[发明专利]一种快速诊断骨质疏松患者椎体承载能力的系统和方法

说明书

本发明涉及一种快速诊断骨质疏松患者椎体承载能力的系统及方法，所述方法在典型的三维模型基础上，构建个性化的人体脊柱三维模型，再建立个性化的有限元模型，最终通过分析计算单元计算得到患者椎体最大弯曲度以及承载能力。该系统及方法简化椎体三维建模以及有限元处理的工作量，从而对患者护理工作进行辅助指导。

技术领域

本发明涉及了数字医学技术领域，特别是涉及了一种基于有限元分析运算的诊断骨质疏松患者椎体最大弯曲度、承载能力的方法。

背景技术

随着社会的进一步发展和人口的日益老龄化，以及人们对生活质量的重视，骨质疏松症越来越受到关注。脊柱压缩骨折是骨质疏松症最常见的并发症之一，是导致老年人死亡的不可低估的原因。目前对腰椎力学性质较常见的研究方法有动物模型、物理模型和尸体模型，以及最新发展起来的计算机有限元分析模型。

动物模型可以监测生理反应，但由于动物不是直立行走，其腰椎结构功能与人类的不同，因此结果不可能完全解答人类脊柱的特有的问题。物理模型由于缺乏几何和材料特性的生物逼真度，其应用非常有限。尸体模型在几何结构和材料特性方面具有优势，实验得出的结果对生物力学方面的可利用价值最高。外科手术也可以用这些模型来评价，但其缺乏生物力学的变化，并且实验费用高，取材困难，可重复性较低等使其应用受到限制。

随着计算机技术的发展，有限元方法由于具有适用于形状复杂、材料特性分布多样化的结构以及可重复性的特点成为了研究脊椎力学的重要手段。目前诊断骨质疏松患者椎体最大弯曲度以及承载能力的方法主要通过使用相应的医学建模软件建立出椎体的三维模型继而在有限元计算分析软件中对模型进行有限元仿真计算。具体步骤如图1：

S1：获取脊椎CT数据，并以DICOM格式储存。

S2：经过CT图像的处理，提取出脊椎模型轮廓。具体步骤如下：

S21：利用阀值分割工具将骨骼与周边的组织肌肉区分出来；

S22：使用编辑蒙板工具逐层对图像进行处理；

S23：通过区域增长工具将所需椎体提取出来。

S3：待完整提取出所需要的图像后重建3D模型。

S4：将初步重建的3D模型在网格划分程序中划分面网格。具体步骤如下：

S41：在原网格的基础上优化网格，对三角网格进行自动优化；

S42：对非均匀或出现局部过密或过疏的网格进行手动修改，最终得到优化后的全腰椎面网格模型。

S5：在有限元软件中将面网格转化为体网格，建立人体椎体体网格单元模型。

S6：在有限元软件中，采用均匀赋值法给人体椎体进行赋值。

S7：按照真实情况对各个椎体进行组装。

S8：在有限元软件中对各个椎体模型的接触以及载荷进行设置。

S9：计算并得到骨骼受载荷结果诊断出患者椎体最大弯曲度以及承载能力。

此方法的缺点在于无通用的有限元模型，建立个性化模型流程复杂、计算周期长，无法快速得到患者椎体最大弯曲度以及承载能力。从诊断实际出发，此技术的应用范围有限。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种快速诊断骨质疏松患者椎体最大弯曲度、承载能力的系统及其方法，简化椎体三维建模以及有限元处理的工作量，从而对患者护理工作进行辅助指导。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：