[发明专利]一种胸腰椎爆裂性骨折仿真模型建立方法及装置

权利要求书

1.一种胸腰椎爆裂性骨折仿真模型的建立方法，其特征在于，包括：

步骤S1：筛选健康成人的胸腰段进行CT扫描，获取DICOM数据；

步骤S2：重建胸腰椎三维实体模型；

步骤S3：依据正常解剖结构，按照点、线、面的原则，画出胸腰椎实外形特征的曲线，通过封装连接得到NURBS曲面模型；

步骤S4：应用有限元建模软件，在第一腰椎上分割骨折块，对骨折块及其他骨组织进行网格划分，进一步划分椎间盘为纤维环和髓核，添加前纵韧带、后纵韧带、棘上韧带、棘间韧带、囊韧带、黄韧带以及横突间韧带，建立骨折块有限元模型和胸腰椎有限元模型，再对骨折块和周边骨组织设定边界条件，组装获得所述胸腰椎爆裂性骨折仿真模型；其中，所述在第一腰椎上分割骨折块的步骤中，骨折块几何边界的确认如下：骨折块在矢状面的长度拟定为椎体中柱的范围，即椎体前后径的1/3，骨折块在冠状位的长度设定为椎弓根基底部内侧缘，骨折块的高度设定自上终板至椎基静脉孔水平；

步骤S5：设定材料属性、载荷、边界条件。

2.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述材料属性为：皮质骨和松质骨为各向同性材料属性，骨组织材料属性如下：

髓核为不可压缩的流体材料属性，椎间盘材料属性如下：

韧带为非线性材料属性。

3.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述胸腰椎有限元模型包括皮质、松质，在椎骨皮质骨划分过程中，选择为1mm厚的六面体网格，松质骨为四面体网格；定义小关节为面面接触；终板厚度为0.5mm，髓核区域和纤维环区域分别为椎间盘横截面积的40％和60％。

4.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，所述骨折块有限元模型包括外侧的皮质骨和内侧的松质骨。

5.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，在确定所述胸腰椎外形特征的曲线时，只画出几条重要的关键线；对于椎体的上下面，使其由平滑曲面构成。

6.根据权利要求1所述的建立方法，其特征在于，网格划分步骤先划分一半椎体，通过对称，从而得到整个椎体。

7.如权利要求1-6任一所述建立方法所建立的胸腰椎爆裂性骨折仿真模型在研究胸腰椎爆裂性骨折及手术治疗方法中的用途。

8.一种胸腰椎爆裂性骨折仿真模型的建立装置，其特征在于，包括：

图像获取单元，用于获取胸腰椎骨组织CT扫描图像；

三维重建单元，用于重建胸腰椎的三维数字图像；

胸腰椎实体模型生成单元，用于将三维数字图像转化为实体模型；

椎骨有限元模型生成单元，用于利用胸腰椎实体模型生成胸腰椎椎骨三维有限元模型；

软组织有限元模型生成单元，用于利用胸腰椎实体模型生成胸腰椎椎间盘及韧带三维有限元模型；

骨折块有限元模型生成单元，用于生成胸腰椎骨折块三维有限元模型；

模型组合单元，将椎骨三维有限元模型与椎间盘及韧带三维有限元模型整合，将骨折块三维有限元模型与周边椎骨三维有限元模型整合，设置面面接触精细模拟，获得所述胸腰椎爆裂性骨折仿真模型；

模型参数设定单元，用于对胸腰椎三维有限元模型及骨折块三维有限元模型进行参数设定，所述参数包括材料属性、小关节突的接触、载荷以及边界条件等；

计算分析单元，对所述胸腰椎爆裂性骨折仿真模型进行有限元仿真计算，获得所述胸腰椎爆裂性骨折仿真模型的应力应变云图及椎间活动度参数，提供生物力学数据。

9.根据权利要求8所述的建立装置，其特征在于，所述椎骨有限元模型生成单元包括：

胸11椎体模型生成子单元，通过有限元网格划分，用于对椎骨三维有限元模型加载力矩和垂直应力；

胸12、腰1、腰2椎体模型生成子单元，用于生成椎骨三维有限元模型活动单元；

腰3椎体模型生成子单元，用于施加限制椎骨三维有限元模型的边界位移。

10.根据权利要求8所述的建立装置，其特征在于，所述骨折块有限元模型生成单元包括：

骨折轮廓线确定子单元，用于确定腰1椎体骨折的实体模型的几何特征；

骨折块划分子单元，用于对骨折块进行网格划分。