[發明專利]一種基于測量參數的骨骼變形模板構建方法

在審

• 申請號: 201810354815.8
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108597017A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 何坤金;張玉雪;陸豐威
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發明公開了一種基于測量參數的骨骼變形模板構建方法，包括如下步驟：步驟一：根據CT/MRI掃描得到的點云數據，通過預處理，重建三維骨骼模型；步驟二：對重建的三維骨骼模型進行幾何參考元素和語義參數定義，并獲取相關參數值；步驟三：將獲取的多組參數進行平均化，構建骨骼變形模板，以便于后期通過骨骼變形模板，進行目標骨骼參數的自動測量。本發明能夠通過定義高層語義參數，直觀快捷的根據醫學需要，對目標骨骼模型的表面以及內部進行參數測量，對術前規劃、植入物的設計以及提高手術的成功率具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種數字骨科植入物設計技術，具體涉及一種基于測量參數的骨骼變形模板構建方法，本發明屬于計算機輔助設計領域。

背景技術

近年來，隨著計算機技術、電子信息技術、醫學影像技術和醫學圖像處理技術的迅速發展，數字骨科這個新概念逐漸形成。數字骨科學是計算機科學與骨科學相結合的一門新興交叉學科。數字骨科技術可以精確地顯示骨骼復雜的三維結構，對重建的三維結構進行測量，可以獲得長度、面積、體積和角度等大量精確的解剖參數；可以用于臨床輔助診斷、輔助手術設計和手術模擬等方面。數字骨科植入物設計作為數字骨科學的重要研究內容，受到了國內外研究學者的廣泛關注。

骨骼形狀本身表現為復雜的曲面，不同個體在骨骼局部形態存在顯著差異。很多基于模板的骨科植入物的設計方法已被提出，但是如何設計出符合更多人的骨骼特點的模板仍是一個亟待解決的問題。本發明提出將參數化和平均化融入到骨骼模板的設計中。本發明以提高骨骼模板與個體骨骼的相似性為目的，對提高后期骨科植入物的設計質量和手術成功率有重要意義。

發明內容

本發明提出一種基于測量參數的骨骼變形模板構建方法，為目標骨骼參數的自動測量,提供一定的理論基礎，對術前規劃、植入物的設計以及提高手術的成功率具有重要意義。 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種基于測量參數的骨骼變形模板構建方法，包括如下步驟：

步驟一：根據CT/MRI掃描得到的點云數據，通過預處理，重建三維骨骼模型；

步驟1a：對通過CT/MRI掃描得到的多組點云數據，進行坐標值的增減，使骨骼的中心盡可能的靠近三維坐標系的原點；

步驟1b：將步驟1a中已經處理好的數據，替代原始的點云數據，重建骨骼的三維模型。

步驟二：對重建的三維骨骼模型進行幾何參考元素和語義參數定義，并獲取相關參數值；

步驟2a：根據醫學需要和操作需要，定義相關幾何參考元素和語義參數，幾何參考元素如：特征點，軸線和輔助平面等，語義參數如：骨骼的長度，寬度，角度等。

定義相關語義參數包括全局參數和局部參數，全局參數用于描述骨骼的外部輪廓，具有一定語義，如骨骼的長度、寬度、高度、角度等；局部參數用特征線表示，用于描述局部區域是否達到要求精度，如局部區域的彎曲度、曲率等。

步驟2b：對步驟2a中定義的幾何參考元素，先通過人工標定的方式選擇幾何參考元素的粗略位置，然后在一定精度范圍內通過基于擬合模型測量算法精確選取參考元素位置及坐標，指在骨骼內部根據參數的語義，通過肉眼觀察，選定符合幾何參考元素的區域中的一點，然后以該點為參考點，然后在一定精度范圍內，通過對模型利用凸包算法精確選取參考元素位置并獲取相應的坐標值。

步驟2c：根據步驟2b中的幾何參考元素的位置坐標，計算骨骼的長度，寬度，角度等一系列語義參數。

步驟三：將獲取的多組參數值進行平均化，構建骨骼變形模板，以便于后期通過骨骼變形模板，進行目標骨骼參數的自動測量。