一种基于股骨旋转轴与内翻轴分析模型的构建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于股骨旋转轴与内翻轴的分析模型的构建方法及系统。方法包括基于检查数据构建股骨‑髋臼模型；呈现股骨‑髋臼模型；基于股骨‑髋臼模型生成髋臼模型和股骨模型；基于股骨模型生成能够用于分割股骨头部模型和股骨体模型的切割面，其能够基于股骨头部模型和切割面构建旋转轴，其中，在股骨头部模型绕旋转轴转动的情况下，股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移出负重区的方式在髋关节面内转动，其能够依据股骨头部模型的骨表面和旋转轴构建内翻轴，其中，在股骨头部模型绕内翻轴转动的情况下，股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移除负重区的方式与髋关节面生成倾角。据此方法，本发明专利技术还涉及了一种构建系统。

A construction method and system based on the analysis model of femoral rotation axis and varus axis

【技术实现步骤摘要】
一种基于股骨旋转轴与内翻轴分析模型的构建方法及系统
本专利技术涉及医疗信息化
，尤其涉及一种基于股骨旋转轴与内翻轴的分析模型的构建方法及系统。
技术介绍
股骨头坏死是一个病理演变过程，初始发生在股骨头的负重区，应力作用下坏死骨骨小梁结构发生损伤即显微骨折以及随后针对损伤骨组织的修复过程。造成骨坏死的原因不消除，修复不完善，损伤-修复的过程继续，导致股骨头结构改变、股骨头塌陷、变形，关节炎症，功能障碍。对这一疾病如果单纯的从临床症状及体征上进行确诊比较困难，容易出现误诊或者漏诊的情况，现阶段临床上主要采取的检测方法是X线检查及CT检查、磁共振检查3种诊断方式。在股骨头坏死的临床诊断中，X线检查是应用最广泛的一种方法，通过检查主要能够对患者的病情进展及骨坏死程度进行了解，CT检查也主要是对患者骨坏死的情况进行了解，通过对影像进行分析选择合适的治疗方法。股骨头坏死(avascularnecrosisofthefemoralhead，ANFH)主要采用以下方式治疗：非手术治疗、保髋手术治疗和人工关节置换术。随着技术计算机技术、空间导航技术以及图像处理技术的迅速发展，计算机辅助导航技术在传统的TKR手术方法中得到了较好应用。计算机辅助导航技术系统是将术前和术后获得的影像学资料经过计算机处理后形成三维可视影像。其可以进行模拟手术，术前可自动选出最适合的尺寸关节零件、模拟开刀，手术中在骨头中放置感应器，导航系统上有红外线摄像头，动态追踪手术器械相对患者解剖的实时空间位置关系，手术医生据此可精确地放置人工关节。不过导航技术存在如下地不足：导航技术无法确定负重片区，即导航技术是在非负重的情况下测量下肢力线，其结果与负重下的存在差异。例如，公开号为CN108542408A的中国专利公开的一种三维立体股骨头尺寸测量装置。其主要包括：扫描床、防护装置、测量装置。扫描床第一段安装有防护装置，另一端安装测量装置，扫面装置安装在扫面床的侧面。该专利技术的三维立体股骨头尺寸测量装置将X射线扫描、双目立体摄像、三维建模技术相结合，准确地测定患者的股骨头的三维立体尺寸，达到精确测量的目的，在进行人工股骨头置换手术之前，对患者的股骨头进行三维建模，在根据患者的实际治疗情况，医护人员制定出最佳手术方案，结构巧妙，操作简单快捷，提高医疗人员的工作效率和患者的治愈率。例如，公开号为CN107545578A的中国专利公开的一种CT图像中股骨头区域分割方法、装置及设备。该方法包括获取被检体股骨头区域CT序列图像，通过对所述CT序列图像的每一幅图像的股骨头区域进行定位，构建股骨头包围盒和股骨颈包围盒；基于空间辐射线法在股骨头包围盒和股骨颈包围盒内获取多个采样点；根据多个采样点生成二维采样图像；在二维采样图像上确定股骨头区域的骨皮质外边界。该专利技术旨在准确地分割CT序列图像中股骨头区域的骨皮质外边界。例如，公开号为CN104462636B的中国专利公开的一种基于伞状股骨头支撑器的坏死股骨头修复模型的建模方法。其方法包括：一、待修复股骨头的三维模型获取；获取待修复股骨头NURBS曲面模型，待修复股骨头为存在骨组织坏死区域且预采用股骨头支撑器修复的股骨头；股骨头支撑器由伞状支撑器和支撑套筒组成；二、根据伞状支撑器形状，确定需分离坏死区域，建立坏死股骨头模型；三、股骨头支撑器模型建立；四、坏死股骨头植入模型建立：建立带植入通道的坏死股骨头植入模型和植入骨的三维模型；五、坏死股骨头修复模型建立。该专利技术能够简便地、快速建立股骨头支撑器植入坏死股骨头的修复模型，且所建立的修复模型质量高。在科技论文研究方面，例如，《大连理工大学学报》2009年第49卷(第二期)的文章——基于CT图像反求技术的人体股骨头修复建模。利用基于模型的分割方法从人体髋关节CT图像中分别提取股骨和髋臼骨轮廓三维点数据，通过对离散点云数据进行规则化处理、精简、分割等，提取目标区域点云数据，最后利用最小二乘法拟合对因病变而发生塌陷的股骨头表面进行修复重建，恢复其健康状态的球面形态特征。利用两例不同程度的股骨头坏死病例进行修复实验，均得到较精确的修复还原效果。该方法不仅可以很好地重构人体髋关节模型、还原缺损股骨头的原始形态，而且可以推广到其他关节或骨组织，为骨科手术的精确定位和生物力学有限元分析提供了理论模型，并为关节假体的个体化快速制造提供了一种有效的方法。东北大学硕士论文提供了一种CT和MRI图像配准及融合方法。在其他相关
