基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法与流程

1.本发明涉及医学参数的确定方法，特别涉及基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法。


背景技术：

2.现有技术中关节腔积液位置很难精准定位，目前大多通过经验判断，这样的方法精确性小，需要研发一种定位精确度高的位置确定方法。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明目的是提供一种基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，该方法检测精度高。
4.技术方案：本发明提供一种基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，包括如下步骤：
5.s1、腔内流动特征模型参数的建立；
6.s2、多束液体状态方程的确定；
7.s3、吸流参数的确定；
8.s4、腔内耦合流向系数的确定；
9.s5、积液治疗关键区域的确定。
10.进一步地，腔内流动特征模型参数的建立：
11.通过ct手段对存在关节腔积液性病变的区域进行扫描处理，获得ct图像数据，并将图像的数据转化为三维模型.prt数据。在有限元分析软件ansys中导入建立完毕的关节腔积液性病变区域的模型，对其进行网格化划分，在前处理模块中设置好它的约束条件，自动获取在自由状态下关节腔内部液体流动的具体参数，包括：单介质流动的流速v
i
、型腔扩充后的体积o
i
、多束流液体的回流系数h
i
。其中，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
12.进一步地，多束液体状态方程的确定：
13.在s1中求解的关节腔内部液体流动具体参数的基础上，对每束液体所对应的状态判别系数m
i
进行求解。
[0014][0015]
其中，v
i
为单介质流动的流速，o
i
为型腔扩充后的体积，n为腔内流束的总数量，i为流束的编号，i＝1
……
n，h
i
为多束流液体的回流系数，c(v
i
)
max
为所有流束中单介质流动流速中的最大值。
[0016]
根据每个流束编号i所对应的状态判别系数m
i
，在matlab软件中对腔内液体的多束共存状态方程进行拟合，待拟合精度超过97％时，获得腔内液体的多束共存状态方程f(i)
[0017]
f(i)＝α1i
β
α2i
β
‑1 α3i
β
‑2…
α
q
i
β
‑
q 1
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]
其中，α1，α2......α
q
为腔内液体多束共存状态拟合方程的多项式拟合前置参数，β为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的次数值，q为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的具体项数，q＝1，2，3
……
，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
[0019]
进一步地，吸流参数的确定：
[0020]
在s1中分析的自由状态下关节腔内部液体模型的基础上，在有限元软件ansys中分析每个编号流中的自由模态所对应的前七阶固有频率z
s
及在外部垂落状态下强迫模态所对应的前七阶固有频率p
s
(其中s为频率所对应的阶数，s＝1，2
……
7)，然后代入下式对每束流液所对应的吸流参数x
i
进行求解。
[0021][0022]
其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数；p
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率；z
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率；s为频率所对应的阶数，s＝1，2
……
7，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量，c(|p
si
‑
z
si
|)
max
为所有|p
si
‑
z
si
|值中的最大值；为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率的平均值，为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率的平均值。
[0023][0024][0025]
进一步地，腔内耦合流向系数的确定：
[0026]
在s3中分析的每束流液所对应的吸流参数x
i
的基础上，在matlab软件中拟合吸流参数的分布方程，待拟合精度超过97％时，获得腔内耦合流向方程b(i)
[0027]
b(i)＝γ1i
ε
γ2i
ε
‑1 γ3i
ε
‑2
…
γ
d
i
ε
‑
d 1
ꢀꢀꢀ
(6)
[0028]
其中，γ1，γ2......γ
d
为腔中液体多束吸流参数分布方程的多项式拟合前置参数，ε为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项次数值，d为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项的具体项数，d＝1，2，3
……
，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
[0029]
然后根据式(7)对腔内耦合流向系数e
i
进行求解。
[0030]
[0031]
其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数，e
i
为腔内耦合流向系数，c(x
i
)
max
为所有流束中流液编号所对应的吸流参数x
i
的最大值，b(i)为腔内耦合流向方程。
[0032]
