CN103400414B - 一种三维骨组织模型构建方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三维骨组织模型构建方法，通过识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点和边界像素点所围成的区域的第一图像，识别第一图像，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓区域的第二图像，以对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

Description

一种三维骨组织模型构建方法及设备

技术领域

本发明涉及医学电子技术领域，具体设计一种三维骨组织模型构建方法及设备。

背景技术

松质骨包括骨小梁和骨髓，骨髓是松质骨的重要组成部分，骨小梁所形成的孔隙的填充物为骨髓。现有三维骨组织有限元模型可以显示松质骨的真实形态的分布情况，提供松质骨的空间分布信息。但是现有三维骨组织有限元模型只能显示出松质骨的外形和大致显示骨小梁的孔隙结构，在微观显示下，建模获得的孔隙结构中的每一个孔隙的尺寸和形状都是相同的或者是规则分布，与真实的孔隙结构存在很大误差，故不能表现出真实的孔隙结构，也不能获得真实的骨髓的形态。

目前，医疗保健需求和骨骼功能康复的需求对骨生物学研究的重要性起很大促进作用，然而松质骨的生物力学研究仅限于对仿真出的实体系统进行破坏性力学实验，即对仿真出的实体系统施加压力致使其破碎，以获得施力过程中松质骨的力学参数。然而，受力过程中骨髓的形态、特性和力学属性对于松质骨的生物力学特性的影响非常重要，以及骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布对于骨组织的承重强度分析也是松质骨的力学生物研究的重要因素，骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布主要通过对骨髓的材质、特性及形态以及对骨小梁的材质特性、形态进行分析实现，即通过骨髓特性参数和骨小梁的特性参数，骨髓的边界条件和骨小梁的边界条件就可以获得骨髓与骨小梁间的流固耦合应力参数。然而破坏性力学实验不仅不能模拟真实骨小梁形成的孔隙结构，也不能模拟获得骨小梁和骨髓在受力过程中由于相互作用而产生的应力变化情况，例如骨髓的流动，骨髓材质受到压力时的缓冲等对松质骨受力时的影响，进而破坏性力学实验不能分析获得骨髓的特性对松质骨在受力时的影响。且受边界条件限制，无法对仿真的实体系统模拟出边界条件，以及模拟出骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布情况，致使仿真实验效果差，不能获得与真实结果相近的效果。以及，仿真实体系统受力变形后不能恢复，所以不能对同一实体系统进行重复试验，以及由于松质骨的微观结构比较复杂，很难对同一松质骨仿制出相同的实体系统，且也不能保证每次实验所实施的条件相同，因而破坏性力学实验的重复再现性和验证性较差，而且增加了实验成本。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种三维骨组织模型构建方法，包括：

获取目标骨组织的三维图像；

识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点的第一图像，所述第一图像还包括所述边界像素点所围成的区域；

识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点；

删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像；

对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置；

以及，对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，包括：

对所述第一图像进行布尔运算取反计算，删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该方法还包括：

设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数；

获得第二三维骨组织模型。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数为以下中的一种或者组合：

通过第一材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的材质为线弹性固体材质；

通过第二材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的材质为流固混合材质；

通过骨骼参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的骨骼参数；

通过骨髓参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的骨髓参数；

通过第一边界条件设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓与所述骨小梁的边界条件。

结合第一方面的第二种可能的实现方式或者第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该方法还包括：

接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，所述请求包括受力条件；

通过受力条件设置进程设置所述第二三维骨组织模型中所述目标骨组织的受力条件；

获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数；

所述受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随所述受力时间变化的受力强度。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该方法还包括：

通过第一标识标记所述三维骨组织模型中与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述受力区域包括所述第二三维骨组织模型的一任意表面，所述受力方向为垂直于所述受力区域的方向。

结合第一方面的四种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述受力区域为所述第二三维骨组织模型的一任意表面，所述受力方向为垂直于所述受力区域的方向，所述获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之前，所述方法还包括：

通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与所述受力区域相对称的一面为固定面；

所述获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之后，所述方法还包括：

检测所述第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

若检测到所述第二三维骨组织模型的目标骨组织产生不可恢复形变，则获取所述目标骨组织不可恢复形变处的坐标和形变时间。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求之前，所述方法还包括：

获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及，

获取所述目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随所述受力时间变化的受力强度；其中，所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为所述目标骨组织的受力区域。

第二方面，本发明提供了一种三维骨组织模型构建设备，包括：

获取单元，用于获取目标骨组织的三维图像；

所述获取单元，还用于识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点的第一图像，所述第一图像还包括所述边界像素点所围成的区域；

所述获取单元，还用于识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点；

所述获取单元，还用于删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像；

处理单元，用于对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置；

以及所述处理单元，还用于对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置；

所述获取单元，还用于根据所述处理单元标记的所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置和所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述获取单元，还用于对所述第一图像进行布尔运算取反计算，删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，该设备还包括：

设置单元，用于设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数；

获取单元，用于获得第二三维骨组织模型。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述设置单元，还用于实现以下中的一种或者组合：

还用于通过第一材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的材质为线弹性固体材质；

还用于通过第二材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的材质为流固混合材质；

还用于通过骨骼参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的骨骼参数；

还用于通过骨髓参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的骨髓参数；

还用于通过第一边界条件设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓与所述骨小梁的边界条件。

结合第二方面的第二种可能的实现方式或者第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，该设备还包括：

