一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法技术

本发明专利技术提供了一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，包括以下步骤：获取患者三维CT影像数据，通过神经网络模型分割出髋骨、股骨、术侧髓腔；使用关键点生成网络生成骨骼关键点；遍历所有可用股骨柄，对每个股骨柄进行初始摆位，并根据三个评价指标进行评价；使用三种策略分别对每个股骨柄进行位姿调整，调整完成后再次进行评价，得到每个股骨柄的四组评价信息；对上述所有评价信息进行排序和筛选，选择最优的股骨柄型号以及对应的摆放位姿。本发明专利技术所述方法基于三维模型进行分析，且评价指标也是在三维空间中设计，使得假体推荐更加准确，另外，本发明专利技术可以实现假体推荐的自动化，避免了人为引入误差的情况。避免了人为引入误差的情况。避免了人为引入误差的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法


[0001]本专利技术涉及医疗
，具体为一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法。

技术介绍

[0002]髋关节置换手术是治疗退行性髋关节疾病，提高患者生活质量最有效的方法之一，随着中国人口老龄化问题凸显，髋关节置换手术的现实意义更加显著。成功的髋关节置换手术依赖于准确、完备、详尽的手术规划方案，其中，选择适合的假体品牌型号显得尤为重要。
[0003]专利号为CN114587583A的专利提供了一种膝关节手术导航系统术中假体推荐方法，该方法需要医生使用探针点取骨骼配准定位点，接着系统通过对所述定位点参数组合进行数据计算，获取股骨假体型号参数、股骨假体内外翻角、股骨假体内外旋角、股骨假体摆位参数以及胫骨假体型号参数，最后根据这些参数确定需要进行推荐的假体的具体型号，该方法虽然可以实现假体型号的推荐，但是流程复杂，且需要医生手动选择关键点，这不仅依赖于医生的经验和对相关软件的熟悉程度，操作比较耗时，而且很容易引入人为误差。
[0004]专利号为CN113744214A的专利提供了一种基于深度强化学习的股骨柄放置方法、装置及电子设备。但是该方法使用的是二维图像，缺少三维图像的空间信息，且推荐股骨柄使用的是DDQN输出的调节信号，型号增大或减小，位置的上移和下移，强化学习的遍历状态有限，如方案中提到的型号状态只有S0~S12这13个型号。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中描述的现有技术方案的缺点，提供一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法。该方法通过遍历所有股骨柄，分别记录每个股骨柄初始摆位和三种策略调整位姿后的评价指标，并进行比较，找到评价指标最优的股骨柄型号和位姿。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，包括以下步骤：获取患者三维CT影像数据，通过神经网络模型分割出髋骨、股骨、术侧髓腔，并提取髓腔表面；裁剪三维图像中的对应区域作为关键点生成网络的输入，使用关键点生成网络生成骨骼关键点；遍历所有可用股骨柄，对每个股骨柄进行初始摆位，并根据三个评价指标进行评价；根据评价过程中生成的信息提供每个股骨柄的调整方向，使用三种策略分别对每个股骨柄进行位姿调整，调整完成后再次进行评价，得到每个股骨柄的四组评价信息；
对上述所有评价信息进行排序和筛选，选择最优的股骨柄型号以及对应的摆放位姿。
[0007]进一步地，所述生成的骨骼关键点包括：股骨头中心、股骨内上髁、股骨外上髁，用于建立股骨坐标系；术侧股骨头中心、股骨髓腔近端点、股骨髓腔远端点，用于放置股骨柄时的股骨柄初始摆位；小转子点，用于计算放置股骨柄后的约束评价指标。
[0008]进一步地，所述对每个股骨柄进行初始摆位包括：通过术侧股骨髓腔近端点、股骨髓腔远端点确定髓腔中轴线；将股骨柄放置到股骨中，使股骨柄干部轴线与髓腔中轴线重合；绕股骨柄干部轴线旋转当前股骨柄，使股骨柄颈部和干部轴线所在平面经过股骨头球头中心；将股骨柄沿股骨柄干部轴线上下移动，使股骨柄颈轴线的延长线过股骨头中心。
[0009]进一步地，所述三个评价指标包括：约束性指标一：小转子点到股骨截骨面的距离处于1