方面，公开号为CN104622572A的基于医学图像的个性化骨科定位片。该专利旨在提供一种能够精确确定膝关节置换中关节定位孔和切削面的位置。首先，基于医学图像重建骨骼模型，对重构模型进行术前规划，确定下肢力线，股骨旋转轴和截骨参考点等参数，模拟截骨和假体置入。利用以上结果，确定和设计定位片；医生登录数据管理模块，查询数据。中国专利(公开号为CN108711187A)公开了一种配准融合CT和MRI信号建立人体腰椎三维仿真模型的方法，包括：采集计算机断层扫描CT图像；采集磁共振成像MRI图像；建立计算机断层扫描图像三维模型；建立磁共振成像图像三维模型；配准融合计算机断层扫描图像三维模型和磁共振成像图像三维模型，包括根据腰椎解剖结构进行简单配准和进行全局计算配准。该专利充分利用现有常规检查如计算机断层扫描和磁共振成像结合优选磁共振扫描序列，建立可以在各个磁共振序列内相互验证准确度的腰椎间盘、神经根、黄韧带的重要软组织三维模型，建立了腰椎间盘新的医学影像高准确度的建模方式，同时大大提高了医学影像检查的数据的利用率。对于截骨术而言，在手术前，外科医生需要获得对手术对象身体结构尽可能进行精确地解剖学图像，针对股骨头坏死的诊断主要来自于CT/MR的影像数据，才能确定手术方案，例如确定切开的大小、位置，如何避开其他脏器和神经等等。骨科医生只有根据CT/MR的影像来预估旋转角度以及旋转相应的角度后大致估计是否有将大部分坏死骨质区域移出负重区和将正常的骨质区域移入负重区的可能，而且即使得到了预估的结果，在实际操作过程中，截骨后，一些医生还可能要旋转到不同的角度去尝试是否可能有更佳的手术方案。因此，外壳医生基于CT或者MR影响数据难以准确地判定股骨头坏死的空间立体关系，这对于手术方案的确定、实施以及手术的成功率是不利的。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术旨在使用计算机断层扫面技术，获取断层检查数据，生成三维可视化图像，用于能够在股骨头坏死的空间立体关系，从而能够基于该立体关系确定手术方案以及在手术中存在的风险进行评估。本专利技术能够在虚拟空间内，通过导入检查数据的形式，构造一个能够模拟人体构造的动态模型，通过三维切割、三维交互以及三维测量等手段，便于医生能够模拟手术，为患者手术提供一种合理的手术方案。基于此，本专利技术提供了一种基于股骨旋转轴与内翻轴分析模型的构建系统，包括：模型构建模块，基于检查数据构建股骨-髋臼模型；图像显示模块，用于呈现所述股骨-髋臼模型；模型分割模块，能够基于所述股骨-髋臼模型生成髋臼模型和股骨模型；所述系统还包括：模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于股骨旋转轴与内翻轴的分析模型的构建系统，包括：/n模型构建模块(1)，基于检查数据构建股骨-髋臼模型；/n图像显示模块(2)，用于呈现所述股骨-髋臼模型；/n其特征在于，所述系统还包括：/n模型切割模块(4)，基于所述股骨-髋臼模型生成能够用于分割股骨头部模型和股骨体模型的切割面，/n旋转轴构建模块(5)，其能够基于所述股骨头部模型和所述切割面构建旋转轴，其中，在所述股骨头部模型绕所述旋转轴转动的情况下，所述股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移出负重区的方式在髋关节面内转动；和/n内翻轴构建模块(6)，其能够依据所述股骨头部模型的骨表面和所述旋转轴构建内翻轴，其中，在所述股骨头部模型绕所述内翻轴转动的情况下，所述股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移除负重区的方式与所述髋关节面生成倾角。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于股骨旋转轴与内翻轴的分析模型的构建系统，包括：
模型构建模块(1)，基于检查数据构建股骨-髋臼模型；
图像显示模块(2)，用于呈现所述股骨-髋臼模型；
其特征在于，所述系统还包括：
模型切割模块(4)，基于所述股骨-髋臼模型生成能够用于分割股骨头部模型和股骨体模型的切割面，
旋转轴构建模块(5)，其能够基于所述股骨头部模型和所述切割面构建旋转轴，其中，在所述股骨头部模型绕所述旋转轴转动的情况下，所述股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移出负重区的方式在髋关节面内转动；和
内翻轴构建模块(6)，其能够依据所述股骨头部模型的骨表面和所述旋转轴构建内翻轴，其中，在所述股骨头部模型绕所述内翻轴转动的情况下，所述股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移除负重区的方式与所述髋关节面生成倾角。