接收单元，用于接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，所述请求包括受力条件；

所述设置单元，还用于通过受力条件设置进程设置所述第二三维骨组织模型中所述目标骨组织的受力条件；

所述获取单元，还用于获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数；

所述受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随所述受力时间变化的受力强度。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，该设备还包括标记单元，用于通过第一标识标记所述三维骨组织模型中与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述受力区域包括所述第二三维骨组织模型的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的至少一面，所述受力方向为垂直于所述受力区域的方向。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述受力区域为所述第二三维骨组织模型的一任意表面，所述受力方向为垂直于所述受力区域的方向，所述设置单元，还用于通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与所述受力区域相对称的一面为固定面；

所述设备还包括：检测单元，用于检测所述第二三维骨组织模型的目标骨组织是否产生不可恢复形变；

所述获取单元，还用于根据所述检测单元检测到所述第二三维骨组织模型的目标骨组织产生不可恢复形变的结果，获取所述目标骨组织不可恢复形变处的坐标和形变时间。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述获取单元，还用于获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

所述获取单元，还用于获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及用于获取所述目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随所述受力时间变化的受力强度；其中，所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为所述目标骨组织的受力区域。

本实施例通过获取目标骨组织的三维图像，识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点和所述边界像素点所围成的区域的第一图像，识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点，进而删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，以对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本发明实施例提供的一种三维骨组织模型构建方法流程图；

图1b为本发明实施例提供的一种三维骨组织滤波后获得的骨小梁的示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种三维骨组织模型构建方法流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种三维骨组织模型构建方法流程图；

图4为本发明实施例提供的一种静态力学实验的力学参数显示图；

图5为本发明实施例提供的一种骨压缩力学实验的力学参数显示图；

图6为本发明实施例提供的一种三维骨组织模型构建设备结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1a，图1a是本发明实施例提供的一种三维骨组织模型构建方法流程图。如图1a所示，本实施例提供的三维骨组织模型构建方法，包括：

110、获取目标骨组织的三维图像。

120、识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像。其中，第一图像还包括边界像素点所围成的区域。

在本实施实例中，获取目标骨组织的三维图像，以及识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像具体通过以下方式实现：

获取包含目标骨组织的医学图像序列，经过排序插值形成三维数据集，通过设定合适的阈值，以筛选掉属于目标骨组织的松质骨外围的像素点。

130、识别第一图像，获得目标骨组织的骨小梁的像素点。

本实施例中，可以对目标骨组织进行滤波图像处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除，进而得到目标骨组织的骨小梁的模型。请参见图1b，1b为本发明实施例提供的一种三维骨组织滤波后获得的骨小梁的示意图，如图1b所示，本实施例提供的骨小梁的具体模型是通过滤波处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除后的骨小梁的结构。

其中，骨组织由骨小梁与骨髓两部分组成，骨小梁构成松质骨，骨髓当中含有血管等微小组织，具体可将骨髓分为黄骨髓和红骨髓两部分，其中黄骨髓的流体力学参数和红骨髓的流体力学参数相似。

140、删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。

作为一种可选的实施方式，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，包括：

对第一图像进行布尔运算取反计算，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。本实施例中，对骨小梁取布尔运算反操作即可以得到该感兴趣区域中骨髓的分布。

150、对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置；以及对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置。

160、获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。即可以根据标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置和标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。本实施例中，将骨小梁与骨髓合并到一个模型中，便得到了真实情况下骨骼中骨小梁与骨髓的形态分布情况。

本实施例通过获取目标骨组织的三维图像，识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点和所述边界像素点所围成的区域的第一图像，识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点，进而删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，以对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

本实施例的关键点在于三维有限元模型的建立不单包括了骨小梁的形态，还包括了骨髓的形态，进而真实再现了目标骨组织在体内力学变化中起重要作用的结构，对于目标骨组织在体内力学变化的仿真提供了优质的辅助平台和实验平台。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

A、设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数。其中，设置第一三维骨组织模型的骨小梁的参数具体为以下过程：

调用多孔耦合模块设置进程，将目标骨组织的骨小梁部分设置为线弹性固体。

获取目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数，以设置目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数。

本实施例中，设置第一三维骨组织模型的骨髓的参数具体为将骨髓的成分设置为流体。因为骨髓是由红骨髓与黄骨髓组成,红黄骨髓比例成分随着年纪不同有一些变化,但力学属性基本可以认为稳定,模型中我们将红骨髓及黄骨髓简化为同一种材料，所以不需考虑红黄骨髓比例问题。

为了模拟骨髓在人体中的真实形态，因此将将骨髓的成分设置为流体，而不同的流体在力学表现上的区别是孔隙率、渗透率、动力粘度等参数。通过使用体积积分计算可以获得孔隙大小，然后除以第一三维骨组织模型的总体积得到孔隙率。目标骨组织中，骨髓的孔隙率与渗透率之间满足线性变化关系，通过孔隙率与渗透率公式可计算出渗透率。

