基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種個(gè)性化股骨接骨板的設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種基于股骨參數(shù)快速構(gòu)建個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板構(gòu)建方法，本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助骨科手術(shù)成為發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域，利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行骨科植入物和假體設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外受到廣泛重視。股骨遠(yuǎn)端表面解剖形態(tài)復(fù)雜，現(xiàn)有系列化接骨板很難貼合患者股骨骨折特征，影響骨折治療效果；個(gè)性化接骨板是針對(duì)某個(gè)體而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的，具有特定的解剖形態(tài)特征，手術(shù)中無(wú)需再進(jìn)行選型和塑形，能促進(jìn)骨骼表面形態(tài)，尤其關(guān)節(jié)表面的復(fù)位。骨骼形態(tài)和骨折程度個(gè)性化差異性是股骨遠(yuǎn)端接骨板個(gè)性化設(shè)計(jì)的最大問(wèn)題。常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方法是:首先，利用患者完整CT數(shù)據(jù)，構(gòu)建患者股骨骨折網(wǎng)格模型；其次，對(duì)骨折塊進(jìn)行手工矯正和復(fù)位，優(yōu)化網(wǎng)格，重構(gòu)患者股骨正常曲面模型；接著，在曲面中截取接骨板貼合面；最終，通過(guò)拉伸貼合面，生成個(gè)性化接骨板實(shí)體。其缺點(diǎn)主要包括:設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜；當(dāng)股骨部分?jǐn)?shù)據(jù)缺損或粉碎嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確復(fù)位正常股骨模型；難以表示患者股骨特征參數(shù)與個(gè)性化接骨板參數(shù)間關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，基于股骨有效特征參數(shù)自動(dòng)創(chuàng)建患者股骨曲面模型，并恢復(fù)主要骨折痕跡，建立股骨參數(shù)和接骨板特征參數(shù)間映射關(guān)系，能夠通過(guò)患者股骨參數(shù)直觀、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)個(gè)性化接骨板，所設(shè)計(jì)接骨板可作為模板，用于不同患者、同類(lèi)型個(gè)性化接骨板的快速設(shè)計(jì)。對(duì)股骨手術(shù)中患者接骨板個(gè)性化設(shè)計(jì)有重要意義。
[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟1:通過(guò)測(cè)量患者骨折股骨模型，獲得有效股骨模型參數(shù)，基于股骨特征曲面模型構(gòu)建方法，創(chuàng)建患者股骨曲面模型，提取患者主要骨折線，并投影至股骨曲面模型中，構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型；
[0007]步驟2:依據(jù)復(fù)位骨折線，繪制接骨板輪廓，截取骨骼模型中局部曲面，向外側(cè)偏移，生成接骨板貼合面，對(duì)個(gè)性化貼合面和實(shí)體特征進(jìn)行參數(shù)，便于接骨板的編輯修改，構(gòu)建層次化參數(shù)映射；將特征導(dǎo)出，快速生成個(gè)性化接骨板。
[0008]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟I包括以下步驟:
[0009]步驟la，導(dǎo)入患者骨折股骨模型，提取主要骨折線，測(cè)量有效股骨模型參數(shù)；
[0010]步驟lb，利用步驟Ia中參數(shù)，構(gòu)建患者股骨曲面特征模型，并將步驟Ia中骨折線投影至股骨模型，復(fù)位骨折線，構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型；
[0011]步驟lc，經(jīng)過(guò)骨干軸，垂直于內(nèi)、外髁兩點(diǎn)連線，創(chuàng)建矢狀面，在矢狀面中繪制個(gè)性化接骨板輪廓，將輪廓投影至步驟Ib中股骨復(fù)位曲面模型，截取局部曲面，并沿矢狀面方向向外偏移I?3mm，構(gòu)成接骨板貼合面(接骨板貼近骨骼的曲面)。
[0012]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟:
[0013]步驟2a，對(duì)步驟Ic中貼合面，進(jìn)行特征參數(shù)化設(shè)計(jì)，并建立步驟Ia中股骨參數(shù)和貼合面參數(shù)間映射；
[0014]步驟2b，將步驟Ic中貼合面，沿矢狀面方向，向外不等距拉伸，生成接骨板實(shí)體，并對(duì)實(shí)體特征(厚度)參數(shù)化；
[0015]步驟2c，創(chuàng)建步驟2a中貼合面參數(shù)和步驟2b中實(shí)體參數(shù)間映射，生成個(gè)性化接骨板特征；
[0016]步驟2d，將步驟2c中個(gè)性化接骨板特征導(dǎo)出，構(gòu)建個(gè)性化股骨接骨板。
[0017]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟I的步驟Ia中，所述有效股骨模型參數(shù)包括股骨長(zhǎng)、頭半徑、頭部高度。
