一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPU加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法


[0001]本专利技术涉及机电设备领域，尤其涉及一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法
。

技术介绍

[0002]在当前的全髋关节置换手术中，软件模拟磨锉杆打磨臼窝的操作中比较好的方法是将磨锉杆与髋关节看做由三角面片构成的三维模型，然后通过将磨锉杆采样的数据点与髋关节采样的数据点在空间中进行“碰撞”检测，来剔除被磨锉杆“碰撞”到的点
。
但这样的方式存在明显的问题，在实际处理中往往需要呈现尽可能精细的显示效果，但精细的所依赖的是采样尽可能多的点，大量的数据点则很大幅度地增加了碰撞检测的运算量，大量的运算则导致
cpu
占用过高，此时程序极易出现界面卡顿甚至崩溃等问题
。
[0003]同时，“碰撞”处理后也会带来三角面片序号重复
、
错乱等问题，此时往往是通过后续操作剔除重复的点并修正面片序号，但是这无疑又增加了
cpu
的负担并且这与原来的目的“碰撞”是相关性极低的，属于传统方法带来的额外“开销”。
并且在传统方法上，由于模型几何结构的不规则的属性，所以定制化每个采样点是很困难的，开发者无法直观地得到采样点的序号，因此提取
ROI(
感兴趣区域
)
，对
ROI
进行标识等操作往往难以入手
。
[0004]综上所述，需要一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法来解决现有技术中所存在的不足之处
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，旨在解决传统磨锉方案带来的数据点采样过多
、cpu
占用率高
、
程序卡顿
、
面片错乱
、
数据点序号重复
、
无法提取
ROI
问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
S1
：打磨预处理，计算各个目标区域，获取可被磨锉区域
、
容差区域和保留区域；
[0008]步骤
S2
：磨锉区域
、
容差区域和保留区域采样为体素结构并映射为相应的颜色；
[0009]步骤
S3
：提取关节感兴趣区域
VOL
，剔除不参与计算的区域；
[0010]步骤
S4
：将磨锉杆采样到臼窝所在区域，使用
GPU
对臼窝与摩多干进行磨锉并进行运算，判断是否打磨完成；
[0011]步骤
S5
：若打磨未完成，实时获取磨锉杆的位置，则重复步骤
S3、S4
，直至打磨完成
。
[0012]可选的，所述步骤
S1
中计算各个目标区域具体为：
[0013]使用球模型模拟臼杯放置的位置，将球模型与臼窝取得的交集判定为待磨锉区
域，剩余的区域中包含可被磨锉的容差区域和保留区域
。
[0014]可选的，所述步骤
S2
具体为：将磨锉区域
、
容差区域和保留区域三个模型采样为体素机构，使用规则的像素点，取代不规则的集合结构，并将三个区域的体素分别赋予不同的值，将不同的值映射为不同的颜色，实现区域的可视化区分
。
[0015]可选的，所述步骤
S3
中提取关节感兴趣区域
VOL
，具体为：通过设置边界大小来划分感兴趣区域，将边界设置倒臼窝边缘，边界内为关节感兴趣区域
VOL。
[0016]可选的，所述步骤
S4
中运算为：磨锉杆采集臼窝的体素点，将臼窝的体素点与磨锉杆采样到的体素点做加减法运算
。
[0017]可选的，所述加减法运算具体为：
[0018]设
x、y、z
分别为边界索引，
width、height、depth
分别为边界大小，
idx
为处于运算的实际像素索引，由
x、y、z、width、height、depth
组合得到；
[0019]pAll
为目标区域，
pGreen
为需要标识为绿色的区域，
pSafe
为安全区间，
pAce
为臼窝部分，则
pAll
由
pGreen
和
pSafe
安全区域和保留区域组成，
[0020]pAll[idx]＝
pGreen[idx]+pSafe[idx]+pAce[idx]；
[0021]判断
pSaw[idx]！是否为零，若为零，则带包被磨锉掉
。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]1、
本专利技术中，提取了
VOI
区域，因此降低了磨锉时的运算量；使用
GPU
并行运算，改善了原计算速度慢，程序卡顿的问题；
[0024]2、
本专利技术中，通过将面片模型采样为体素结构，可以方便地通过体素索引提取
ROI/VOI
并且避免了磨锉后带来的面片错乱，序号错误的问题；
[0025]3、
本专利技术中，通过将计算后的体素标识为不同的值，可以方便地标识被磨锉掉的区域或者做后续处理，具有一定的使用价值和推广价值
。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的一种流程示意图
。
具体实施方式
[0027]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0028]如图1所示，一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，包括以下步骤：
[0029]步骤
S1
：打磨预处理，计算各个目标区域，获取可被磨锉区域
、
容差区域和保留区域，计算各个目标区域具体为：
[0030]使用球模型模拟臼杯放置的位置，将球模型与臼窝取得的交集判定为待磨锉区域，剩余的区域中包含可被磨锉的容差区域和保留区域；
[0031]假设容差范围为臼杯范围外
1mm
，生成与臼杯中心共球心且半径大
1mm
的球，此时将该球与臼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：打磨预处理，计算各个目标区域，获取可被磨锉区域
、
容差区域和保留区域；步骤
S2
：磨锉区域
、
容差区域和保留区域采样为体素结构并映射为相应的颜色；步骤
S3
：提取关节感兴趣区域
VOL
，剔除不参与计算的区域；步骤
S4
：将磨锉杆采样到臼窝所在区域，使用
GPU
对臼窝与摩多干进行磨锉并进行运算，判断是否打磨完成；步骤
S5
：若打磨未完成，实时获取磨锉杆的位置，则重复步骤
S3、S4
，直至打磨完成
。2.
根据权利要求1所述一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，其特征在于，所述步骤
S1
中计算各个目标区域具体为：使用球模型模拟臼杯放置的位置，将球模型与臼窝取得的交集判定为待磨锉区域，剩余的区域中包含可被磨锉的容差区域和保留区域
。3.
根据权利要求1所述一种基于
GPU
加速的全髋关节置换手术的仿真臼窝磨锉的方法，其特征在于，所述步骤
S2
具体为：将磨锉区域
、
容差区域和保留区域三个模型采样为体素机构，使用规则的像素点，取代不规则的集合结构，并将三个区域的体素分别赋予不同的值，将不同的值映射为不同的颜色，实现区域的可视化区分
。4.
根据权利要求1所述一种基于
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马震川，任志杰，杨旸，王俊，
申请(专利权)人：杭州邦杰星医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：