本实施例中，设置了骨小梁或者骨髓在材料方面及属性方面的参数之后，还可以设置骨小梁与骨髓的边界条件，因为如果虚拟模型中没有边界条件,骨小梁与骨髓之间就不会产生力的相互作用，骨髓对于骨小梁的力学作用以及对于骨骼的整体力学价值也就无法体现,由于将骨髓设置为液体,因此边界条件只需解决液体与固体之间的相互作用力问题,即流固耦合的问题，在求解器中使用N-S方程（纳维-斯托克斯方程）与非线性结构动力学迭代求解。也就是在流场，结构上分别求解，在各个时间步之间耦合迭代，收敛后再向前推进。这样,骨小梁与骨髓之间的相互力学作用就反映在第一三维骨组织模型之中，进而可以获得第二三维骨组织模型。

B、获得第二三维骨组织模型。本实施例建立的三维骨组织模型不仅可以提供真实的三维骨组织结构，即显示真实的三维孔隙结构，也能获得真实的三维骨髓的形态，还可以模仿体现三维骨组织的成分属性，进而模仿出骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布情况和力学属性，对于后续对骨组织的承重强度分析提供了很好的实验平台。其中，作为一种可选的实施方式，设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数为以下中的一种或者组合：

通过第一材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的材质为线弹性固体材质；

通过第二材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的材质为流固混合材质；

通过骨骼参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的骨骼参数；

通过骨髓参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的骨髓参数；

通过第一边界条件设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓与骨小梁的边界条件。

本实施例提供的三维骨组织模型，可以将骨髓作为模型的一部分，并将骨髓与骨小梁做流固耦合处理，具体设置骨髓或者骨小梁的参数，还可以设置骨髓与骨小梁的边界条件，继而获得骨髓与骨小梁间的流固耦合应力参数分布情况，以保证本实施实例提供的三维骨组织模型可以真实再现人体内的目标骨组织的力学环境，对于骨组织力学生物实验提供了虚拟实验平台和优质的仿真平台。且提供的虚拟实验平台具有可重复性和再现性，降低了仿真实体装置进行骨组织力学实验的实验成本。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

a、接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，请求包括受力条件。

b、通过受力条件设置进程设置第二三维骨组织模型中目标骨组织的受力条件。

c、获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

其中，受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随受力时间变化的受力强度。

作为一种该可选的实施方式，随时间显示第二三维骨组织模型在受力条件下的受力情况。

本实施例依据第二三维骨组织模型，对第二三维骨组织模型中的目标骨组织施力，以获得目标骨组织在受力条件下的力学参数，同时可以直观显示骨小梁受力的情况，通过力学参数可以获得骨组织应力变化导致体内力学环境变化的参数，对于骨组织力学研究提供了虚拟辅助平台，降低了实验成本。

作为一种可选的实施方式，受力区域包括第二三维骨组织模型的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的至少一面，受力方向为垂直于受力区域的方向。

获得受力条件对应的力学参数按照受力条件分具体有静力学实验和骨压缩力学实验，也可由其他的对应不同的受力条件而进行的实验方式，具体不受本实施例的限制。本实施例中，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种静态力学实验的力学参数显示图。静力学实验时，选定模型任意面，对其进行压力测试，静态压力下观察模型中的各个部分的力学参数变化，如等效应力、反应力矩、位移场等，并且可以通过切面或者三维可视化数据场的方式直观展示出来，如图4所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在静态力条件下的力学参数大小。可以进行参数化扫描，扫描不同静态压力下目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。之后还可将获得的力学参数进行存储，以便于比较。

在其他实施例中，也可以选择骨压缩力学实验，请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种骨压缩力学实验的力学参数显示图。骨压缩力学实验时，可以将压力设置为以时间为自变量的函数，查看第二三维骨组织模型受力区域随时间受力强度随机震荡或者随时间持续加压条件下的各个时间点的力学参数。如图5所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在动态力条件下的力学参数大小，其中动态力为将压力设置为以时间为自变量的函数，施加该随着时间变化的力或者持续的力至第二三维骨组织模型，以获得对应的骨压缩力学实验的力学参数。

骨压缩力学实验中，作为一种可选的实施方式，受力区域为第二三维骨组织模型的一任意表面，受力方向为垂直于受力区域的方向，在获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之前，该方法还包括：

通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对称的一面为固定面；

获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之后，方法还包括：

检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

若检测到第二三维骨组织模型的目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变，则获取目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变处的坐标和产生不可恢复的形变时间。

上述实验为骨压缩力学实验中的极限实验，即为破坏性力学实验，使用暂态计算器，在线弹性固体模块下，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上，使模型该面以一定速度向该面的负方向挤压，同时设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对一面为固定面，以获得各个时间点的与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。例如破坏性力学实验前期，可将力学参数按照时间排列，可以查看压缩0.1秒后，第二三维骨组织模型的形态，时间段内任意点，线，面的力学参数的变化情况。以及同时检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否破裂，具体可以通过特定的计算模型根据破坏性力学实验前期获得的力学参数计算获得目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间，或者可以直接显示至第二三维骨组织模型中的目标骨组织破裂，以识别第二三维骨组织模型中的目标骨组织是否破裂，然后记录目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

以力学参数为变量绘制力学变化曲线。

其中，横坐标设置为力学参数，纵坐标为应力，可以绘制出现实中骨组织破坏性实验的骨应力应变曲线。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过设置体箭头标记骨组织破坏性实验的骨应力应变，通过箭头的方向与长度表征应力等参数在模型具体位置的大小与变化情况，使结果可视化。

