膝關(guān)節(jié)腔體模型提取算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、相比于傳統(tǒng)的開放式膝關(guān)節(jié)手術(shù)，膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)具有創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)快的優(yōu)點，深受醫(yī)生和患者的青睞。但是膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)因為其創(chuàng)口小等特點，膝關(guān)節(jié)鏡視野范圍小，僅通過膝關(guān)節(jié)鏡的成像，醫(yī)生難以看清膝關(guān)節(jié)腔的全局，膝關(guān)節(jié)腔空間狹小、形狀復(fù)雜導(dǎo)致該手術(shù)難度高。得益于醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，個性化患者數(shù)據(jù)的采集比以往更容易，數(shù)據(jù)的精確度更高。如何利用這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于定量化的術(shù)前規(guī)劃和術(shù)中導(dǎo)航，是一個值得關(guān)注的課題。因此，為進(jìn)一步量化分析膝關(guān)節(jié)腔環(huán)境，本文

2、提出一種膝關(guān)節(jié)腔體模型的自動提取算法，論文主要從以下幾個方面進(jìn)行分析和研究。
　　(1)靜態(tài)膝關(guān)節(jié)腔體邊界面的提取。針對患者醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)三維重建得到的模型，計算三角面片法線與相鄰組織結(jié)構(gòu)的相交情況，選取種子面片，采用區(qū)域生長法提取膝關(guān)節(jié)腔體的邊界面，檢測邊界面上的孔洞并進(jìn)行修補(bǔ)，并對曲面邊緣作光順處理。
　　(2)靜態(tài)膝關(guān)節(jié)腔體的三維重建。將提取到的股骨下端面和脛骨上端面縫合成一個封閉的曲面，對比Loop細(xì)分和碟形細(xì)分的曲面

3、細(xì)分效果，采取Loop細(xì)分模式對腔體表面進(jìn)行光順處理。然后使用三維布爾運算，將腔體進(jìn)一步減去半月板、軟骨和交叉韌帶所占的空間。
　　(3)膝關(guān)節(jié)運動和軟組織形變建模。通過分析膝關(guān)節(jié)的運動特征，針對腔體空間的影響因素，分別建立計算模型:擬合股骨和脛骨輪廓線的多項式曲線，求得其曲線方程，通過曲線方程推導(dǎo)出脛骨位姿隨膝關(guān)節(jié)屈曲角度變化的計算模型;分析膝關(guān)節(jié)運動過程中交叉韌帶的形變情況，建立交叉韌帶形變的動力學(xué)模型。
　　(4)動態(tài)

4、膝關(guān)節(jié)腔體的自動提取算法與實現(xiàn)。根據(jù)膝關(guān)節(jié)運動和軟組織形變模型，提出動態(tài)膝關(guān)節(jié)腔體的自動提取算法，并構(gòu)建實驗環(huán)境，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)腔體的動態(tài)提取。
　　本文創(chuàng)新點在于針對開放式的膝關(guān)節(jié)腔（膝關(guān)節(jié)腔側(cè)面開放），提出了一種可以提取動態(tài)膝關(guān)節(jié)腔體模型的算法。提取動態(tài)膝關(guān)節(jié)腔體時，綜合考慮脛骨位姿的調(diào)整和交叉韌帶的形變對膝關(guān)節(jié)腔體空間的影響。針對膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)中膝關(guān)節(jié)運動特征，定量分析膝關(guān)節(jié)不同屈伸角度下脛骨位姿和交叉韌帶形變，進(jìn)而計算膝關(guān)節(jié)腔體