[发明专利]骨骼CT值与弹性模量关系确定方法

摘要

本专利涉及骨骼医疗领域，具体为骨骼CT值与弹性模量关系确定方法及其试验加载装置。将在不破坏骨骼组织的前提下，确定CT值与骨骼弹性模量的准确关系，建立可用于micro‑CT内的，具有较大测试范围的加载设备(口径10cm)，以保证可置入如股骨头等大关节，确保样品的完整性；通过有限元反演计算方法，获得与CT扫描体素相对应的骨骼组织的弹性模量。本发明提供的骨骼CT值与弹性模量关系确定方法，为一种更为准确的CT值与骨骼弹性模量关系的确定方法，可为骨骼受力的仿真研究提供更加准确的材料赋值，提高仿真计算的准确性，从事使其能够更加准确的应用于临床预测和治疗方案规划。

主权项

1.骨骼CT值与弹性模量关系确定方法，其特征在于：包括以下过程：(1)获得骨骼样品，在进行测定前对样品进行必要的处理；(2)将样品固定于测试台上，置于micro‑CT内，在无加载条件下对样品进行扫描，获得micro‑CT下骨骼的三维影像并以DICOM格式输出；(3)根据所测骨骼样品受力特征，估算载荷大小，启动加载装置使样品产生变形，进行扫描，获得micro‑CT下变形样品的三维影像并以DICOM格式输出；(4)对两次扫描的三维图像数据进行体图像分析，获得样品加载前后的三维实际应变场；(5)对已知密度的均质骨骼组织标准块进行micro‑CT扫描，获得三维影像并以DICOM格式输出；读取DICOM文件，获得其中的rescale_slope即S和rescale_intercept即I参数，通过线性公式：HU＝GreyValue*S+I，计算三维的CT值HU分布状态；同样方法，将骨骼样品加载前后的DICOM数据进行处理，转化为CT值分布图；(6)骨骼密度ρ与CT值具有线性关系：ρ＝K﹒HU+1——方程1；基于骨骼组织标准块的已知密度，确定K值，对于不同的micro‑CT机器，HU的输出有所不同，而标准骨块的密度则可用于标定不同机型的K系数，将测试样品的CT值分布图转化为密度分布图；(7)基于样品加载前的micro‑CT影像，通过图像分割和三维重建，建立样品外轮廓模型，并对该三维模型进行四面体网格划分；(8)将离散化的模型映射回micro‑CT影像，将每个四面体网格内所包含的CT值进行平均，作为该四面体网格所对应的CT值，并通过步骤(6)中所确定的CT值与密度关系，转化为基于模型网格的材料密度分布；(9)建立弹性模量E与密度间的预测关系：E＝A+B·ρC——方程2，其中A、B、C为预测系数，并通过此关系以及网格中的密度数值，计算网格所对应的弹性模量数值，获得基于模型网格的材料弹性模量分布；(10)基于测试台对骨骼样品的加载方式建立骨骼样品模型的边界条件，结合步骤(9)中的弹性模量计算方法对材料进行赋值，应用有限元方法对模型进行计算，获得计算所得应变场；(11)对计算所得应变场和实际应变场进行比对，计算平均应变差绝对值，当平均应变差绝对值小于临界值时，预测系数A、B、C即为所求，带入方程1和方程2获得针对该测试样品骨骼组织的CT值与弹性模量关系；若平均应变差绝对值大于临界值，基于应变能优化方法调整预测系数，带入步骤(9)、(10)、(11)进行迭代计算，直到平均应变差绝对值小于临界值为止。