作为一种可选的实施方式，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上具体为：

加速度恒定条件或者规律变化条件下，通过面速度对任意面施加力。

作为一种可选的实施方式，接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求之前，方法还包括：

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及，

获取目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随受力时间变化的受力强度；其中，目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为目标骨组织的受力区域。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过第一标识标记三维骨组织模型中与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的另一种三维骨组织模型构建方法流程图。如图2所示，本实施例提供的三维骨组织模型构建方法，包括：

210、获取目标骨组织的三维图像。

220、识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像。其中，第一图像还包括边界像素点所围成的区域。

在本实施实例中，获取目标骨组织的三维图像，以及识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像具体通过以下方式实现：

获取包含目标骨组织的医学图像序列，经过排序插值形成三维数据集，通过设定合适的阈值，以筛选掉属于目标骨组织的松质骨外围的像素点。

230、识别第一图像，获得目标骨组织的骨小梁的像素点。

本实施例中，可以对目标骨组织进行滤波图像处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除，进而得到目标骨组织的骨小梁的模型。请参见图1b，1b为本发明实施例提供的一种三维骨组织滤波后获得的骨小梁的示意图，如图1b所示，本实施例提供的骨小梁的具体模型是通过滤波处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除后的骨小梁的结构。

其中，骨组织由骨小梁与骨髓两部分组成，骨小梁构成松质骨，骨髓当中含有血管等微小组织，具体可将骨髓分为黄骨髓和红骨髓两部分，其中黄骨髓的流体力学参数和红骨髓的流体力学参数相似。

240、对第一图像进行布尔运算取反计算，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。本实施例中，对骨小梁取布尔运算反操作即可以得到该感兴趣区域中骨髓的分布。

250、对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置；以及，对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置。

260、获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。即可以根据标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置和标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。本实施例中，将骨小梁与骨髓合并到一个模型中，便得到了真实情况下骨骼中骨小梁与骨髓的形态分布情况。

本实施例通过获取目标骨组织的三维图像，识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点和所述边界像素点所围成的区域的第一图像，识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点，进而删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，以对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

本实施例的关键点在于三维有限元模型的建立不单包括了骨小梁的形态，还包括了骨髓的形态，进而真实再现了目标骨组织在体内力学变化中起重要作用的结构，对于目标骨组织在体内力学变化的仿真提供了优质的辅助平台和实验平台。

270、设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数。

其中，设置第一三维骨组织模型的骨小梁的参数具体为以下过程：

调用多孔耦合模块设置进程，将目标骨组织的骨小梁部分设置为线弹性固体。

获取目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数，以设置目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数。

本实施例中，设置第一三维骨组织模型的骨髓的参数具体为将骨髓的成分设置为流体。因为骨髓是由红骨髓与黄骨髓组成,红黄骨髓比例成分随着年纪不同有一些变化,但力学属性基本可以认为稳定,模型中我们将红骨髓及黄骨髓简化为同一种材料，所以不需考虑红黄骨髓比例问题。

为了模拟骨髓在人体中的真实形态，因此将将骨髓的成分设置为流体，而不同的流体在力学表现上的区别是孔隙率、渗透率、动力粘度等参数。通过使用体积积分计算可以获得孔隙大小，然后除以第一三维骨组织模型的总体积得到孔隙率。目标骨组织中，骨髓的孔隙率与渗透率之间满足线性变化关系，通过孔隙率与渗透率公式可计算出渗透率。

本实施例中，设置了骨小梁或者骨髓在材料方面及属性方面的参数之后，还可以设置骨小梁与骨髓的边界条件，因为如果虚拟模型中没有边界条件,骨小梁与骨髓之间就不会产生力的相互作用，骨髓对于骨小梁的力学作用以及对于骨骼的整体力学价值也就无法体现,由于将骨髓设置为液体,因此边界条件只需解决液体与固体之间的相互作用力问题,即流固耦合的问题，在求解器中使用N-S方程（纳维-斯托克斯方程）与非线性结构动力学迭代求解。也就是在流场，结构上分别求解，在各个时间步之间耦合迭代，收敛后再向前推进。这样,骨小梁与骨髓之间的相互力学作用就反映在第一三维骨组织模型之中，进而可以获得第二三维骨组织模型。

作为一种可选的实施方式，设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数为以下中的一种或者组合：

通过第一材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的材质为线弹性固体材质；

通过第二材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的材质为流固混合材质；

通过骨骼参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的骨骼参数；

通过骨髓参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的骨髓参数；

通过第一边界条件设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓与骨小梁的边界条件。

280、获得第二三维骨组织模型。本实施例建立的三维骨组织模型不仅可以提供真实的三维骨组织结构，即显示真实的三维孔隙结构，也能获得真实的三维骨髓的形态，还可以模仿体现三维骨组织的成分属性，进而模仿出骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布情况和力学属性，对于后续对骨组织的承重强度分析提供了很好的实验平台。