[0018]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟I的步驟Ib中，所述構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型，參考冠狀面將骨折線切割為前后兩部分，并將兩段曲線，分別沿著冠狀面(經(jīng)過(guò)骨干軸和內(nèi)、外髁兩點(diǎn)連線的平面)方向，投影至股骨曲面。
[0019]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2的步驟2a中，對(duì)接骨板貼合面進(jìn)行特征參數(shù)化，包括不同部位的寬度和長(zhǎng)度；股骨參數(shù)和貼合面參數(shù)間映射，包括股骨長(zhǎng)、頭半徑、頭部高度和輪廓寬度、長(zhǎng)度參數(shù)間的兩兩線性關(guān)系。
[0020]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2的步驟2b中，所述不等距為3種間距，由骨干向遠(yuǎn)端方向依次遞減。
[0021]前述的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2的步驟2c中，貼合面參數(shù)和實(shí)體參數(shù)間映射，為兩兩線性關(guān)系。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，基于患者有效股骨參數(shù)快速自動(dòng)創(chuàng)建個(gè)性化股骨遠(yuǎn)端接骨板，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，同時(shí)支持接骨板的局部修改。本發(fā)明應(yīng)用于醫(yī)學(xué)骨科手術(shù)與醫(yī)藥器材制造領(lǐng)域，能夠通過(guò)參數(shù)直觀、準(zhǔn)確地表示個(gè)性化接骨板形態(tài)，指導(dǎo)針對(duì)患者股骨特征參數(shù)的個(gè)性化接骨板設(shè)計(jì)，對(duì)模擬手術(shù)和提高手術(shù)效果具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明中一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法流程圖；
[0024]圖2是本發(fā)明中股骨骨折復(fù)位曲面模型創(chuàng)建過(guò)程示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明中個(gè)性化接骨板貼合面創(chuàng)建示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明中個(gè)性化接骨板貼合面參數(shù)化識(shí)別示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明中個(gè)性化接骨板實(shí)體參數(shù)化識(shí)別示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明中所創(chuàng)建個(gè)性化接骨板對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖1所示，一種基于患者股骨參數(shù)的個(gè)性化遠(yuǎn)端解剖型接骨板設(shè)計(jì)方法，可以概括為主要包括以下幾個(gè)步驟:
[0031]步驟1:通過(guò)測(cè)量患者骨折股骨模型，獲得有效股骨模型參數(shù)，基于股骨特征曲面模型構(gòu)建方法，創(chuàng)建患者股骨曲面模型，提取患者主要骨折線，并投影至股骨曲面模型中，構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型；
[0032]步驟2:依據(jù)復(fù)位骨折線，繪制接骨板輪廓，截取骨骼模型中局部曲面，向外側(cè)偏移，生成接骨板貼合面(接骨板貼近骨骼的曲面)，對(duì)個(gè)性化貼合面和實(shí)體特征進(jìn)行參數(shù)，便于接骨板的編輯修改，構(gòu)建層次化參數(shù)映射；將特征導(dǎo)出，快速生成個(gè)性化接骨板。
[0033]具體的，首先，基于患者股骨骨折信息，導(dǎo)入骨折模型，測(cè)量有效股骨參數(shù)，基于參數(shù)創(chuàng)建患者股骨特征曲面模型，并恢復(fù)主要骨折線，構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型。包括以下步驟:
[0034]步驟la，導(dǎo)入患者骨折股骨模型，提取主要骨折線，測(cè)量有效股骨模型參數(shù)；
[0035]步驟lb，利用步驟Ia中參數(shù)，構(gòu)建患者股骨曲面特征模型，并將步驟Ia中骨折線投影至股骨模型，復(fù)位骨折線，構(gòu)建股骨骨折復(fù)位曲面模型；
[0036]步驟lc，經(jīng)過(guò)骨干軸，垂直于內(nèi)、外髁兩點(diǎn)連線，創(chuàng)建矢狀面，在矢狀面中繪制個(gè)性化接骨板輪廓，將輪廓投影至步驟Ib中股骨復(fù)位曲面模型，截取局部曲面，并沿矢狀面方向向外偏移I?3mm，構(gòu)成接骨板貼合面。
[0037]然后，依據(jù)骨折痕跡，在骨折復(fù)位曲面模型中，截取局部曲面作為接骨板貼合面；對(duì)貼合面參數(shù)化，通過(guò)曲面拉伸生成接骨板實(shí)體，對(duì)其特征參數(shù)化；建立股骨參數(shù)、貼合面參數(shù)和實(shí)體參數(shù)間層次化映射關(guān)系，生成接骨板特征；將特征導(dǎo)出，生成個(gè)性化接骨板實(shí)體。包括以下步驟:
[0038]步驟2a，對(duì)步驟Ic中貼合面輪廓，進(jìn)行特征參數(shù)化設(shè)計(jì)，并建立步驟Ia中股骨參數(shù)和貼合面參數(shù)間映射；
[0039]步驟2b，將步驟Ic中貼合面，沿矢狀面方向，向外不