一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法技术

本申请公开了一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，包括：获取模型步骤：通过医学影像数据获取骨折部位的三维模型，包括缺损骨骼的三维模型以及骨折碎片的三维模型；粗匹配步骤：求解将第二模型进行位置变换到第一模型处的粗匹配变换矩阵；将粗匹配变换矩阵应用于第二模型，得到第三模型；精匹配步骤：给予第三模型随机扰动，然后求解将第三模型进行位置变换到第一模型处的精匹配变换矩阵；将精匹配变换矩阵应用于第三模型，得到第四模型；展示结果步骤：测量第四模型与第一模型之间的误差，并计算和展示辅助数据。本方法能够为用户展示骨折碎片复位后的效果，以及提供辅助数据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法


[0001]本申请涉及外科手术辅助软件领域，尤其涉及一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法。

技术介绍

[0002]骨折指的是骨骼因为病理性或创伤性的原因导致的骨完整性破坏或是连续性中断。骨折分为不完全性骨折和完全性骨折，前者是指骨的完整性和连续性部分中断，后者是指骨的完整性和连续性的全部中断。在骨折中，通常会产生骨碎片以及骨断面，相比于原解剖形态，骨碎片为发生了位移或旋转后的骨骼。
[0003]较严重的骨折通常需要通过手术进行干预治疗。骨折手术的目的是将移位的骨碎片进行复位并进行必要的固定，以恢复骨骼的解剖形态。在骨折手术中，医生需要根据骨碎片的移位情况，通过经验判断骨碎片应当复位的目标位置，并通过创口操作骨碎片进行处理。在实际操作中，骨折发生的部位可能是多个，生成的碎片也可能是多个。尽管目前已经具备了CT、X光等医学影像学技术，但是全面理解骨折线和骨折碎片依然困难。一些小的骨折碎片在术中复位或术后力学功能上起到关键作用，因此其复位往往非常必须，但是在处理大的骨块时，由于受到切口的限制，较小的骨折碎片往往处于不可见的位置。因此，如何选择恰当的切口仍然是个困难。为了选择合适的切口，严格的术前计划就显得非常关键。
[0004]在现有技术中，存在一些计算机程序手段来辅助外科医生提高手术精度。例如一些虚拟手术计划软件，可以采用病患的医学影像构件虚拟的三维模型，使得医生在系统内对骨骼以及骨折碎片的三维模型进行虚拟的操作，包括观察、移动、旋转等等。外科医生可以在术前对手术进行计划，优化手术步骤和时间。
[0005]然而，对于骨折手术而言，其目标是将骨折碎片进行复位。尽管现有的手术计划软件能够起到一部分优化的效果，但是如何移动骨折碎片才能与缺损骨骼更好地匹配，以复位固定并恢复其力学性能，对医生的经验和能力有着极高的要求。对于经验较缺乏的医生而言，由于对骨折线理解不足，可能存在匹配精度不高的问题，从而影响手术的精度，无法将匹配精度控制在毫米量级，则会严重影响愈后效果。
[0006]因此本领域技术人员致力于开发一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，来帮助较缺乏经验的医生进行骨折术前计划。