本实施例提供的三维骨组织模型，可以将骨髓作为模型的一部分，并将骨髓与骨小梁做流固耦合处理，具体设置骨髓或者骨小梁的参数，还可以设置骨髓与骨小梁的边界条件，继而获得骨髓与骨小梁间的流固耦合应力参数分布情况，以保证本实施实例提供的三维骨组织模型可以真实再现人体内的目标骨组织的力学环境，对于骨组织力学生物实验提供了虚拟实验平台和优质的仿真平台。且提供的虚拟实验平台具有可重复性和再现性，降低了仿真实体装置进行骨组织力学实验的实验成本。作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

a、接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，请求包括受力条件。

b、通过受力条件设置进程设置第二三维骨组织模型中目标骨组织的受力条件。

c、获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

其中，受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随受力时间变化的受力强度。

作为一种该可选的实施方式，随时间显示第二三维骨组织模型在受力条件下的受力情况。

本实施例依据第二三维骨组织模型，对第二三维骨组织模型中的目标骨组织施力，以获得目标骨组织在受力条件下的力学参数，同时可以直观显示骨小梁受力的情况，通过力学参数可以获得骨组织应力变化导致体内力学环境变化的参数，对于骨组织力学研究提供了虚拟辅助平台，降低了实验成本。

作为一种可选的实施方式，受力区域包括第二三维骨组织模型的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的至少一面，受力方向为垂直于受力区域的方向。

获得受力条件对应的力学参数按照受力条件分具体有静力学实验和骨压缩力学实验，也可由其他的对应不同的受力条件而进行的实验方式，具体不受本实施例的限制。本实施例中，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种静态力学实验的力学参数显示图。静力学实验时，选定模型任意面，对其进行压力测试，静态压力下观察模型中的各个部分的力学参数变化，如等效应力、反应力矩、位移场等，并且可以通过切面或者三维可视化数据场的方式直观展示出来，如图4所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在静态力条件下的力学参数大小。可以进行参数化扫描，扫描不同静态压力下目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。之后还可将获得的力学参数进行存储，以便于比较。

在其他实施例中，也可以选择骨压缩力学实验，请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种骨压缩力学实验的力学参数显示图。骨压缩力学实验时，可以将压力设置为以时间为自变量的函数，查看第二三维骨组织模型受力区域随时间受力强度随机震荡或者随时间持续加压条件下的各个时间点的力学参数。如图5所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在动态力条件下的力学参数大小，其中动态力为将压力设置为以时间为自变量的函数，施加该随着时间变化的力或者持续的力至第二三维骨组织模型，以获得对应的骨压缩力学实验的力学参数。

骨压缩力学实验中，作为一种可选的实施方式，受力区域为第二三维骨组织模型的一任意表面，受力方向为垂直于受力区域的方向，在获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之前，该方法还包括：

通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对称的一面为固定面；

获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之后，方法还包括：

检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

若检测到第二三维骨组织模型的目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变，则获取目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变处的坐标和产生不可恢复的形变时间。

上述实验为骨压缩力学实验中的极限实验，即为破坏性力学实验，使用暂态计算器，在线弹性固体模块下，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上，使模型该面以一定速度向该面的负方向挤压，同时设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对一面为固定面，以获得各个时间点的与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。例如破坏性力学实验前期，可将力学参数按照时间排列，可以查看压缩0.1秒后，第二三维骨组织模型的形态，时间段内任意点，线，面的力学参数的变化情况。以及同时检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否破裂，具体可以通过特定的计算模型根据破坏性力学实验前期获得的力学参数计算获得目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间，或者可以直接显示至第二三维骨组织模型中的目标骨组织破裂，以识别第二三维骨组织模型中的目标骨组织是否破裂，然后记录目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

以力学参数为变量绘制力学变化曲线。

其中，横坐标设置为力学参数，纵坐标为应力，可以绘制出现实中骨组织破坏性实验的骨应力应变曲线。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过设置体箭头标记骨组织破坏性实验的骨应力应变，通过箭头的方向与长度表征应力等参数在模型具体位置的大小与变化情况，使结果可视化。

作为一种可选的实施方式，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上具体为：

加速度恒定条件或者规律变化条件下，通过面速度对任意面施加力。作为一种可选的实施方式，接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求之前，方法还包括：

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及，

获取目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随受力时间变化的受力强度；其中，目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为目标骨组织的受力区域。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过第一标识标记三维骨组织模型中与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

请参见图3，图3为本发明实施例提供的另一种三维骨组织模型构建方法流程图。如图3所示，本实施例提供的三维骨组织模型构建方法，包括：

310、获取目标骨组织的三维图像。

320、识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像。其中，第一图像还包括边界像素点所围成的区域。

在本实施实例中，获取目标骨组织的三维图像，以及识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像具体通过以下方式实现：

获取包含目标骨组织的医学图像序列，经过排序插值形成三维数据集，通过设定合适的阈值，以筛选掉属于目标骨组织的松质骨外围的像素点。

330、识别第一图像，获得目标骨组织的骨小梁的像素点。

本实施例中，可以对目标骨组织进行滤波图像处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除，进而得到目标骨组织的骨小梁的模型。请参见图1b，1b为本发明实施例提供的一种三维骨组织滤波后获得的骨小梁的示意图，如图1b所示，本实施例提供的骨小梁的具体模型是通过滤波处理，将其中不属于骨小梁的噪声点滤除后的骨小梁的结构。

