足底力F_n，计算足跟区域传感器的接触面积之和为接触面积S_n；

步骤3-4，将足跟触地即软组织形变δ_n＝0时的足跟软组织厚度记为h₀，即为非负重情况下足跟软组织厚度，将该时刻记为0，记录之后每一采集帧对应时间为t_n。

5.根据权利要求1所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤4中，所述计算软组织的应力σ_n和应变ε_n的方法为：

δ_n＝h₀-h_n

6.根据权利要求1所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤4中，利用KelvinVoigt粘弹性材料属性模型或Ogden超弹性材料属性模型，逆向求解其材料属性参数。

7.根据权利要求6所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，步骤4中，采用所述Kelvin Voigt粘弹性材料属性模型，该模型用来将足跟软组织模拟为线性弹簧与非线性阻尼器的并联结构：足跟软组织与弹簧、阻尼器三者应变相同，应力等于弹簧与阻尼器应力之和。

8.根据权利要求6所述的获取足底软组织粘弹性力学属性的方法，其特征在于：

其中，逆向求解材料属性参数的计算过程如下：

首先，计算每一采集帧时刻的应变，求解由ε_n和t_n绘制ε-t曲线，拟合，并求解每一t_n点斜率即可得到每一时刻的应变率其次，求解每一采集帧时刻的弹性模量E_n，求解公式如下：

最后，由KelvinVoigt粘弹性材料模型应力、应变以及应变率的关系：

利用最小二乘法原理，带入所求的ε_n，σ_n，拟合出粘性模量η，弹性模量E。