进一步地，积液治疗关键区域的确定：
[0033]
在s4中分析获得的腔内耦合流向系数e
i
的基础上，将e
i
数据在matlab软件中导入weibull分布的概率密度函数中，取前95％的截断位置数据作为积液治疗需要关注的重点区域，从而指导医护人员从最佳位置展开相关治疗。
[0034]
有益效果：本发明专利综合考虑腔内多束流液耦合流动的因素，通过ct扫描得到腔内流动特征模型参数，然后分析多束液体状态方程，确定吸流参数以及腔内耦合流向系数，通过拟合分析最终得到积液的关键区域。
附图说明
[0035]
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
[0036]
如图1所示，本实施例基于一种基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，该方法包括以下步骤：
[0037]
s1.腔内流动特征模型参数的建立：
[0038]
通过ct手段对存在关节腔积液性病变的区域进行扫描处理，获得ct图像数据，并将图像的数据转化为三维模型.prt数据。在有限元分析软件ansys中导入建立完毕的关节腔积液性病变区域的模型，对其进行网格化划分，在前处理模块中设置好它的约束条件，求解在自由状态下关节腔内部液体流动的具体参数，包括：单介质流动的流速v
i
、型腔扩充后的体积o
i
、多束流液体的回流系数h
i
。其中，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
[0039]
s2.多束液体状态方程的确定：
[0040]
在s1中求解的关节腔内部液体流动具体参数的基础上，对每束液体所对应的状态判别系数m
i
进行求解。
[0041][0042]
其中，v
i
为单介质流动的流速，o
i
为型腔扩充后的体积，n为腔内流束的总数量，i为流束的编号，i＝1
……
n，h
i
为多束流液体的回流系数，c(v
i
)
max
为所有流束中单介质流动流速中的最大值。
[0043]
根据每个流束编号i所对应的状态判别系数m
i
，在matlab软件中对腔内液体的多束共存状态方程进行拟合，待拟合精度超过97％时，获得腔内液体的多束共存状态方程f(i)
[0044]
f(i)＝α1i
β
α2i
β
‑1 α3i
β
‑2…
α
q
i
β
‑
q 1
ꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
其中，α1，α2......α
q
为腔内液体多束共存状态拟合方程的多项式拟合前置参数，β
为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的次数值，q为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的具体项数，q＝1，2，3
……
，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
[0046]
s3.吸流参数的确定：
[0047]
在s1中分析的自由状态下关节腔内部液体模型的基础上，在有限元软件ansys中分析每个编号流中的自由模态所对应的前七阶固有频率z
s
及在外部垂落状态下强迫模态所对应的前七阶固有频率p
s
(其中s为频率所对应的阶数，s＝1，2
……
7)，然后代入下式对每束流液所对应的吸流参数x
i
进行求解。
[0048][0049]
其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数；p
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率；z
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率；s为频率所对应的阶数，s＝1，2
……
7，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量，c(|p
si
‑
z
si
|)
max
为所有|p
si
‑
z
si
|值中的最大值；为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率的平均值，为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率的平均值。
[0050][0051][0052]
s4.腔内耦合流向系数的确定
[0053]
在s3中分析的每束流液所对应的吸流参数x
i
的基础上，在matlab软件中拟合吸流参数的分布方程，待拟合精度超过97％时，获得腔内耦合流向方程b(i)
[0054]
b(i)＝γ1i
ε
γ2i
ε
‑1 γ3i
ε
‑2
…
γ
d
i
ε
‑
d 1
ꢀꢀ
(6)
[0055]
其中，γ1，γ2......γ
d
为腔中液体多束吸流参数分布方程的多项式拟合前置参数，ε为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项次数值，d为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项的具体项数，d＝1，2，3
……
，i为流束的编号，i＝1
……
n，n为腔内流束的总数量。
[0056]
然后根据式(7)对腔内耦合流向系数e
i
进行求解。
[0057][0058]
其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数，e
i
为腔内耦合流向系数，c(x
i
)
max
为所有流束中流液编号所对应的吸流参数x
i
的最大值，b(i)为腔内耦合流向方程。
[0059]
s5.积液治疗关键区域的确定：
[0060]
在s4中分析获得的腔内耦合流向系数e
i
的基础上，将e
i
数据在matlab软件中导入weibull分布的概率密度函数中，取前95％的截断位置数据作为积液治疗需要关注的重点
区域，从而指导医护人员从最佳位置展开相关治疗。

