[發(fā)明專利]基于先驗知識的損傷部位人造骨骼修補模型重建方法

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107993277B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 王波;陳正鳴;何坤金;王淋
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區(qū)
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/00;G06K9/62
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 張麗;董建林

本發(fā)明公開了一種基于先驗知識的損傷部位人造骨骼修補模型重建方法。首先，從醫(yī)學斷層CT圖像中提取骨骼外層輪廓，引入修補模板并根據(jù)斷層層厚從修補模板中重采樣輪廓線；其次，利用特征值法在修補模板中搜索出與待修補層最為匹配的模板層并建立兩者對齊變換；然后，通過公共夾角法在模板層得到與待修補層斷點同構的點并計算同構點間的擬合方程，反向代入擬合方程即獲得待修補層插值點坐標；接著，根據(jù)給定的骨骼內(nèi)外層厚生成內(nèi)層輪廓；最后，利用VTK三維重建得到人造骨骼修補模型。該發(fā)明應用于人體額骨、頂骨等部位遭重創(chuàng)后造成頭骨嚴重碎裂無法直接手術修復，需要植入個性化人造骨骼的實際手術操作中。

技術領域

本發(fā)明屬于計算機圖形技術領域，特別適用于修補頭骨損傷部位的人造骨骼修補模型三維設計。

背景技術

利用人造骨骼修補頭骨損傷部位適用于頭骨粉碎性損壞嚴重，且無法直接通過已有碎骨拼接完成的臨床手術中。人造骨骼三維修補模型的設計必須要和病灶的位置、尺寸相一致，而針對于粉碎性損壞的情況，醫(yī)生無法通過對碎骨的修復得出大致形狀作為人造骨骼設計的參考。模板在三維重建中常作為輔助工具，這里的模板可以是已有健康骨骼的重建結果，也可以是平均化后的虛擬重建結果。國內(nèi)外有很多文獻致力于利用模板輔助修補受損骨骼輪廓，如自動識別交點和斷點，然后利用已有模板為參照，結合最短對角線性連接法將提取到的斷裂輪廓線修復成閉合輪廓。由于模板與當前研究案例間多少存在差異，因此為了確保提取輪廓線不失真有些文獻中還引入了變形機制，如在針對脊椎的三維重建中，有人提出了一套統(tǒng)計模型用于表示平均參數(shù)化結果，將模板與當前研究案例通過仿射對齊，然后對模板做變形，得到符合當前研究案例的真實三維重建結果。此外，還有一些文獻在獲取頭骨三維模型的過程中從模板出發(fā)，利用迭代不斷對其做變形，直致逼近當前研究案例，最終獲得具有當前研究案例特征的完整頭骨三維模型。

利用已有同類型骨骼共同作為先驗知識，需要根據(jù)特征描述函數(shù)找到與當前層最為匹配的同類型骨骼輪廓線。輪廓起始點配準是一種十分有效的方法，通過循環(huán)移位即能得到不同輪廓起始點匹配中最相似的一個。對齊變換可以實現(xiàn)特征點圖像空間坐標變換，建立當前層與同類型骨骼輪廓線間的對應關系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于先驗知識的損傷部位人造骨骼修補模型重建方法，針對人體頭骨的額骨、頂骨等部位遭受重創(chuàng)后出現(xiàn)粉碎性骨折，頭骨碎裂嚴重無法直接手術修復的情況，可利用不同人體頭骨骨骼具有全局相似性；醫(yī)學斷層圖像間具有序列性、局部相似性；提取的骨骼輪廓具有連續(xù)性等特征，將已有平均骨骼作為先驗知識自動獲取斷裂部位的骨骼三維模型，為后期個性化人造骨骼修補手術提供數(shù)據(jù)基礎。與已有的碎骨拼接技術相比，在修補的精確度和時效性上都有提高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于先驗知識的損傷部位人造骨骼修補模型重建方法，以已有修補模板輪廓為先驗知識作引導，自動獲取用于修補人體骨骼損傷部位的人造骨骼修補模型，具體過程如下：

(1)對從醫(yī)學斷層圖像提取出的骨骼輪廓做預處理，并搜索所有不閉合斷層的骨骼輪廓線，該步驟包括如下：

步驟S01：依次讀入醫(yī)學斷層圖像，利用Canny方法獲得醫(yī)學斷層圖像的骨骼輪廓地圖，結合邊界跟蹤算法得到每張醫(yī)學斷層圖像若干條閉合或不閉合的骨骼輪廓線；

步驟S02：記錄第一次出現(xiàn)不閉合骨骼輪廓線所在層，并標記為A，同理將最后一次出現(xiàn)不閉合骨骼輪廓線所在層標記為Z；

(2)建立修補模板與不閉合輪廓線的對應關系，該步驟包括如下：

步驟S03：記錄層A中斷點P、Q的坐標；

步驟S04：設定修補模板等高線間距，重采樣得到一組閉合骨骼輪廓；

步驟S05：在修補模板中找到與閉合輪廓線層A-1最匹配的修補模板層A’-1；