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申请/专利权人：中山大学

摘要：本发明以健康成人的CTMRI数据逆向重建膝关节主要结构，其通过调整内外侧半月板的突出程度0～5mm,创建36组不同半月板突出的膝关节模型，然后通过仿真模拟人体站立姿势下等效承受1500N的作用力时的生物力学仿真计算，获得膝关节半月板和软骨的应力峰值，并在此基础上构建四阶多项式拟合函数和响应面模型。基于所述拟合函数，以内外侧半月板的突出距离为变量，以膝关节健康状态下的半月板和软骨的应力峰值为基准，本发明提供了一种膝关节软骨损伤的生物力学预测模型的构建方法。本发明的方法及其得到的预测模型适用于膝关节动力学和运动学状态解剖学习，有助于临床医生等使用者研究膝关节损伤机制、制定术前规划和术后养护方案。

主权项：1.一种膝关节软骨损伤的生物力学预测模型的构建方法，其特征在于，包括下述步骤：S1，获取健康志愿者的膝关节CT与MRI的影像数据；S2，将影像数据的DICOM数据导入到三维重建软件中，根据膝关节冠状面、矢状面和横截面的不同切片的2D图像数据，利用Mimics软件的Threshold阈值设定工具设定的区间值提取表面并编辑，然后通过区域增长工具生成包括胫骨、股骨、髌骨、腓骨在内的骨质组织的几何蒙罩，得到骨质组织的二维图像，然后使用Calculate3D命令将所述骨质组织的二维图像转换成三维立体模型，并在此基础上使用GeomagicWrap软件得到详细的膝关节的三维立体几何模型；S3，将S2生成的三维立体几何模型导入到HyperMesh软件中进行装配，装配成完整的膝关节模型，此模型包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、股骨软骨、胫骨平台的内侧软骨和外侧软骨、髌骨软骨、内侧半月板、外侧半月板、前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带、股四头肌和髌腱共计16个部件；S4，定义膝关节的各部件的装配关系，在前述16个部件中，内侧副韧带、外侧副韧带与胫骨或股骨的连接采用绑定接触，内侧半月板、外侧半月板的前后根部与胫骨平台进行刚性连接，前交叉韧带、后交叉韧带与胫骨、股骨的连接采用绑定接触，软骨与胫骨、股骨或腓骨采用绑定接触，其他部件间均采用摩擦接触形式，摩擦系数设定为0.02；S5，定义膝关节的载荷约束条件：胫骨和腓骨的下端部施加固定约束，垂直载荷施加在下肢机械轴线上股骨头的中心；S6，依据S3创建的完整的膝关节模型，通过移动内、外侧半月板来调整半月板突出距离；S7，提交CAE软件ls-dyna计算不同的半月板突出距离，以及膝关节在垂直载荷的作用下的软骨组织半月板和软骨的应力变化；S8，提取不同半月板突出组合的膝关节的股骨内外软骨、股骨内外侧软骨和内、外侧半月板的平均应力最大值的仿真结果；S9，以膝关节外侧半月板和内侧半月板的突出量为变量，构建四阶多项函数，通过前述仿真结果得到不同半月板的突出组合的膝关节软组织的应力结果，拟合出多项式函数的相关系数；S10，以健康膝关节的软组织内外侧半月板与股骨和股骨内外侧软骨的应力为基准，临床通过CTMRI影像观测的内外侧半月板突出的数值为输入变量，通过前述构建不同软组织的多项式函数，自动计算各软组织的平均应力最大值数值和损伤百分比。

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