‑
1.5cm范围内；约束性指标二：股骨柄与髓腔的相对位置关系；评价性指标：股骨柄x轴直线与股骨柄表面和髓腔表面交点组成的线段的截距比。
[0010]进一步地，所述约束性指标一：小转子点到股骨截骨面的距离可以通过小转子点与股骨截骨面和股骨柄颈部轴线的交点的连线在股骨截骨面法向量上的投影计算得到，具体过程如下：记小转子点用L表示，股骨截骨面和股骨柄颈部轴线交点用E表示，则该线段长度表示为，股骨柄颈中轴线与股骨截骨面垂直，记股骨截骨面法向量为，则在上的投影就是小转子到股骨截骨面的距离d：进一步地，所述约束性指标二：股骨柄与髓腔的相对位置关系，包括：过股骨柄原点和股骨柄底端创建两个平行的平面，这两个平面用于切割髓腔和股骨柄，其中上平面为股骨柄XOY平面，下平面过股骨柄干底端顶点；判断股骨柄上下平面之间的表面数据是否包含在对应的髓腔表面数据之内，通过计算股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数来衡量；如果股骨柄表面数据全部在髓腔表面数据之内，则股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数为0；如果股骨柄表面数据没有包含在髓腔表面数据之内，则股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数大于0。
[0011]进一步地，所述评价性指标：股骨柄x轴直线与股骨柄表面和髓腔表面交点组成的线段的截距比，包括：在股骨柄XOY平面中有两个交叉的直线，分别是过股骨柄x轴和y轴的直线，过股骨柄x轴的直线与股骨柄的2个交点分别记为和，与髓腔的2个交点分别记为和，比
值即为评价指标：进一步地，所述使用三种策略分别对每个股骨柄进行位姿调整，包括：根据股骨柄x轴与表面数据交点进行调整；根据股骨柄y轴与表面数据交点进行调整；根据股骨柄底端平面与髓腔表面交点确定的轮廓长轴方向进行调整。
[0012]进一步地，所述根据股骨柄x轴与表面数据交点进行调整，包括：记为股骨柄x轴方向需要平移的向量：记股骨柄原点坐标为，股骨柄底端坐标为，从股骨柄原点到股骨柄底端的高度为h，股骨柄需要绕y轴旋转的角度为，其中，绕股骨柄底端为中心，以股骨柄y轴为旋转轴进行旋转变换，具体包括：将股骨柄做一个平移量为的平移变换，旋转角度为的旋转变换和平移量为的平移变换，即给股骨柄施加变换，将股骨柄移动到需要调整的位置上；通过调整使得股骨柄x轴方向上两个股骨柄表面到对应侧的髓腔距离相等，且部分股骨柄表面超出髓腔表面的股骨柄调整到髓腔表面内。
[0013]进一步地，所述根据股骨柄y轴与表面数据交点进行调整，包括：股骨柄XOY平面过股骨柄y轴的直线与股骨柄的2个交点分别记为和，与髓腔的2个交点分别记为和，记为y轴方向需要平移的向量：股骨柄需要绕x轴旋转的角度为：绕股骨柄底端为中心，以股骨柄x轴为旋转轴进行旋转变换，具体包括：将股骨柄做一个平移量为的平移变换，旋转角度为的旋转变换和平
移量为的平移变换，即给股骨柄施加变换，将股骨柄移动到需要调整的位置上；通过调整使得股骨柄y轴方向上两个股骨柄表面到对应侧的髓腔距离相等，且部分股骨柄表面超出髓腔表面的股骨柄调整到髓腔表面内。
[0014]进一步地，所述根据股骨柄底端平面与髓腔表面交点确定的轮廓长轴方向进行调整，包括：股骨柄底端平面与髓腔表面的交线为近似椭圆形，通过最小外接矩形计算长轴方向；设股骨柄底端长轴与髓腔横截面长轴方向夹角为，给股骨柄施加一个绕z轴旋转角度的的旋转变换；把股骨柄底端的长轴方向调整到和髓腔底面长轴方向一致，使部分超出髓腔表面的股骨柄调整后回到髓腔内部。
[0015]进一步地，所述对上述所有评价信息进行排序和筛选，选择最优的股骨柄型号以及对应的摆放位姿，包括：根据约束性指标一筛选出小转子到股骨截骨面的距离d满足约束或距离最小的股骨柄型号与位姿组合；将根据约束性指标一筛选出来的股骨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，包括以下步骤：S101，获取患者三维CT影像数据，通过神经网络模型分割出髋骨、股骨、术侧髓腔，并提取髓腔表面；S102，裁剪三维图像中的对应区域作为关键点生成网络的输入，使用关键点生成网络生成骨骼关键点；S103，遍历所有可用股骨柄，对每个股骨柄进行初始摆位，并根据三个评价指标进行评价；S104，根据评价过程中生成的信息提供每个股骨柄的调整方向，使用三种策略分别对每个股骨柄进行位姿调整，调整完成后再次进行评价，得到每个股骨柄的四组评价信息；S105，对上述所有评价信息进行排序和筛选，选择最优的股骨柄型号以及对应的摆放位姿。