其中，骨组织由骨小梁与骨髓两部分组成，骨小梁构成松质骨，骨髓当中含有血管等微小组织，具体可将骨髓分为黄骨髓和红骨髓两部分，其中黄骨髓的流体力学参数和红骨髓的流体力学参数相似。

340、删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。

作为一种可选的实施方式，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，包括：

对第一图像进行布尔运算取反计算，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。本实施例中，对骨小梁取布尔运算反操作即可以得到该感兴趣区域中骨髓的分布。

350、对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置；以及对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置。

360、获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。即可以根据标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置和标记出的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。本实施例中，将骨小梁与骨髓合并到一个模型中，便得到了真实情况下骨骼中骨小梁与骨髓的形态分布情况。

本实施例通过获取目标骨组织的三维图像，识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点和所述边界像素点所围成的区域的第一图像，识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点，进而删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，以对比所述目标骨组织的图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比所述目标骨组织的图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

本实施例的关键点在于三维有限元模型的建立不单包括了骨小梁的形态，还包括了骨髓的形态，进而真实再现了目标骨组织在体内力学变化中起重要作用的结构，对于目标骨组织在体内力学变化的仿真提供了优质的辅助平台和实验平台。

370、设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数。其中，设置第一三维骨组织模型的骨小梁的参数具体为以下过程：

调用多孔耦合模块设置进程，将目标骨组织的骨小梁部分设置为线弹性固体。

获取目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数，以设置目标骨组织的杨氏模量、泊松比、骨密度等物理参数。

本实施例中，设置第一三维骨组织模型的骨髓的参数具体为将骨髓的成分设置为流体。因为骨髓是由红骨髓与黄骨髓组成,红黄骨髓比例成分随着年纪不同有一些变化,但力学属性基本可以认为稳定,模型中我们将红骨髓及黄骨髓简化为同一种材料，所以不需考虑红黄骨髓比例问题。

为了模拟骨髓在人体中的真实形态，因此将将骨髓的成分设置为流体，而不同的流体在力学表现上的区别是孔隙率、渗透率、动力粘度等参数。通过使用体积积分计算可以获得孔隙大小，然后除以第一三维骨组织模型的总体积得到孔隙率。目标骨组织中，骨髓的孔隙率与渗透率之间满足线性变化关系，通过孔隙率与渗透率公式可计算出渗透率。

本实施例中，设置了骨小梁或者骨髓在材料方面及属性方面的参数之后，还可以设置骨小梁与骨髓的边界条件，因为如果虚拟模型中没有边界条件,骨小梁与骨髓之间就不会产生力的相互作用，骨髓对于骨小梁的力学作用以及对于骨骼的整体力学价值也就无法体现,由于将骨髓设置为液体,因此边界条件只需解决液体与固体之间的相互作用力问题,即流固耦合的问题，在求解器中使用N-S方程（纳维-斯托克斯方程）与非线性结构动力学迭代求解。也就是在流场，结构上分别求解，在各个时间步之间耦合迭代，收敛后再向前推进。这样,骨小梁与骨髓之间的相互力学作用就反映在第一三维骨组织模型之中，进而可以获得第二三维骨组织模型。

380、获得第二三维骨组织模型。本实施例建立的三维骨组织模型不仅可以提供真实的三维骨组织结构，即显示真实的三维孔隙结构，也能获得真实的三维骨髓的形态，还可以模仿体现三维骨组织的成分属性，进而模仿出骨髓与骨小梁间的流固耦合应力分布情况和力学属性，对于后续对骨组织的承重强度分析提供了很好的实验平台。

本实施例提供的三维骨组织模型，可以将骨髓作为模型的一部分，并将骨髓与骨小梁做流固耦合处理，具体设置骨髓或者骨小梁的参数，还可以设置骨髓与骨小梁的边界条件，继而获得骨髓与骨小梁间的流固耦合应力参数分布情况，以保证本实施实例提供的三维骨组织模型可以真实再现人体内的目标骨组织的力学环境，对于骨组织力学生物实验提供了虚拟实验平台和优质的仿真平台。且提供的虚拟实验平台具有可重复性和再现性，降低了仿真实体装置进行骨组织力学实验的实验成本。

390、接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求。其中，请求包括受力条件。

391、通过受力条件设置进程设置第二三维骨组织模型中目标骨组织的受力条件。

392、获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

其中，受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随受力时间变化的受力强度。

作为一种该可选的实施方式，随时间显示第二三维骨组织模型在受力条件下的受力情况。

本实施例依据第二三维骨组织模型，对第二三维骨组织模型中的目标骨组织施力，以获得目标骨组织在受力条件下的力学参数，同时可以直观显示骨小梁受力的情况，通过力学参数可以获得骨组织应力变化导致体内力学环境变化的参数，对于骨组织力学研究提供了虚拟辅助平台，降低了实验成本。

作为一种可选的实施方式，受力区域包括第二三维骨组织模型的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的至少一面，受力方向为垂直于受力区域的方向。

获得受力条件对应的力学参数按照受力条件分具体有静力学实验和骨压缩力学实验，也可由其他的对应不同的受力条件而进行的实验方式，具体不受本实施例的限制。本实施例中，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种静态力学实验的力学参数显示图。静力学实验时，选定模型任意面，对其进行压力测试，静态压力下观察模型中的各个部分的力学参数变化，如等效应力、反应力矩、位移场等，并且可以通过切面或者三维可视化数据场的方式直观展示出来，如图4所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在静态力条件下的力学参数大小。可以进行参数化扫描，扫描不同静态压力下目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。之后还可将获得的力学参数进行存储，以便于比较。

