[发明专利]一种评估人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法

权利要求书

1.一种评估人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法，其特征在于，该方法是基于μMRI的人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法，包括以下步骤：

步骤A1:采集人体股骨显微磁共振影像；

步骤A2:运用医学图像处理技术手段，将股骨组织和周围软组织分离；

步骤A3:以步骤A2图像分割得到的股骨医学二维影像为基础，然后三维重建得到与实际股骨尺寸相等的三维股骨模型；

步骤A4:运用有限元分析方法，将步骤A3得到的三维股骨模型网格化，建立多个不同角度侧向跌倒股骨有限元分析边界条件，设置分析步数、给定力学参数输出；

步骤A5:编写计算机Python语言，从结果文件中提取相关力学参数进行数据分析，探究人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学行为；

步骤A6:从解剖云图上，对比多个不同角度侧向跌倒时冲击载荷作用下股骨应力集中区域的差异，预测估计骨折风险或提前预防；

多个不同角度侧向跌倒选自15°-75°多个不同的角度，其中选15°、30°、45°、60°、75°五个角度侧向跌倒为代表；其中，假设股骨侧向跌倒时中部冠状面在矢状面上的投影与地面接触为跌倒角度0°；

步骤A4中所述有限元计算，对股骨不同角度模型在力学角度分析包括以下步骤：

步骤B1:基于二维医学μMR影像划分与体素大小尺寸相等的六面体网格；

步骤B2:设定股骨模型非均匀材料属性：基于医学图像设定杨氏模量为0-15GPa，泊松比为0.3；

步骤B3:设定分析步：最大增量步数默认100，增量步最小为0.1，最大为1，设定场输出和历程输出力学参数；

步骤B4:边界条件：股骨远端设定约束，股骨头与股骨凹陷接触位置施加冲击载荷，模拟不同角度人体侧向跌倒过程；

步骤B5:提交有限元分析作业，依据硬件设备条件，启动多个CPU进行多线程操作计算。

2.按照权利要求1所述的一种评估人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法，其特征在于，步骤A1中所述特征，人体股骨显微磁共振影像的采集，根据临床上使用的1.5T、3.0T或7.0T磁共振扫描仪，通过调节脉冲序列和相关扫描参数，拍摄出最佳分辨率、对比度和信噪比的医学图像，得到人体股骨高质量显微磁共振影像。

3.按照权利要求1所述的一种评估人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法，其特征在于，步骤A2、A3中所述特征，医学图像处理技术和三维重建实现方式，运用现有商业软件进行图像分割和三维建模，或基于计算机语言识别并处理。