面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法技术

本发明专利技术公开了一种面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，包括如下步骤：步骤一：构建植入物特征模型库，并根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；步骤二：根据患者骨骼三维形态参数和骨折类型，从植入物特征模型库中挑选出一个植入物模型；步骤三：调整所挑选植入物模型的特征参数，以使其满足个体患者的应力要求。本发明专利技术可为个体患者设计符合其自身解剖特征和病情的植入物，具有快速、高效等特点，设计出的植入物与个体患者匹配度较好，减少固定后复位丢失、骨折不愈合或畸形愈合等一系列术后并发症的发生。

Implant feature parameter editing method for preoperative planning in Department of orthopedics

The invention discloses an editing method of implant characteristic parameters for orthopaedic preoperative planning, which includes the following steps: first, constructing a database of implant characteristic models, and classifying implants according to fracture information and implant characteristic parameters; second, according to the three-dimensional morphological parameters of patients'bones and fracture types, from implants. The third step is to adjust the characteristic parameters of the selected implant model to meet the stress requirements of individual patients. The invention can design implants for individual patients according to their own anatomical characteristics and disease conditions, and has the characteristics of fast and high efficiency. The designed implants have good matching degree with individual patients, and can reduce the occurrence of a series of post-operative complications such as loss of reduction after fixation, fracture nonunion or malunion.

【技术实现步骤摘要】
面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法
本专利技术涉及一种计算机辅助术前规划技术，具体涉及一种面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，属于计算机辅助设计

技术介绍
骨科术前规划是治疗骨骼缺损及病变的关键阶段。植入物的选择和设计是骨科术前规划的重要环节。患者个体在解剖结构和行为运动上存在显著差异，且骨折断端移位及骨块碎裂情况复杂多样。现有植入物的尺寸或者几何结构虽能满足多数患者的诊疗需求，但无法满足处于人群分布两端的患者。面对植入物与骨骼不匹配的情形，骨科医生往往根据主观臆测通过弯折等冷处理方式解决。这种处理方式不仅降低了植入物的结构性能，而且包含着很多不可控因素，医生需要借助影像设备不断地反复对比，不仅延长了手术时间，而且增加了患者的感染几率。可见，有必要为个体患者设计符合其自身解剖特征和病情的植入物。生物力学需求是植入物设计时所参考的重要因素之一。近年来，通过修改植入物参数来分析骨折内固定系统的应力及变形情况，为植入物的设计提供了科学的理论依据和应用基础。但现有方法忽略了特定骨折类型及植入物特征参数修改顺序对植入物设计的影响，导致植入物设计中存在医学语义不明晰、周期长、编辑困难等不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，该法可为个体患者设计符合其自身解剖特征和病情的植入物，具有快速、高效等特点，设计出的植入物与个体患者匹配度较好，减少固定后复位丢失、骨折不愈合或畸形愈合等一系列术后并发症的发生。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，包括如下步骤：步骤一：构建植入物特征模型库，并根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；步骤二：根据患者骨骼三维形态参数和骨折类型，从植入物特征模型库中挑选出一个植入物模型；步骤三：调整所挑选植入物模型的特征参数，以使其满足个体患者的应力要求。步骤一包括：步骤1a：构建植入物特征模型库；基于特征造型技术依次构建植入物的面特征和体特征，并根据医学语义设置特征参数，之后将构建的植入物模型添加到植入物特征模型库；步骤1b：对植入物特征参数分类；将步骤1a中设置的可以反映植入物整体形状的特征参数统一称为主特征参数，将反映植入物局部形状的特征参数统一称为细节特征参数；步骤1c：根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；首先根据植入物所适用的骨骼类型和骨折类型将植入物分类，然后依次根据步骤1b中植入物的主特征参数和细节特征参数将植入物分类。特征造型技术为CAD/CAM集成系统的关键技术之一。根据植入物所适用的骨骼类型和骨折类型将植入物分类，即股骨植入物分为股骨髓腔内植入物和股骨表面植入物，其中股骨表面植入物又分为股骨近端植入物、股骨干植入物和股骨远端植入物。根据步骤1b中植入物的主特征参数和细节特征参数将植入物分类，即根据接骨板宽度值，将接骨板分为宽型和窄型；根据髓内钉在关键位置处的弯曲值，将髓内钉弯曲形状分类。步骤二包括：步骤2a：构建患者骨骼三维模型；基于个体患者的CT数据，采用图像分割、三维重建、模型优化快速构建患者骨折块，然后实现碎骨拼接；步骤2b：获取骨骼三维整体形态参数；在步骤2a构建的骨骼三维模型上测量数个可以反映骨骼整体形态的三维形态参数，包括骨骼尺寸参数；步骤2c：判断骨折类型；对不同骨骼类型，选择反映骨折特性的数个特征，然后通过训练大量样本计算出分类决策函数，最后将个体患者数据，即步骤2b中的骨骼三维整体形态参数输入到分类决策函数，并输出骨折类型；步骤2d：挑选一个初步的植入物特征模型；根据骨骼三维整体形态参数与植入物主特征参数之间的映射关系确定植入物主特征参数值，同时结合步骤2c得到的骨折类型，从步骤1a中的植入物特征模型库中初步挑选出一个植入物模型。步骤三包括：步骤3a：对植入物特征参数进行优先级排序；设置主特征参数优先于细节特征参数，同时对主特征参数和细节特征参数依次设置优先级顺序；步骤3b：骨折固定装配系统模型的构建及其应力分析；采用固定件将植入物装配至骨骼实体模型，然后将固定系统导入到有限元分析软件，并依次设置材质属性、约束关系、边界条件和承受负荷参数，最后分析植入物的最大VonMises应力值；步骤3c：植入物特征的层次化编辑；按照步骤3a中植入物特征参数的优先级顺序，由高到低逐层编辑特征参数，直至满足预设条件。步骤1b中，植入物主特征参数是指可以反映植入物整体形状和尺寸的参数，包括桡骨掌侧接骨板的厚度、长度、头部宽度、尾部宽度；植入物细节特征参数是指可以反映植入物局部形状和尺寸的参数，包括桡骨掌侧接骨板的固定孔信息，所述固定孔信息包括固定孔中心的位置、半径。步骤2a中，碎骨拼接是指基于模板策略，通过构建目标函数、确定约束条件、构建动态规划方程，实现碎骨块的最优拼接。步骤2c中，反映骨折特性的数个特征是指骨骼三维模型上骨折线的位置和形状信息；所述分类决策函数是指根据选择的反映骨折特性的特征，采用统计决策与决策树结合的方法计算出的用于判断骨折类型的决策函数。步骤3a中，对主特征参数和细节特征参数依次设置优先级顺序是指按照植入物各特征参数改变时对植入物受力情况的影响程度从高到低对植入物特征参数进行排序。固定件包括螺钉，固定系统包括装配了固定件的骨骼实体模型。固定孔包括螺孔。本专利技术给出面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法。该方法从植入物特征参数入手，首先评估植入物各特征参数对植入物力学性能的影响，设置各层特征参数的优先级顺序，然后按该顺序对植入物模型进行逐层编辑修改，直到植入物力学性能满足个体患者的实际需求。该方法具有快速、高效等特点，设计出的植入物与个体患者匹配度较好，从而减少固定后复位丢失、骨折不愈合或畸形愈合等一系列术后并发症。本专利技术的有益效果是，面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法应用于医学骨科手术与医药器材制造领域，为植入物的编辑和选择提供科学依据，对提高植入物设计质量和效率具有重要意义。附图说明图1是本专利技术的原理图；图2是植入物主特征参数和细节特征参数示意图；图3是植入物分类示意图；图4是骨折类型判断示意图；图5是股骨骨折线位置和形状示意图；图6是植入物特征参数层次化编辑修改示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，包括如下步骤：步骤一：构建植入物特征模型库，并根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；步骤一包括：步骤1a：构建植入物特征模型库；基于特征造型技术依次构建植入物的面特征和体特征，并根据医学语义设置特征参数，之后将构建的植入物模型添加到植入物特征模型库；特征造型技术为CAD/CAM集成系统的关键技术之一；步骤1b：对植入物特征参数分类；将步骤1a中设置的可以反映植入物整体形状的特征参数统一称为主特征参数，将反映植入物局部形状的特征参数统一称为细节特征参数；如图2所示，所述植入物主特征参数是指可以反映植入物整体形状和尺寸的参数，桡骨掌侧接骨板的厚度H、长度L、头部宽度W1、尾部宽度W2；所述植入物细节特征参数是指可以反映植入物局部形状和尺寸的参数，如桡骨掌侧接骨板的螺孔信息，包括螺孔中心的位置、半径等等；步骤1c：根据骨折信息和植入物特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构建植入物特征模型库，并根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；步骤二：根据患者骨骼三维形态参数和骨折类型，从植入物特征模型库中挑选出一个植入物模型；步骤三：调整所挑选植入物模型的特征参数，以使其满足个体患者的应力要求。