2.根据权利要求1所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，S102中所述生成的骨骼关键点包括：股骨头中心、股骨内上髁、股骨外上髁，用于建立股骨坐标系；术侧股骨头中心、股骨髓腔近端点、股骨髓腔远端点，用于放置股骨柄时的股骨柄初始摆位；小转子点，用于计算放置股骨柄后的约束评价指标。3.根据权利要求1所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，S103中所述对每个股骨柄进行初始摆位包括：通过术侧股骨髓腔近端点、股骨髓腔远端点确定髓腔中轴线；将股骨柄放置到股骨中，使股骨柄干部轴线与髓腔中轴线重合；绕股骨柄干部轴线旋转当前股骨柄，使股骨柄颈部和干部轴线所在平面经过股骨头球头中心；将股骨柄沿股骨柄干部轴线上下移动，使股骨柄颈轴线的延长线过股骨头中心。4.根据权利要求1所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，S103中所述三个评价指标包括：约束性指标一：小转子点到股骨截骨面的距离处于1
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1.5cm范围内；约束性指标二：股骨柄与髓腔的相对位置关系；评价性指标：股骨柄x轴直线与股骨柄表面和髓腔表面交点组成的线段的截距比。5.根据权利要求4所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，所述约束性指标一：小转子点到股骨截骨面的距离可以通过小转子点与股骨截骨面和股骨柄颈部轴线的交点的连线在股骨截骨面法向量上的投影计算得到，具体过程如下：记小转子点用L表示，股骨截骨面和股骨柄颈部轴线交点用E表示，则该线段长度表示为，股骨柄颈中轴线与股骨截骨面垂直，记股骨截骨面法向量为，则在上的投影就是小转子到股骨截骨面的距离d：。6.根据权利要求4所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征
在于，所述约束性指标二：股骨柄与髓腔的相对位置关系，包括：过股骨柄原点和股骨柄底端创建两个平行的平面，这两个平面用于切割髓腔和股骨柄，其中上平面为股骨柄XOY平面，下平面过股骨柄干底端顶点；判断股骨柄上下平面之间的表面数据是否包含在对应的髓腔表面数据之内，通过计算股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数来衡量；如果股骨柄表面数据全部在髓腔表面数据之内，则股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数为0；如果股骨柄表面数据没有包含在髓腔表面数据之内，则股骨柄表面数据在髓腔表面数据之外的点数大于0。7.根据权利要求4所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，所述评价性指标：股骨柄x轴直线与股骨柄表面和髓腔表面交点组成的线段的截距比，包括：在股骨柄XOY平面中有两个交叉的直线，分别是过股骨柄x轴和y轴的直线，过股骨柄x轴的直线与股骨柄的2个交点分别记为和，与髓腔的2个交点分别记为和，比值即为评价指标：。8.根据权利要求1所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，S104中所述使用三种策略分别对每个股骨柄进行位姿调整，包括：根据股骨柄x轴与表面数据交点进行调整；根据股骨柄y轴与表面数据交点进行调整；根据股骨柄底端平面与髓腔表面交点确定的轮廓长轴方向进行调整。9.根据权利要求8所述的一种用于全髋置换手术的股骨柄假体自动推荐方法，其特征在于，所述根据股骨柄x轴与表面数据交点进行调整，包括：记为股骨柄x轴方向需要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明泽，翟方文，乔天，
申请(专利权)人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：