[发明专利]不同内固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的三维有限元模型构建方法

摘要

本发明涉及一种不同内固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的三维有限元模型构建方法，具体为采用CT断层扫描获取正常胫骨附外侧钢板及正常胫骨附后侧钢板的断层图像数据；应用开源软件ITK‑SNAP进行医学图像处理和分割；在专业三维有限元网格生成软件HyperMesh中生成实体几何模型；在HyperMesh中按需要选取不同组件内的实体几何模型进行装配，生成需要的含完整胫骨模型，胫骨骨折模型，以及不同内固定方式治疗胫骨骨折的模型，每一模型均由多个组件组成，对每一组件分别划分网格，最终分别生成胫骨以及不同内固定方式治疗胫骨骨折的多个四面体有限元模型；本发明应用ITK‑SNAP和HyperMesh软件快速、精确地建立不同内固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的三维有限元模型，大大提高了建模的速度以及模型的质量，为进一步的生物力学分析打下了基础。

主权项

不同内固定方式治疗胫骨平台后外侧骨折的三维有限元模型构建方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)采用CT断层扫描获取正常胫骨附外侧钢板以及正常胫骨附后侧钢板的断层图像数据：①首先将外侧钢板附于正常胫骨，采用螺旋CT机由正常胫骨近端向远端垂直于正常胫骨纵轴进行扫描，扫描层厚小于或等于1mm，扫描得到的数据用标准DICOM格式保存；②再将后侧钢板附于正常胫骨，以同样的扫描条件由正常胫骨近端向远端进行连续断层扫描，保存扫描得到的DICOM格式的文件；(2)应用开源软件ITK‑SNAP进行医学图像处理和分割：①将步骤(1)得到的外侧钢板附于正常胫骨的DICOM标准格式CT断层图像导入ITK‑SNAP，基于图像像素灰度值，分别确定正常胫骨和外侧钢板的阈值范围，进行图像分割，在原始图像中分别标记出属于正常胫骨和外侧钢板的像素点，并分别将每一目标区域以STL文件格式输出；②然后将后侧钢板附于正常胫骨的CT断层图像导入ITK‑SNAP，以同样方法处理后，将后侧钢板的数据以STL文件格式输出；(3)在专业三维有限元网格生成软件HyperMesh中生成实体几何模型：①基于医学图像生成实体几何模型：首先导入步骤(2)所生成STL文件，然后基于正常胫骨表面网格获取曲面，多个光滑闭合曲面组成胫骨的三维几何模型，最后单独存储为一个组件；对外侧钢板和后侧钢板进行同样的操作，生成相应的几何模型，并分别单独存储；②编辑基于医学图像生成的几何模型：首先对正常胫骨模型进行切割，生成相应的骨折模型，然后在胫骨骨折实体几何模型的内部依据螺钉的几何尺寸创建曲面拆分实体，生成可用于后期装配的组件几何模型；③基于几何尺寸生成实体几何模型：首先新建组件集，根据几何尺寸建立螺钉表面的曲线，然后基于曲线生成曲面，最终建立不同直径的螺钉的三维几何模型，根据研究需要，复制生成多个螺钉的几何模型，相同直径的多个螺钉存储为一个组件中，不同直径的螺钉分别存储于不同组件中；(4)在HyperMesh中生成三维有限元模型：按需要选取不同组件内的实体几何模型进行装配，生成需要的多个模型：完整胫骨模型，胫骨骨折模型，以及不同内固定方式治疗胫骨骨折的模型，每一模型均由多个组件组成，对每个模型分别实施以下操作：①针对一个组件，基于所有曲面生成2D壳单元；②不同组件之间交界面节点进行节点耦合以实现组件之间的连接；③在每个组件内部创建四面体单元；最终分别生成胫骨以及不同内固定方式治疗胫骨骨折的多个四面体有限元模型；所述有限元模型包括正常胫骨模型；胫骨平台横切面后1/2骨折模型；胫骨平台横切面后1/4骨折模型；胫骨平台横切面后1/2骨折外侧入路钢板固定模型；胫骨平台横切面后1/4骨折外侧入路钢板固定模型；胫骨平台横切面后1/2骨折后侧入路钢板固定模型；胫骨平台横切面后1/4骨折后侧入路钢板固定模型；胫骨平台横切面后1/2骨折前侧入路使用拉力螺钉固定模型；胫骨平台横切面后1/4骨折前侧入路使用拉力螺钉固定模型。