【技术特征摘要】
1.面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构建植入物特征模型库，并根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；步骤二：根据患者骨骼三维形态参数和骨折类型，从植入物特征模型库中挑选出一个植入物模型；步骤三：调整所挑选植入物模型的特征参数，以使其满足个体患者的应力要求。2.根据权利要求1所述的面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，其特征在于，步骤一包括：步骤1a：构建植入物特征模型库；基于特征造型技术依次构建植入物的面特征和体特征，并根据医学语义设置特征参数，之后将构建的植入物模型添加到植入物特征模型库；步骤1b：对植入物特征参数分类；将步骤1a中设置的可以反映植入物整体形状的特征参数统一称为主特征参数，将反映植入物局部形状的特征参数统一称为细节特征参数；步骤1c：根据骨折信息和植入物特征参数对植入物分类；首先根据植入物所适用的骨骼类型和骨折类型将植入物分类，然后依次根据步骤1b中植入物的主特征参数和细节特征参数将植入物分类。3.根据权利要求2所述的面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，其特征在于，步骤二包括：步骤2a：构建患者骨骼三维模型；基于个体患者的CT数据，采用图像分割、三维重建、模型优化快速构建患者骨折块，然后实现碎骨拼接；步骤2b：获取骨骼三维整体形态参数；在步骤2a构建的骨骼三维模型上测量数个可以反映骨骼整体形态的三维形态参数，包括骨骼尺寸参数；步骤2c：判断骨折类型；对不同骨骼类型，选择反映骨折特性的数个特征，然后通过训练大量样本计算出分类决策函数，最后将个体患者数据，即步骤2b中的骨骼三维整体形态参数输入到分类决策函数，并输出骨折类型；步骤2d：挑选一个初步的植入物特征模型；根据骨骼三维整体形态参数与植入物主特征参数之间的映射关系确定植入物主特征参数值，同时结合步骤2c得到的骨折类型，从步骤1a中的植入物特征模型库中初步挑选出一个植入物模型。4.根据权利要求2或3所述的面向骨科术前规划的植入物特征参数编辑方法，其特征在于，步骤三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淋，郭开今，朱红，杨婷，陈秀清，胡俊峰，马凯，陈宏亮，
申请(专利权)人：徐州医科大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32