在其他实施例中，也可以选择骨压缩力学实验，请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种骨压缩力学实验的力学参数显示图。骨压缩力学实验时，可以将压力设置为以时间为自变量的函数，查看第二三维骨组织模型受力区域随时间受力强度随机震荡或者随时间持续加压条件下的各个时间点的力学参数。如图5所示，具体可用颜色等标记表示三维可视化数据场，以表示各个部分在动态力条件下的力学参数大小，其中动态力为将压力设置为以时间为自变量的函数，施加该随着时间变化的力或者持续的力至第二三维骨组织模型，以获得对应的骨压缩力学实验的力学参数。

骨压缩力学实验中，作为一种可选的实施方式，受力区域为第二三维骨组织模型的一任意表面，受力方向为垂直于受力区域的方向，在获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之前，该方法还包括：

通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对称的一面为固定面；

获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之后，方法还包括：

检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

若检测到第二三维骨组织模型的目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变，则获取目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变处的坐标和产生不可恢复的形变时间。

上述实验为骨压缩力学实验中的极限实验，即为破坏性力学实验，使用暂态计算器，在线弹性固体模块下，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上，使模型该面以一定速度向该面的负方向挤压，同时设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对一面为固定面，以获得各个时间点的与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。例如破坏性力学实验前期，可将力学参数按照时间排列，可以查看压缩0.1秒后，第二三维骨组织模型的形态，时间段内任意点，线，面的力学参数的变化情况。以及同时检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否破裂，具体可以通过特定的计算模型根据破坏性力学实验前期获得的力学参数计算获得目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间，或者可以直接显示至第二三维骨组织模型中的目标骨组织破裂，以识别第二三维骨组织模型中的目标骨组织是否破裂，然后记录目标骨组织产生破裂的最大值点的力学参数，以及目标骨组织破裂处的坐标和破裂时间。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

以力学参数为变量绘制力学变化曲线。

其中，横坐标设置为力学参数，纵坐标为应力，可以绘制出现实中骨组织破坏性实验的骨应力应变曲线。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过设置体箭头标记骨组织破坏性实验的骨应力应变，通过箭头的方向与长度表征应力等参数在模型具体位置的大小与变化情况，使结果可视化。

作为一种可选的实施方式，使用面速度加载在第二三维骨组织模型的任意表面上具体为：

加速度恒定条件或者规律变化条件下，通过面速度对任意面施加力。

作为一种可选的实施方式，接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求之前，方法还包括：

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及，

获取目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随受力时间变化的受力强度；其中，目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为目标骨组织的受力区域。

作为一种可选的实施方式，该方法还包括：

通过第一标识标记三维骨组织模型中与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种三维骨组织模型构建设备结构图。如图6所示，本实施例提供的三维骨组织模型构建设备包括获取单元61和处理单元62。

其中，获取单元61，用于获取目标骨组织的三维图像；

获取单元61，还用于识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点的第一图像，第一图像还包括边界像素点所围成的区域；

获取单元61，还用于识别第一图像，获得目标骨组织的骨小梁的像素点；

获取单元61，还用于删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像；

处理单元62，用于对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置；

以及处理单元62，还用于对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置；

获取单元61，还用于根据处理单元标记的目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置和目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得目标骨组织的第一三维骨组织模型。

作为一种可选的实施方式，获取单元，还用于对第一图像进行布尔运算取反计算，删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像。

作为一种可选的实施方式，该三维骨组织模型构建设备还包括：

设置单元，用于设置第一三维骨组织模型的骨小梁和/或骨髓的参数；

获取单元，用于获得第二三维骨组织模型。

作为一种可选的实施方式，设置单元，还用于实现以下中的一种或者组合：

还用于通过第一材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的材质为线弹性固体材质；

还用于通过第二材质分配进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的材质为流固混合材质；

还用于通过骨骼参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨小梁的骨骼参数；

还用于通过骨髓参数设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓的骨髓参数；

还用于通过第一边界条件设置进程设置第一三维骨组织模型中骨髓与骨小梁的边界条件。

作为一种可选的实施方式，该三维骨组织模型构建设备还包括：

接收单元，用于接收用户获取目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，请求包括受力条件；

设置单元，还用于通过受力条件设置进程设置第二三维骨组织模型中目标骨组织的受力条件；

获取单元，还用于获取与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数；

受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随受力时间变化的受力强度。

作为一种可选的实施方式，该三维骨组织模型构建设备还包括：

标记单元，用于通过第一标识标记三维骨组织模型中与受力条件对应的目标骨组织任意点、线或者面的力学参数。

作为一种可选的实施方式，受力区域包括第二三维骨组织模型的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的至少一面，受力方向为垂直于受力区域的方向。

作为一种可选的实施方式，受力区域为第二三维骨组织模型的一任意表面，受力方向为垂直于受力区域的方向，设置单元，还用于通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与受力区域相对称的一面为固定面；

设备还包括：检测单元，用于检测第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

获取单元，还用于根据检测单元检测到第二三维骨组织模型的目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变的结果，获取目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变处的坐标和产生不可恢复的形变时间。

