[发明专利]一种脊柱模型的构建方法、装置和存储介质

权利要求书

1.一种脊柱模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取脊柱CT图像，以及获取实验模型的运动模拟结果；

根据脊柱CT图像，生成有限元模型；

通过对有限元模型进行仿真，得到仿真结果；

根据仿真结果，进行灵敏度分析；

根据灵敏度分析结果和运动模拟结果，对有限元模型进行调整，得到校准模型；

其中，运动模拟结果通过对实验模型进行运动模拟得到，运动包括前后屈伸、轴向扭转和侧向弯曲的至少一种；

所述根据脊柱CT图像，生成有限元模型的步骤中，包括以下步骤：

根据脊柱CT图像，构建三维模型，其中三维模型包括椎间盘、椎骨和韧带，椎骨包括皮质骨和松质骨，椎间盘包括髓核和纤维环，纤维环包括纤维环基质；

对椎间盘、椎骨和韧带进行网络划分，并为皮质骨和松质骨赋予不同的材料属性，为髓核赋予准液体的属性，为纤维环基质赋予材料强度以预设阈值由外至内逐渐递减的属性，并为韧带赋予非线性双刚度弹簧模型的属性；

所述获取实验模型的运动模拟结果的步骤中，包括以下步骤：

通过万能试验机和测量仪对实验模型以预设弯矩进行前后屈伸、轴向扭转和侧向弯曲中的至少一种运动的模拟，并确定模拟过程中预设弯矩对应的转角，得到模拟数据；

对模拟数据进行拟合，得到运动模拟结果；

所述通过对有限元模型进行仿真，得到仿真结果的步骤中，包括以下步骤：

通过对有限元模型以所述预设弯矩进行前后屈伸、轴向扭转和侧向弯曲中的至少一种运动的仿真，并确定仿真过程中预设弯矩对应的转角，得到仿真数据；

对仿真数据进行拟合，得到仿真结果。

2.根据权利要求1所述脊柱模型的构建方法，其特征在于：所述根据仿真结果，进行灵敏度分析的步骤中，包括以下步骤：

通过对有限元模型的参数进行若干次改变并进行仿真，得到改变仿真结果；

将所述改变仿真结果与仿真结果进行对比分析，得到参数与仿真结果的指标之间的灵敏度；

其中，有限元模型包括纤维环和韧带，每一韧带定义为非线性双刚度弹簧模型，韧带包括前纵韧带、后纵韧带、横突间韧带、棘间韧带、棘上韧带、黄韧带和关节囊韧带，参数包括每一韧带对应的非线性双刚度弹簧模型中的拐点坐标和至止刚度，以及纤维环的弹性模量；

仿真结果为通过若干条折线拟合后的结果，指标包括折线的斜率以及折线之间的交点位置。

3.根据权利要求2所述脊柱模型的构建方法，其特征在于：所述根据灵敏度分析结果和运动模拟结果，对有限元模型进行调整，得到校准模型的步骤中，

指标包括第一指标，参数包括第一参数，包括以下步骤：

确定仿真结果和运动模拟结果中有差异的第一指标；

根据预设灵敏度阈值，以及参数与仿真结果的第一指标之间的灵敏度，确定第一参数；

优先对第一参数进行调整并进行至少与调整次数相同次数的仿真，得到调整仿真结果；

根据调整仿真结果和运动模拟结果，得到校准模型。

4.根据权利要求3所述脊柱模型的构建方法，其特征在于：所述根据调整仿真结果和运动模拟结果，得到校准模型的步骤中，包括以下步骤：

分别确定仿真结果和每一调整仿真结果与运动模拟结果的系统误差；

将最小的系统误差的调整仿真结果或仿真结果所对应的有限元模型，作为校准模型。

5.一种脊柱模型的构建装置，其特征在于，包括：

至少一处理器；

至少一存储器，用于存储至少一程序；

当所述至少一程序被所述至少一处理器执行，使得所述至少一处理器实现如权利要求1-4任一项所述一种脊柱模型的构建方法。

6.一种存储介质，存储有处理器可执行的指令，其特征在于：处理器执行所述处理器可执行的指令时执行如权利要求1-4任一项所述一种脊柱模型的构建方法。