2.根据权利要求1所述的构建系统，其特征在于，所述系统还包括判别模块(7)，用于判别所述旋转轴是否满足第一特征需求；如果所述旋转轴与所述切割面的法向量的角度小于第一角度阈值，则所述旋转轴满足所述第一特征需求；否则，所述旋转轴不满足所述第一特征需求；
在所述判别模块(7)判别出所述旋转轴不满足所述第一特征需求的情况下，所述模型切割模块(4)基于所述股骨模型对所述股骨头部模型和股骨体模型进行切割以重新生成切割面。


3.根据权利要求1或2所述的构建系统，其特征在于，所述判别模块(7)还用于判别所述切割面是否满足第二特征需求；
如果所述切割面的法向量与所述髋关节面形成的空间体的重心线的角度小于第二角度阈值，则所述切割面满足所述第二特征需求；否则，所述切割面不满所述第二特征需求；
在所述判别模块(7)判别出所述切割面不满足所述第二特征需求的情况下，所述模型切割模块(4)基于所述股骨模型对所述股骨头部模型和股骨体模型进行切割以重新生成切割面。


4.根据权利要求2所述的构建系统，其特征在于，所述判别模块(7)还用于判别所述切割面是否满足第三特征需求；如果所述切割面与所述髋关节面形成的空间体的空间距离满足距离阈值，则所述切割面满足所述第三特征需求；否则，所述切割面不满所述第三特征需求；
在所述判别模块(7)判别出所述切割面不满足所述第三特征需求的情况下，所述模型切割模块(4)基于所述股骨模型对所述股骨头部模型和股骨体模型进行切割以重新生成切割面。


5.根据权利要求1或2所述的构建系统，其特征在于，所述系统还包括回转轴构建模块(8)，用于将至少两个符合所述第一特征需求的旋转轴生成一个回转轴，其中，在所述股骨头部模型绕所述回轴转动的情况下，所述股骨头部模型能够以将股骨头部分区域移出负重区的方式在...

【专利技术属性】
技术研发人员：程徽，罗殿中，张洪，谢智衡，明文华，黄玉瀑，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第四医学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11