作为一种可选的实施方式，获取单元，还用于获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取单元，还用于获取目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及用于获取目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随受力时间变化的受力强度；其中，目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为目标骨组织的受力区域。

本实施例提供的三维骨组织模型构建设备是基于图1a所示的三维骨组织模型构建方法实现的执行主体，具体三维骨组织模型构建设备的实现细节可参照基于图1a所说明的详细实施例进行实现，在此不再赘述。

综上，本实施例通过获取目标骨组织的三维图像，识别目标骨组织的三维图像，获得包括目标骨组织的边界像素点和边界像素点所围成的区域的第一图像，识别第一图像，获得目标骨组织的骨小梁的像素点，进而删除目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括目标骨组织的骨髓的区域的第二图像，以对比目标骨组织的图像和第一图像，通过第一标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨髓的区域的位置，以及，对比目标骨组织的图像和第二图像，通过第二标识标记目标骨组织的三维图像中目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得目标骨组织的第一三维骨组织模型，进而可以获得真实的骨小梁的形态和骨髓的形态，进而可以获得真实显示目标骨组织内部形态的三维骨组织模型。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置、模块或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块或单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或单元来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一个处理模块或单元中，也可以是各个模块或单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上模块或单元集成在一个模块或单元中。上述集成的模块或单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。本发明实施例设计的软件可操作性强，适合在临床上辅助医生，具有临床应用性。

上述集成的模块或单元如果以软件功能模块或单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上表述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维骨组织模型构建方法，其特征在于，包括：

获取目标骨组织的三维图像；

识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点的第一图像，所述第一图像还包括所述边界像素点所围成的区域；

识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点；

删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像；

对比所述目标骨组织的三维图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置；

以及，对比所述目标骨组织的三维图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数；

获得第二三维骨组织模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数为以下中的一种或者组合：

通过第一材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的材质为线弹性固体材质；

通过第二材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的材质为流固混合材质；

通过骨骼参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的骨骼参数；

通过骨髓参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的骨髓参数；

通过第一边界条件设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓与所述骨小梁的边界条件。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：

接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，所述请求包括受力条件；

通过受力条件设置进程设置所述第二三维骨组织模型中所述目标骨组织的受力条件；

获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数；

所述受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随所述受力时间变化的受力强度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述受力区域为所述第二三维骨组织模型的一任意表面，所述受力方向为垂直于所述受力区域的方向，所述获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之前，所述方法还包括：

通过第二边界条件设置进程设置第二三维骨组织模型中与所述受力区域相对称的一面为固定面；

所述获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数之后，所述方法还包括：

检测所述第二三维骨组织模型的目标骨组织是否达到弹性极限以致产生不可恢复的形变；

若检测到所述第二三维骨组织模型的目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变，则获取所述目标骨组织达到弹性极限以致产生不可恢复的形变处的坐标和产生不可恢复的形变时间。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求之前，所述方法还包括：

获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标；以及，

获取所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的受力方向；以及，

获取所述目标骨组织的受力部位处于运动状态时的受力时间和随所述受力时间变化的受力强度；其中，所述目标骨组织处于运动状态时的受力部位的坐标为所述目标骨组织的受力区域。

7.一种三维骨组织模型构建设备，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取目标骨组织的三维图像；

所述获取单元，还用于识别所述目标骨组织的三维图像，获得包括所述目标骨组织的边界像素点的第一图像，所述第一图像还包括所述边界像素点所围成的区域；

所述获取单元，还用于识别所述第一图像，获得所述目标骨组织的骨小梁的像素点；

所述获取单元，还用于删除所述目标骨组织的骨小梁的像素点，获得包括所述目标骨组织的骨髓的区域的第二图像；

处理单元，用于对比所述目标骨组织的三维图像和所述第一图像，通过第一标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置；

以及所述处理单元，还用于对比所述目标骨组织的三维图像和所述第二图像，通过第二标识标记所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置；

所述获取单元，还用于根据所述处理单元标记的所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨髓的区域的位置和所述目标骨组织的三维图像中所述目标骨组织的骨小梁的像素点的位置，获得所述目标骨组织的第一三维骨组织模型。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：

设置单元，用于设置所述第一三维骨组织模型的所述骨小梁和/或所述骨髓的参数；

获取单元，用于获得第二三维骨组织模型。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设置单元，还用于实现以下中的一种或者组合：

还用于通过第一材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的材质为线弹性固体材质；

还用于通过第二材质分配进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的材质为流固混合材质；

还用于通过骨骼参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨小梁的骨骼参数；

还用于通过骨髓参数设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓的骨髓参数；

还用于通过第一边界条件设置进程设置所述第一三维骨组织模型中所述骨髓与所述骨小梁的边界条件。

10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，还包括：

接收单元，用于接收用户获取所述目标骨组织在受力条件下的力学参数的请求，所述请求包括受力条件；

所述设置单元，还用于通过受力条件设置进程设置所述第二三维骨组织模型中所述目标骨组织的受力条件；

所述获取单元，还用于获取与所述受力条件对应的所述目标骨组织任意点、线或者面的力学参数；

所述受力条件包括受力区域、受力方向、受力时间和随所述受力时间变化的受力强度。