人体膝髌股关节相对运动分析.pdfVIP

第 43卷 第 7期 上 海 交 通 大 学 学 报 Vo1．43NO．7 2009年 7月 JOURNAL OF SHANGHAIJIAOToNG UNIVERSITY Ju1．2009 文章编号 ：1006—2467(2009)07—1043—04 人体膝髌股关节相对运动分析 王建平 ， 张琳琳 ， 王成焘 (Iv海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240) 摘 要：采用CT测量建立人体膝关节在静态下伸直位、名义屈曲度 30。、60。、90。和 12O。不 同屈 曲 位的三维点云模型 ，通过三维图像 配准和坐标变换进行人体膝髌股关节相对运动分析．采用三维图 像配准技术，将不同屈曲位的膝关节三维图像放入 同一坐标系中，将不同屈 曲位的膝髌股关节股骨 和髌骨的物体坐标系建立在 同一位置和方向上 ，从而避免 了在不 同坐标 系下分别建立物体坐标系 所带来的误差．建立人体膝髌股关节各骨组织的正交坐标系，通过运动坐标系坐标变换得到人体膝 髌股关节相对运动的数据．研 究结果有助于正确认识人体膝髌股关节的运动 、优化全膝关节置换髌 骨假体的设计并改善手术效果． 关键词 ：髌股关节 ；三维运动 ；图像配准；坐标变换 中图分类号 ：R318．01 文献标识码 ：A AnalysisofHumanPatellofemoralRelativeKinematics WANG Jian—ping， ZHANGLin—lin， WANG Cheng—tao (SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China) Abstract：The3D pointcloudsmodelsofaninvivohumankneefrom severalflexion kneeusingcomputed tomographywerereconstructed，and 3D imageregistration and coordinatetransformation techniquewas appliedtoquantifynormal，invivohumanpatello—femoraljointkinematics．Byusingthetechniqueof3D imageregistration，differentmodelsofseveralflexionkneepositionswerealignedtothesamecoordinate system．Asforeachmodeloftheknee，objectcoordinatesoffemurandpatellawerebuiltonthesameloca— tionanddirectionincomparisonwith individualfemur，tibiaandpatella．Consequently，theerrorofcon— structingtheobjectcoordinatesystem invariouscoordinatesystemscanbeavoided．Meanwhile，improved orthogonalcoordinatesystemswerebuiltonfemurandpatella．Afterorthogonalcoordinateswerebuilton each partoftheknee，theEuleranglecoordinatetransformationwasappliedtoacquirethedataofthepa— tello-femoraljointrelativekinematics．Itcanbeusedtooptimizetheprosthesisdesignofpatellaandopera— tionoftotalkneereplacement． Keywords：patello—femuraljoint；three—dimensionalkinematics；imageregistrat