(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111555554.4 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 山东师范大学 地址 250014 山东省济南市历下区文化 东 路88号 (72)发明人 赵曰峰　姜树浩　杨诚　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 代理人 祖之强 (51)Int.Cl. G06T 17/20(2006.01) G06T 19/20(2011.01) G06F 30/23(2020.01) G16H 50/50(2018.01) G16H 20/40(2018.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 腰椎峡部裂螺钉椎板钩内固定系统的仿真 方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种腰椎峡部裂螺钉椎板钩 内固定系统的仿真方法及系统， 获取腰椎至骶椎 的图像数据； 对获取的图像数据进行分割重建， 得到伴有腰椎 峡部裂的椎体三维模 型； 对椎体三 维模型进行预处理； 对预处理后的椎体三维模型 进行逆向实体化处理， 得到椎体曲面模型； 根据 得到的椎体曲面模型， 进行腰椎 峡部裂螺钉椎板 钩内固定系统部件的添加与装配， 得到装配后的 曲面模型； 对每个部件进行网格划分， 得到每个 部件的三维体网格； 对 椎体模型三维体网格采用 经验公式进行材料属性赋值； 对 材料属性赋值后 的三维体网格进行有限元分析， 得到仿真结果； 本发明基于有 限元分析实现了对腰椎峡部裂螺 钉椎板钩内 固定系统的更精准仿真模拟。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114429533 A 2022.05.03 CN 114429533 A 1.一种腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 包括以下 过程： 获取腰椎至 骶椎的图像数据； 对获取的图像数据进行分割重建， 得到伴有腰椎峡部裂的椎体三维模型； 对椎体三维模型进行 预处理； 对预处理后的椎体三维模型进行逆向实体化处 理， 得到椎体曲面模型； 根据得到的椎体曲面模型， 进行腰椎峡部裂螺钉椎板钩内固定系统部件的添加与装 配， 得到装配后的曲面模型； 对每个部件进行网格划分， 得到每 个部件的三维体网格； 对椎体模型三维体网格采用经验公式进行 材料属性赋值； 对材料属性赋值后的三维体网格进行有限元分析， 得到 仿真结果。 2.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 对获取的图像数据进行分割重建， 包括： 将图像数据根据椎体灰度阈值分割出蒙版， 对蒙版进行扩展或删减， 再对腰椎进行峡 部缺损破坏进行处 理， 重建伴有腰椎峡部裂的椎体三维模型。 3.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 对获取的图像数据进行分割重建， 包括： 采用深度学习卷积神经网络进行图像分割， 将分割完毕的椎体图像进行三维重建， 再 对腰椎进行峡部缺损破坏处 理， 生成伴有腰椎峡部裂的椎体三维模型。 4.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 对椎体三维模型进行 预处理， 至少包括： 对椎体模型进行表面 光滑处理。 5.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 进行腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统部件的添加与装配， 包括： 根据椎体表面轮廓信息 重建椎间盘与关节软骨； 根据峡部裂腰椎的断裂峡部轮廓信息填充相应植骨； 对椎弓根螺钉与螺帽进行建模制作； 根据手术置钉位置将椎弓根螺钉置入峡部裂腰椎， 根据螺钉位置与峡部裂腰椎椎板下 缘位置制作椎板钩。 6.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 对每个部件进行网格划分， 包括： 对每个部件进行二维面网格划分， 单元类型选择三角形单元； 根据网格质量检查规则 使用网格操作指令进行网格优化； 生成三维体网格， 单 元类型为四面体单 元。 7.如权利要求1所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法， 其特 征在于： 根据CT或MRI图像的灰度与表观密度的关系， 对已经划分好网格的椎体模型采用经验 公式进行 材料属性赋值； 或者， 有限元分析， 包括： 根据解剖结构在网格功能模块建立各个韧带， 并确定模型中所有部件的网格单元类 型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114429533 A 2对除椎体外的其 他部件赋予不同的材 料属性； 将所有部件 装配成一个整体模型； 设置有限元分析步， 并在分析步中创建场输出与历程输出； 对模型中部件添加接触相互作用与约束条件； 对模型添加载荷与边界条件， 用来模拟人体自重与屈曲、 伸展、 左右侧向弯曲、 左右轴 向旋转六种运动状态； 对应六种运动状态分别提交作业进行求 解， 得到仿真结果。 8.一种腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真系统， 其特 征在于： 包括： 数据获取模块， 被 配置为： 获取腰椎至 骶椎的图像数据； 三维模型构建模块， 被配置为： 对获取的图像数据进行分割重建， 得到伴有腰椎峡部裂 的椎体三维模型； 预处理模块， 被 配置为： 对椎体三维模型进行 预处理； 曲面模型构建模块， 被配置为： 对预处理后的椎体三维模型进行逆向实体化处理， 得到 椎体曲面模型； 部件添加与装配模块， 被配置为： 根据得到的椎体曲面模型， 进行腰椎峡部裂螺钉椎板 钩内固定系统部件的添加与装配， 得到装配后的曲面模型； 网格划分模块， 被 配置为： 对每 个部件进行网格划分， 得到每 个部件的三维体网格； 椎体材料属性赋值模块， 被配置为： 对椎体模型三维体网格采用经验公式进行材料属 性赋值； 有限元分析模块， 被配置为： 对材料属性赋值后的三维体网格进行有限元分析， 得到仿 真结果。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有程序， 其特征在于， 该程序被处理器执行时实 现如权利要求1 ‑7任一项所述的腰椎峡部裂螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法中的步骤。 10.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程 序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑7任一项所述的腰椎峡部裂 螺钉椎板钩内 固定系统的仿真方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114429533 A 3