[發(fā)明專利]全自動(dòng)骨折鋼板模型個(gè)性化重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710542904.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107330281B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉斌;張松;劉文鵬;王明哲;張曉慧;楊乙乾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G16H50/50
• 分類號(hào): G16H50/50;G06T17/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 閻昱辰;李洪福

本發(fā)明公開(kāi)了一種全自動(dòng)骨折鋼板模型個(gè)性化重構(gòu)方法，包括如下步驟：斷骨圖像分離步驟：斷骨三維重構(gòu)步驟：斷骨軸線提取步驟：生成所述斷骨一和斷骨二三維模型的初始樣本矩陣Z；對(duì)樣本矩陣進(jìn)行中心化，得到矩陣X；計(jì)算該矩陣X的協(xié)方差矩陣C和協(xié)方差矩陣C的特征值，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述斷骨一和斷骨二的斷骨軸線；斷骨截面分割步驟：在所述的斷骨一和斷骨二的三維模型上提取特征點(diǎn)；將特征點(diǎn)按長(zhǎng)度緩沖值以及網(wǎng)格模型劃分為首尾兩部分；分別形成斷骨一和斷骨二首尾特征點(diǎn)的共4個(gè)集合；斷骨配準(zhǔn)步驟：虛擬鋼板預(yù)彎步驟：在拼接好斷骨斷面附件進(jìn)行點(diǎn)選，確定鋼板模型尺寸和形狀；計(jì)算每個(gè)三角面片的法向量值，每個(gè)平面根據(jù)其法向量方向進(jìn)行一定程度的加厚，并填充其縫隙的部位，最終得到模擬鋼板三維數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全自動(dòng)骨折鋼板模型個(gè)性化重構(gòu)方法。涉及專利分類號(hào)G06計(jì)算；推算；計(jì)數(shù)G06T一般的圖像數(shù)據(jù)處理或產(chǎn)生G06T7/00圖像分析，例如從位像到非位像。

背景技術(shù)

目前骨折手術(shù)普遍采用人工復(fù)位和傷肢內(nèi)固定相結(jié)合的方法，這種方法存在的問(wèn)題是創(chuàng)傷大、出血多、容易引發(fā)神經(jīng)血管損傷等并發(fā)癥。因此，我們可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)斷骨模型進(jìn)行虛擬拼接，從而在術(shù)前得到鋼板的各種幾何參數(shù)。然而目前的斷骨虛擬拼接方法存在很多問(wèn)題，比如斷面分割不準(zhǔn)確、預(yù)配準(zhǔn)不精確，這些問(wèn)題都很大程度地影響了斷骨模型配準(zhǔn)的精確度。

現(xiàn)有技術(shù)中主要的技術(shù)手段主要包括：根據(jù)斷面法向量與軸線的夾角來(lái)進(jìn)行斷面分割以及單純根據(jù)斷骨的軸線進(jìn)行預(yù)配準(zhǔn)的方法。

根據(jù)斷面法向量與軸線的夾角進(jìn)行斷面分割的方法，魯棒性差，遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的斷面時(shí)不能做到很好地分割，而且需要手動(dòng)點(diǎn)選，不能做到自動(dòng)分割。

單純將斷骨的主軸線進(jìn)行對(duì)齊并不能滿足預(yù)配準(zhǔn)的要求，可能會(huì)出現(xiàn)斷骨的截面方向相背離的情況，而且截面形狀也無(wú)法做到大致吻合，很容易造成精配準(zhǔn)的不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：一種全自動(dòng)骨折鋼板模型個(gè)性化重構(gòu)方法，包括如下步驟：

斷骨圖像分離步驟：

對(duì)采集的斷骨CT圖片序列進(jìn)行至少包括二值化的預(yù)處理；提取二值化后 CT圖片序列中的每副圖像的斷骨輪廓；

根據(jù)該斷骨輪廓，應(yīng)用snake模型完成CT圖片中的斷骨一和斷骨二圖像區(qū)域分離；分別得到斷骨一的圖片序列集和斷骨二的圖片序列集；

斷骨三維重構(gòu)步驟：

以二值化后的CT圖片序列，三維空間中的相鄰像素點(diǎn)為頂點(diǎn)，構(gòu)建多個(gè)正方體體元；

根據(jù)圖像中的灰度值，將圖像中的像素點(diǎn)劃分為實(shí)點(diǎn)和虛點(diǎn)，將所述正方體體元中既包含實(shí)點(diǎn)和虛點(diǎn)的體元定義為邊界體元；取邊界體元中連接實(shí)點(diǎn)和虛點(diǎn)的邊的重點(diǎn)作為等值面三角形的頂點(diǎn)，以此方法在所述的邊界體元中構(gòu)建等值面三角形；

提取所述兩個(gè)斷骨的圖片序列集中的全部等值面三角形，分別組成斷骨一和斷骨二的三維模型；

斷骨軸線提取步驟：

生成所述斷骨一和斷骨二三維模型的初始樣本矩陣Z；對(duì)樣本矩陣進(jìn)行中心化，得到矩陣X；計(jì)算該矩陣X的協(xié)方差矩陣C和協(xié)方差矩陣C的特征值，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述斷骨一和斷骨二的斷骨軸線；

斷骨截面分割步驟：

在所述的斷骨一和斷骨二的三維模型上提取特征點(diǎn)；將特征點(diǎn)按長(zhǎng)度緩沖值以及網(wǎng)格模型劃分為首尾兩部分；分別形成斷骨一和斷骨二首尾特征點(diǎn)的共4 個(gè)集合；

利用所述的4個(gè)特征點(diǎn)集合，建立包圍盒；通過(guò)分析比較包圍盒三軸方差值，確定表示斷骨斷面所在的2個(gè)包圍盒，并進(jìn)行包圍盒對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)后，進(jìn)行點(diǎn)集搜索，得到兩個(gè)斷骨模型截面的點(diǎn)集P₁和P₂；