[发明专利]基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法

说明书

本发明公开了一种基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法。该方法包括：构建骨骼和接骨板轮廓参数化模型，建立接骨板轮廓草图与平均化骨骼模型间参数映射关系；生成个体近似模型和变形后轮廓草图，将近似模型对齐至镜像骨骼模型，获得校准模型及其轮廓草图；将轮廓草图分别投影至骨骼外侧曲面，获得接骨板初始贴合面和骨骼外形曲面，将接骨板初始贴合面配准至骨骼外形曲面，采用曲面拉升方式生成接骨板实体模型。本发明能能够直观、高效地创建和优化接骨板轮廓外形，为解剖型接骨板的个性化设计与优化提供重要基础，对指导医疗设备厂商植入物产品开发和提高骨折固定治疗效果具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及一种接骨板的设计方法，特别涉及一种基于对侧骨骼外形匹配的接骨板设计方法。

背景技术

在人体股骨复杂骨折治疗中，解剖型接骨板外形设计与骨科内固定手术治疗结果密切相关。随着人民医疗需求的不断增长，骨科接骨板设计水平日益提高。针对患者特征信息设计接骨板外形和结构，已成为当前数字骨科领域中一项重要研究内容。现有相关工作中接骨板外形主要采用系列化方式设计，面向个体患者的解剖型接骨板设计费用昂贵，现有研究主要存在两方面不足：第一，个体受损骨骼外形与结构重构效率低下，手工拼接骨折块费时费力，导致个性化接骨板设计效率普遍不高；第二，接骨板外形复杂、编辑困难，未能有效解决接骨板与个体骨骼外形匹配问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法，基于对侧骨骼模型参数约束模板生成个体近似骨骼模型和接骨板轮廓，利用草图轮廓投影截取方式创建接骨板贴合面和骨骼局部外形曲面，基于非刚性配准方式提高接骨板贴合面和骨骼外形间匹配度。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法，包括如下步骤：

步骤1：针对个体骨折信息，在平均化骨骼模型中绘制接骨板轮廓草图，构建骨骼和接骨板轮廓参数化模型；基于顶点间几何关系，建立接骨板轮廓草图与平均化骨骼模型间参数映射关系；

步骤2：利用个体CT数据重构患者对侧骨骼模型；基于矢状面对称创建个体镜像骨骼模型；测量骨骼模型中解剖参数，约束接骨板轮廓草图和平均化骨骼模型变形，分别生成个体近似模型和变形后轮廓草图；采用基于特征点刚性配准方法，将近似模型对齐至镜像骨骼模型，获得校准模型及其轮廓草图；

步骤3：将轮廓草图分别投影至骨骼外侧曲面，通过截取内侧方式分别在个体近似模型和镜像骨骼模型中获得接骨板初始贴合面和骨骼外形曲面；基于拉普拉斯非刚性配准算法，将接骨板初始贴合面配准至骨骼外形曲面，获取优化接骨板贴合面，采用曲面拉升方式生成接骨板实体模型。

前述的基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1a：针对个体骨折信息，在平均化骨骼模型B_a中绘制接骨板轮廓草图S_o0；构建B_a和S_o0参数化模型。

步骤1b：基于顶点间几何关系，建立接骨板轮廓草图与平均化骨骼模型间参数映射关系R_bs；

前述的基于对侧骨骼外形匹配的个性化接骨板设计方法，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2a：利用个体CT数据重构患者对侧骨骼模型B_h；基于矢状面对称创建个体镜像骨骼模型B_m；

步骤2b：测量骨骼模型B_m解剖参数P_bm，约束B_a和S_o0变形，分别生成个体近似模型B_a1和变形后轮廓草图S_o1；