技术特征：
1.一种基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、腔内流动特征模型参数的建立；s2、多束液体状态方程的确定；s3、吸流参数的确定；s4、腔内耦合流向系数的确定；s5、积液治疗关键区域的确定。2.根据权利要求1所述的基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：步骤s1建立过程如下：通过ct手段对存在关节腔积液性病变的区域进行扫描处理，获得ct图像数据，并将图像的数据转化为三维模型.prt数据，在有限元分析软件ansys中导入建立完毕的关节腔积液性病变区域的模型，对其进行网格化划分，在前处理模块中设置好它的约束条件，自动获取在自由状态下关节腔内部液体流动的具体参数，包括：单介质流动的流速v
i
、型腔扩充后的体积o
i
、多束流液体的回流系数h
i
，其中，i为流束的编号，i＝1......n，n为腔内流束的总数量。3.根据权利要求2所述的基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：步骤s2建立过程如下：在s1中求解的关节腔内部液体流动具体参数的基础上，对每束液体所对应的状态判别系数m
i
进行求解，其中，v
i
为单介质流动的流速，o
i
为型腔扩充后的体积，n为腔内流束的总数量，i为流束的编号，i＝1......n，h
i
为多束流液体的回流系数，c(v
i
)
max
为所有流束中单介质流动流速中的最大值，根据每个流束编号i所对应的状态判别系数m
i
，在matlab软件中对腔内液体的多束共存状态方程进行拟合，待拟合精度超过97％时，获得腔内液体的多束共存状态方程f(i)，f(i)＝α1i
β
α2i
β
‑1 α3i
β
‑2…
α
q
i
β
‑
q 1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，α1，α2......α
q
为腔内液体多束共存状态拟合方程的多项式拟合前置参数，β为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的次数值，q为腔内液体多束共存状态拟合方程拟合项的具体项数，q＝1，2，3......，i为流束的编号，i＝1......n，n为腔内流束的总数量。4.根据权利要求3所述的基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：步骤s3确定过程如下：在s1中分析的自由状态下关节腔内部液体模型的基础上，在有限元软件ansys中分析每个编号流中的自由模态所对应的前七阶固有频率z
s
及在外部垂落状态下强迫模态所对应的前七阶固有频率p
s
，其中s为频率所对应的阶数，s＝1，2......7，然后代入下式对每束流液所对应的吸流参数x
i
进行求解，
其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数；p
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率；z
si
为外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率；s为频率所对应的阶数，s＝1，2......7，i为流束的编号，i＝1......n，n为腔内流束的总数量，c(p
si
‑
z
si
|)
max
为所有|p
si
‑
z
si
|值中的最大值；为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的强迫模态固有频率的平均值，为所有外部垂落状态下第i束流液所对应的第s阶的自由模态固有频率的平均值，液所对应的第s阶的自由模态固有频率的平均值，5.根据权利要求4所述的基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：步骤s4确定过程如下：在s3中分析的每束流液所对应的吸流参数x
i
的基础上，在matlab软件中拟合吸流参数的分布方程，待拟合精度超过97％时，获得腔内耦合流向方程b(i)，b(i)＝γ1i
ε
γ2i
ε
‑1 γ3i
ε
‑2
…
γ
d
i
ε
‑
d 1 (6)，其中，γ1，γ2......γ
d
为腔中液体多束吸流参数分布方程的多项式拟合前置参数，ε为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项次数值，d为腔中液体多束吸流参数分布方程的拟合项的具体项数，d＝1，2，3......，i为流束的编号，i＝1......n，n为腔内流束的总数量，然后根据式(7)对腔内耦合流向系数e
i
进行求解，其中，x
i
为每束流液编号所对应的吸流参数，e
i
为腔内耦合流向系数，c(x
i
)
max
为所有流束中流液编号所对应的吸流参数x
i
的最大值，b(i)为腔内耦合流向方程。6.根据权利要求5所述的基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，其特征在于：步骤s5确定过程如下：在s4中分析获得的腔内耦合流向系数e
i
的基础上，将e
i
数据在matlab软件中导入weibull分布的概率密度函数中，取前95％的截断位置数据作为积液治疗的重点区域。
技术总结
本发明公开了基于腔内多束耦合流动计算的关节腔积液定位方法，该方法包括如下步骤：S1.腔内流动特征模型参数的确定；S2.多束液体状态方程的确定；S3.吸流参数的确定；S4.腔内耦合流向系数的确定；S5.积液治疗关键区域的确定；该方法定位、检测精度高，具有很好的应用价值。价值。价值。


技术研发人员：朱林 高璐璐 王玲德 顾慧娟 乔嘉美
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2021.03.24
技术公布日：2021/6/29