[發(fā)明專利]一種基于流體計(jì)算的非先驗(yàn)性骨折識(shí)別方法

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• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN113435131A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王碩;張宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海擎泰仿真科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于流體計(jì)算技術(shù)的非先驗(yàn)性骨折識(shí)別方法。本發(fā)明的方法，包括以下步驟：S1將待檢測骨折CT數(shù)據(jù)集的幾何外邊界構(gòu)成的六面體轉(zhuǎn)換為流體計(jì)算域。將CT各像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的計(jì)算域空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。S2.將CT各像素點(diǎn)的HU值信息，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)網(wǎng)格單元的物性參數(shù)，并識(shí)別皮質(zhì)骨區(qū)域。S3.在計(jì)算域外邊界上選擇一區(qū)域作為流體入口。給定流體入口的氣體參數(shù)。S4.基于上述條件，使用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)求解，直到一定步數(shù)。S5.基于流體計(jì)算的可視化計(jì)算結(jié)果，判定是否存在皮質(zhì)骨破損。本發(fā)明采用對骨骼內(nèi)部模擬注入氣體的方法，通過查看氣體流動(dòng)情況，直接發(fā)現(xiàn)骨折位置，不需要先驗(yàn)性的醫(yī)學(xué)準(zhǔn)則。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于流體計(jì)算的非先驗(yàn)性骨折識(shí)別方法。

背景技術(shù)

骨骼是人體的基本構(gòu)建元素之一，它與肌肉等一起構(gòu)成了人體的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。骨骼的健康與否直接影像到人體的重要生理機(jī)能的效能。

由于生活中的各種因素，骨折是一種常見的人體傷害。由于個(gè)體的性別、年齡、身高、體重、健康、傷情等因素的差異，對于不同的骨折案例往往需要選擇不同的術(shù)式。

醫(yī)學(xué)和醫(yī)療器械的技術(shù)進(jìn)步使得人們希望更加快速、更加自動(dòng)化地進(jìn)行骨折手術(shù)，比如使用骨科機(jī)器人。但是無論是使用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)還是人工進(jìn)行手術(shù)，骨折的識(shí)別仍然是整個(gè)治療的第一步。

當(dāng)前的骨折識(shí)別方式基本上分為兩種：人工識(shí)別和計(jì)算機(jī)輔助識(shí)別。計(jì)算機(jī)輔助識(shí)別部分通常使用基于圖形圖像、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行。這類技術(shù)的一個(gè)主要特征是要求具有先驗(yàn)性的知識(shí)，必須在進(jìn)行真實(shí)的骨折識(shí)別之前，在軟件里寫入骨折的影像學(xué)特征或讓軟件進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行骨折特征識(shí)別經(jīng)驗(yàn)積累。

先驗(yàn)性知識(shí)和預(yù)先學(xué)習(xí)意味著對于骨折特征需要進(jìn)行預(yù)先枚舉，對于那些未經(jīng)定義過的特征，或者未曾學(xué)習(xí)過的圖像，代碼犯錯(cuò)誤的概率會(huì)顯著增加。先驗(yàn)性的知識(shí)積累或者使得軟件架構(gòu)龐雜，或者使得預(yù)先學(xué)習(xí)的龐大數(shù)據(jù)庫需要不斷補(bǔ)充，都存在不足。比如那些充分描述和充分訓(xùn)練過的復(fù)雜的髖部骨折識(shí)別技術(shù)，在識(shí)別形態(tài)上更加簡單的肋骨骨折，效果反而可能不如識(shí)別髖部骨折。因此基于先驗(yàn)性的圖形圖像學(xué)或者機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能的骨折自動(dòng)識(shí)別工具，存在先天性的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于流體計(jì)算的非先驗(yàn)性骨折識(shí)別方法，包括以下步驟：

S1、將待檢測骨折CT數(shù)據(jù)集的幾何外邊界構(gòu)成的六面體轉(zhuǎn)換為流體計(jì)算域。將CT各像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的計(jì)算域空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；

S2、將CT各像素點(diǎn)的HU值信息，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)網(wǎng)格單元的物性參數(shù)，并識(shí)別皮質(zhì)骨區(qū)域；

S3、在計(jì)算域外邊界上選擇一區(qū)域作為流體入口；給定流體入口的氣體參數(shù)；

S4、基于上述條件，使用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)求解，直到一定步數(shù)；

S5、基于流體計(jì)算的可視化計(jì)算結(jié)果，判定是否存在皮質(zhì)骨破損。

在一實(shí)施例中，所述步驟S1中，CT數(shù)據(jù)點(diǎn)集的空間幾何外邊界構(gòu)成了三維長方體，此長方體為空間計(jì)算域；規(guī)則排列的每八個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)微長方體，此微長方體為流體計(jì)算單元；流體計(jì)算單元的長寬高對應(yīng)CT數(shù)據(jù)集的三方向空間單位間隔；在進(jìn)行下述流體力學(xué)計(jì)算時(shí)直接采用此空間計(jì)算域和空間計(jì)算單元，無須另行劃分網(wǎng)格。

在一實(shí)施例中，所述步驟S2中，將全部流體計(jì)算單元的對應(yīng)CT數(shù)據(jù)集的微長方體的HU值轉(zhuǎn)換為物性數(shù)據(jù)；HU值為皮質(zhì)骨的空間計(jì)算單元標(biāo)記為壁面單元。松質(zhì)骨和軟組織（例如：皮膚、肌肉、肌腱、血管、體液、神經(jīng)和內(nèi)臟）對應(yīng)的空間計(jì)算單元標(biāo)記為空氣。

在一實(shí)施例中，所述步驟S3中，選擇空間計(jì)算域外部邊界的一個(gè)長方形區(qū)域作為流體進(jìn)口；該區(qū)域計(jì)算單元的物性必須為空氣；流動(dòng)方向朝向空間計(jì)算域內(nèi)側(cè)。

在一實(shí)施例中，所述步驟S4中，選擇使用非定常三維無粘可壓縮流體計(jì)算方法，在上述計(jì)算域上求解非定常三維無粘可壓縮方程，直到計(jì)算收斂。