[发明专利]新型全膝关节置换术中有限元分析确定力线平衡方法

摘要

本发明公开了一种新型全膝关节置换术中有限元分析确定力线平衡方法，在术前将健侧腿部进行数据采集并建模，对患者健侧腿部模型进行有限元受力分析，并在手术过程中对置换完成的膝关节进行数据采集并建模，通过将健侧模型镜像对应到患侧，经傅里叶变换‑高通滤波图像增强算法进行数据分析，判断患侧下肢力线是否处于平衡状态，若处于非平衡状态，通过健侧腿部模型，向医生提示适当的修骨或调节假体位置，最终使得膝关节处于平衡状态。保持该位置不变，进行手术缝合。本发明通过提高手术中膝关节平衡的准确率，对增加患者术后假体的使用寿命，降低术后并发症，提高患者术后生活质量有重要作用。

主权项

1.一种新型全膝关节置换术中有限元分析确定力线平衡方法，其特征在于，包括以下内容：在临床全膝关节置换手术前，对患者健侧下肢骨骼进行三维成像，将所得三维成像数据进行数据处理，并通过软件进行三维建模，对该模型进行有限元分析，选取分析结果的若干位置作为参照；在术中，打开患者膝关节，进行全膝关节置换，在截骨后将假体置于膝关节处，进行三维成像并建模，对该模型进行有限元分析，在患侧有限元分析结果里选取与健侧对应的若干位置，通过判别两侧是否平衡，给出当前力线是否准确结论；所述三维成像数据，使用医院CT、MRI仪器采集到的骨骼三维原始数据，能反映出患者此时下肢骨骼的真实情况；所述数据处理的方法，傅里叶变换‑高通滤波图像增强算法，增强下肢骨骼表面的差异；将医院采集到的三维成像原始数据，转化为三维分层的点云数据，通过隔层之间建立三角网格化模型形成表面的小单元；对形成的单元面进行傅里叶变换，将时域中的像素值转换成频域中的频率；对与大小为X*Y的图像中第x行第y列的像素值f(x,y)，使用傅里叶变换得到频域图像F，其中对于频域图像的第u行第v列的值F(u,v)，变换过程为：其中，j为虚数，对频域图像F的任一像素点F(u,v)，均为原时域图像所有点的变换；为保证保留细节部分，对频域图像进行高通滤波，采用改进的巴特沃斯高通滤波，其传递函数为：其中，D0为阈值到原点的距离，D(u,v)为第u行第v列的值到原点的距离；此时得到增强的频域图像F′(u,v)，计算过程为：F′(u,v)＝F(u,v)H(u,v)再对增强的频域图像F′(u,v)进行逆变换，转换为原有的大小为X*Y的时域图像，公式为：通过这一过程可实现图像的增强，尤其是边缘细节部分，利于有限元分析的使用；所述三维建模的方法，是将医院采集到的三维成像原始数据，通过三维建模软件分层叠加，建立模型，最终得到完整的模拟下肢骨骼；所述有限元分析的方法，是将两侧骨骼的三维模型，通过在有限元分析软件上确定受力点、受力大小及方向，模拟下肢骨骼在当前状态下站立时受力情况，并给出各个位置上的受力大小及方向；所述平衡的判别方法，是将健侧有限元分析结果镜像到患侧，与术中患侧有限元分析结果相比较，在满足基本无差异的匹配条件时确定其平衡。