基于靜態(tài)磁共振圖像構建髕股關節(jié)準動態(tài)三維運動模型及其初步應用.pdf

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

2、0°、90°、120°五個屈膝角度進行核磁共振掃描，掃描設備為西門子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，掃描層數在90-110層之間，并將掃描結果以 Dicom格式保存后導入 Mimics軟件中，利用3Dlivewire功能，手工提取髕骨、股骨輪廓，重建出五個屈膝角度的靜態(tài)髕股關節(jié)三維模型，再將上述五個靜態(tài)模型導入逆向工程軟件 RapidForm中進行同一坐標系的配準，利用三次

3、樣條插值算法，將離散靜態(tài)髕股關節(jié)模型配準為動態(tài)三維運動模型；據此動態(tài)三維模型在三維坐標系中計算出髕骨運動軌跡，在逆向工程軟件中根據已知髕骨運動軌跡，計算出髕股關節(jié)旋轉軸，將計算出的髕骨運動軌跡和旋轉軸與既往體內外試驗結果相對比，驗證該模型的準確性。
　　結果：本方法成功構建了髕股關節(jié)準動態(tài)三維運動模型，該模型包含了從屈膝0°到120°的完整運動過程，利用該模型可以計算出屈伸膝運動過程中的髕骨運動軌跡和髕股關節(jié)旋轉軸。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，同時輕度的外傾和外旋，而髕股關節(jié)旋轉軸波動在股骨通髁線附近。經驗證，通過這一方法計算出的髕骨運動軌跡和旋轉軸與既往體內外試驗研究結果是相符的。
　　結論：基于靜態(tài)核磁共振圖像可以構建髕股關節(jié)準動態(tài)三維運動模型，并以此模型計算髕骨運動軌跡和髕股關節(jié)旋轉軸，該構建方法具有模型準確、無輻射、解剖解構全面等特點，利用該模型可以求解髕骨運動軌跡及髕股關節(jié)旋轉軸，在一定程度上揭示了髕股關節(jié)運動規(guī)律