[发明专利]人体膝关节伸屈运动的瞬时中心轴和瞬时中心曲面定位方法

摘要

本发明公开了一种人体膝关节伸屈运动的瞬时中心轴和瞬时中心曲面定位方法，其包括一个采集人体膝关节影像的步骤和一个通过人体膝关节影像对膝关节伸屈运动瞬时旋转中心的定位过程。本发明人体膝关节伸屈运动的瞬时中心轴和瞬时中心曲面定位方法通过计算机采集的人体膝关节骨性结构的影像数据，通过人体膝关节股骨髁关节面的曲率变化，计算人体膝关节伸屈运动过程中的瞬时中心轴和瞬时中心曲面数据，方便利用该数据设计膝关节人工假体、矫形支局、康复辅具，以及进行人体膝关节病变的功能评估。

主权项

一种人体膝关节伸屈运动的瞬时中心轴和瞬时中心曲面定位方法，包括一个采集人体膝关节影像的步骤和一个通过人体膝关节影像对膝关节伸屈运动瞬时旋转中心的定位过程；其特征在于，利用计算机X射线断层扫描机采集人体膝关节全部骨性结构的影像数据，确定股骨内侧髁和外侧髁长轴平面（5）和长轴关节线，依据长轴关节线的曲率计算股骨内侧髁和外侧髁的瞬时旋转中心，并同步匹配股骨内侧髁和外侧髁同一伸屈运动角度的瞬时旋转中心，确定膝关节伸屈运动的瞬时中心轴（1）和瞬时中心曲面（2）；所述通过人体膝关节影像对膝关节伸屈运动瞬时旋转中心的定位过程中，包括下列具体步骤：步骤一，利用计算机X射线断层扫描机采集到的人体膝关节0°伸直位全部骨性结构影像数据构建膝关节三维几何模型；步骤二，连接股骨内上髁顶点A和外上髁顶点B，确定股骨髁的通髁线；步骤三，在股骨内侧髁关节面由前向后分为前部、中部、后部；前部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点C；中部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点D；后部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点E，由C、D、E点连接构建股骨内侧髁长轴平面（5）；步骤四，在股骨外侧髁关节面由前向后分为前部、中部、后部；前部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点F；中部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点G；后部关节面外缘和内缘分别随机取外侧点和内侧点，确定外侧点和内侧点连线的中点H，由F、G、H点连接构建股骨外侧髁长轴平面（5）；步骤五，分别确定股骨内、外侧髁关节面分别与内侧髁、外侧髁长轴平面（5）的交汇线，为股骨内、外侧髁长轴关节线；步骤六，确定通髁线与股骨内侧髁长轴平面（5）的交点I、与股骨外侧髁长轴平面（5）的交点J；步骤七，作垂直于水平面的经通髁线的垂直面；步骤八，垂直面与股骨内侧髁长轴关节线的交点为内侧髁起点（6）为K，与股骨外侧髁长轴关节线的交点为外侧髁起点（6）为L；步骤九，在股骨内侧髁长轴平面（5）内，作交点I和起点（6）为K的连线，以交点I为中点向后作I、K连线的120°夹角线，夹角线同股骨内侧髁长轴关节线的交点为内侧髁终点M；在股骨外侧髁长轴平面（5）内，作交点J和起点（6）为L的连线，以交点J为中点向后作J、L连线的120°夹角线，夹角线同股骨外侧髁长轴关节线的交点为外侧髁终点N；步骤十，在股骨内侧髁、外侧髁长轴平面（5）内，在长轴关节线上以起点（6）±固定距离（例如1mm）的关节线曲率计算定位起点旋转中心（7）；步骤十一，作起点（6）到起点旋转中心（7）的连线，以起点旋转中心（7）为圆心向后进固定角度（例如1°），连线与长轴关节线的交点定位第二点（8）；步骤十二，在股骨内侧髁、外侧髁长轴平面（5）内，在长轴关节线上以第二点（8）±固定距离（例如1mm）的关节线曲率计算定位第二点旋转中心（9）；作第二点（8）到第二点旋转中心（9）的连线，以第二点旋转中心（9）为圆心向后进固定角度（例如1°），连线与长轴关节线的交点定位第三点（10）；步骤十三，按照步骤十至步骤十二的方法顺次定位长轴关节线曲率的第三点旋转中心（11）、第四点旋转中心；直至股骨内侧髁、外侧髁长轴平面（5）内，定位长轴关节线上的终点旋转中心（13）；步骤十四，依次连接起点旋转中心（7）、第二点旋转中心（9）、第三点旋转中心（11）、第四点旋转中心，直至终点旋转中心（13），分别形成股骨内侧髁的瞬时中心曲线和股骨外侧髁的瞬时中心曲线；步骤十五，连接股骨内侧髁的起点旋转中心（7）和股骨外侧髁的起点旋转中心（7），形成起点（6）瞬时中心轴（1）；连接股骨内侧髁的第二点旋转中心（9）和股骨外侧髁的第二点旋转中心（9），形成第二点（8）瞬时中心轴（1）；连接股骨内侧髁的第三点旋转中心（11）和股骨外侧髁的第三点旋转中心（11），形成第三点（10）瞬时中心轴（1），依次向后，直至形成终点（12）瞬时中心轴（1）；步骤十六，依次连接起点（6）瞬时中心轴（1）、第二点（8）瞬时中心轴（1）、第三点（10）瞬时中心轴（1），直至终点（12）瞬时中心轴（1），形成股骨内、外侧髁瞬时中心曲面（2）。