基于靜態(tài)磁共振圖像構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動態(tài)三維運(yùn)動模型及其初步應(yīng)用.pdf

1、目的：既往構(gòu)建膝關(guān)節(jié)、髕股關(guān)節(jié)模型耗時(shí)長，操作過程復(fù)雜，且大多為靜態(tài)模型，快速、準(zhǔn)確的構(gòu)建動態(tài)髕股關(guān)節(jié)動態(tài)三維模型是對其進(jìn)行生物力學(xué)研究和臨床應(yīng)用的重要保障。本研究擬創(chuàng)建采用多角度靜態(tài)核磁共振圖像構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動態(tài)三維運(yùn)動模型的方法，并初步將此方法應(yīng)用于髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究中，計(jì)算屈伸膝過程中髕骨運(yùn)動軌跡、髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸。
　　方法：選擇1名健康成年男性，年齡30歲，體重65kg，身高172cm，對其右膝關(guān)節(jié)分別在0°、30°、6

2、0°、90°、120°五個(gè)屈膝角度進(jìn)行核磁共振掃描，掃描設(shè)備為西門子3.0T掃描儀，柔性線圈，掃描序列為二維梯度自旋回波，矢狀位掃描，層厚在0.8-1.5mm之間，掃描層數(shù)在90-110層之間，并將掃描結(jié)果以 Dicom格式保存后導(dǎo)入 Mimics軟件中，利用3Dlivewire功能，手工提取髕骨、股骨輪廓，重建出五個(gè)屈膝角度的靜態(tài)髕股關(guān)節(jié)三維模型，再將上述五個(gè)靜態(tài)模型導(dǎo)入逆向工程軟件 RapidForm中進(jìn)行同一坐標(biāo)系的配準(zhǔn)，利用三次

3、樣條插值算法，將離散靜態(tài)髕股關(guān)節(jié)模型配準(zhǔn)為動態(tài)三維運(yùn)動模型；據(jù)此動態(tài)三維模型在三維坐標(biāo)系中計(jì)算出髕骨運(yùn)動軌跡，在逆向工程軟件中根據(jù)已知髕骨運(yùn)動軌跡，計(jì)算出髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸，將計(jì)算出的髕骨運(yùn)動軌跡和旋轉(zhuǎn)軸與既往體內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果相對比，驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。
　　結(jié)果：本方法成功構(gòu)建了髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動態(tài)三維運(yùn)動模型，該模型包含了從屈膝0°到120°的完整運(yùn)動過程，利用該模型可以計(jì)算出屈伸膝運(yùn)動過程中的髕骨運(yùn)動軌跡和髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸。屈膝過程中，隨

4、著屈膝角度的增加，髕骨相對于股骨滑車不斷俯屈，同時(shí)輕度的外傾和外旋，而髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸波動在股骨通髁線附近。經(jīng)驗(yàn)證，通過這一方法計(jì)算出的髕骨運(yùn)動軌跡和旋轉(zhuǎn)軸與既往體內(nèi)外試驗(yàn)研究結(jié)果是相符的。
　　結(jié)論：基于靜態(tài)核磁共振圖像可以構(gòu)建髕股關(guān)節(jié)準(zhǔn)動態(tài)三維運(yùn)動模型，并以此模型計(jì)算髕骨運(yùn)動軌跡和髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸，該構(gòu)建方法具有模型準(zhǔn)確、無輻射、解剖解構(gòu)全面等特點(diǎn)，利用該模型可以求解髕骨運(yùn)動軌跡及髕股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸，在一定程度上揭示了髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動規(guī)律