技术实现思路

[0007]为实现上述目的，本申请提供了一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤1、获取模型步骤：通过医学影像数据获取骨折部位的三维模型，包括缺损骨骼的三维模型以及骨折碎片的三维模型，其中所述缺损骨骼的三维模型作为第一模型，所述骨折碎片的三维模型作为第二模型；
[0009]步骤2、粗匹配步骤：求解将所述第二模型进行位置变换到所述第一模型处的粗匹
配变换矩阵；将所述粗匹配变换矩阵应用于所述第二模型，得到第三模型；
[0010]步骤3、精匹配步骤：给予所述第三模型随机扰动，然后求解将所述第三模型进行位置变换到所述第一模型处的精匹配变换矩阵；将所述精匹配变换矩阵应用于所述第三模型，得到第四模型；
[0011]步骤4、展示结果步骤：测量所述第四模型与所述第一模型之间的误差，并计算和展示辅助数据。
[0012]可选地，步骤1中，所述第二模型的数量与所述骨折碎片的数量一致。
[0013]可选地，步骤2具体包括以下步骤：
[0014]步骤2.1、由用户在所述第一模型和所述第二模型的对应位置选取一定数量的粗匹配点；
[0015]步骤2.2、根据所述粗匹配点的位置坐标，计算将所述第二模型进行位置变换到所述第一模型位置处的粗匹配变换矩阵；
[0016]步骤2.3、将所述粗匹配变换矩阵应用于所述第二模型，得到所述第三模型，并测量所述第三模型与所述第一模型之间的误差。
[0017]可选地，在步骤2.1中，位于所述第一模型上的所述粗匹配点与位于所述第二模型上对应位置的所述粗匹配点形成粗匹配点组，所述粗匹配点组的数量不小于4。
[0018]可选地，步骤2.2中，
[0019]定义位于所述第一模型上的所述粗匹配点p的位置坐标a满足其中x、y、z为三维坐标系中的坐标值，
[0020]定义位于所述第二模型上的所述粗匹配点p
’
的位置坐标a
’
满足其中x
’
、y
’
、z
’
为三维坐标系中的坐标值，
[0021]将所述粗匹配点p
’
进行位置变换的第一坐标变换矩阵M为4*4矩阵，其左上角的3*3矩阵为旋转矩阵，右侧4*1矩阵为平移矩阵；
[0022]通过求解矛盾方程组(M
T
)Ma＝(M
T
)a
′
求解所述第一坐标变换矩阵M。
[0023]可选地，步骤2.2中，采用最小二乘法求解得到粗匹配偏差D最小的所述第一坐标变换矩阵M，即为所述粗匹配变换矩阵，所述粗匹配偏差D满足：
[0024]D＝∑(M
00
*x+M
01
*y+M
02
*z+M
03
‑
x
′
)2+(M
10
*x+M
11
*y+M
12
*z+M
13
‑
y
′
)2+(M
20
*x+M
21
*y+M
22
*z+M
23
‑
z
′
)2，
[0025]其中，M
00
、M
01
等为所述第一坐标变换矩阵M中的元素，x、y、z以及x
′
、y
′
、z
′
为坐标值。
[0026]可选地，步骤3具体包括以下步骤：
[0027]步骤3.1、在所述第一模型上定义精匹配曲面；
[0028]步骤3.2、在所述第三模型上随机选取若干精匹配点；
[0029]步骤3.3、对于每一个所述精匹配点，在所述精匹配曲面上寻找对应的就近匹配点；
[0030]步骤3.4、根据所述精匹配点以及对应的所述就近匹配点，采用步骤2.2的方式计算将所述第三模型进行位置变换到所述第一模型位置处的第二坐标变换矩阵；
[0031]步骤3.5、将所述第二坐标变换矩阵应用于所述第三模型，并计算精匹配偏差；
[0032]步骤3.6、读取预设的精匹配偏差阈值以及预设循环次数并进行条件判定，符合条件则执行下一步，否则回到步骤3.2循环；
[0033]步骤3.7、将最后一次计算得到的所述第二坐标变换矩阵确定为精匹配变换矩阵。
[0034]如权利要求7所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，步骤3.2中，所述精匹配点的数量为不少于500个。
[0035]如权利要求7所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、获取模型步骤：通过医学影像数据获取骨折部位的三维模型，包括缺损骨骼的三维模型以及骨折碎片的三维模型，其中所述缺损骨骼的三维模型作为第一模型，所述骨折碎片的三维模型作为第二模型；步骤2、粗匹配步骤：求解将所述第二模型进行位置变换到所述第一模型处的粗匹配变换矩阵；将所述粗匹配变换矩阵应用于所述第二模型，得到第三模型；步骤3、精匹配步骤：给予所述第三模型随机扰动，然后求解将所述第三模型进行位置变换到所述第一模型处的精匹配变换矩阵；将所述精匹配变换矩阵应用于所述第三模型，得到第四模型；步骤4、展示结果步骤：测量所述第四模型与所述第一模型之间的误差，并计算和展示辅助数据。2.如权利要求1所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，步骤1中，所述第二模型的数量与所述骨折碎片的数量一致。3.如权利要求1所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、由用户在所述第一模型和所述第二模型的对应位置选取一定数量的粗匹配点；步骤2.2、根据所述粗匹配点的位置坐标，计算将所述第二模型进行位置变换到所述第一模型位置处的粗匹配变换矩阵；步骤2.3、将所述粗匹配变换矩阵应用于所述第二模型，得到所述第三模型，并测量所述第三模型与所述第一模型之间的误差。4.如权利要求3所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，在步骤2.1中，位于所述第一模型上的所述粗匹配点与位于所述第二模型上对应位置的所述粗匹配点形成粗匹配点组，所述粗匹配点组的数量不小于4。5.如权利要求3所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，步骤2.2中，定义位于所述第一模型上的所述粗匹配点p的位置坐标a满足其中x、y、z为三维坐标系中的坐标值，定义位于所述第二模型上的所述粗匹配点p
’
的位置坐标a
’
满足其中x
’
、y
’
、z
’
为三维坐标系中的坐标值，将所述粗匹配点p
’
进行位置变换的第一坐标变换矩阵M为4*4矩阵，其左上角的3*3矩阵为旋转矩阵，右侧4*1矩阵为平移矩阵；通过求解矛盾方程组(M
T
)Ma＝(M
T
)a
′
求解所述第一坐标变换矩阵M。6.如权利要求5所述的基于计算机程序的骨折术前计划辅助方法，其特征在于，步骤2.2中，采用最小二乘法求解得到粗匹配偏差D最小的所述第一坐标变换矩阵M，即为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘非，程咏华，
申请(专利权)人：上海昕健医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：