[发明专利]一种前臂混合畸形智能规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种前臂混合畸形智能规划方法及系统，包括通过患者畸形骨及对侧健康骨的三维模型，实现畸形骨的截骨及复位矫形。本发明的有益效果是：使用基于关节解剖区域的配准方法计算畸形前臂与健康对侧的差异量，构建畸形骨的重建模板，计算畸形骨的畸形区域；以畸形区域为截骨范围约束，计算使临床目标最优的截骨位置及面内平移量，自动生成临床目标所需的解决方案，提高前臂成角与旋转混合畸形的截骨矫形术前规划效果及精度，并大幅减少术前规划所需时间，实现术前规划的智能化。

技术领域

本发明涉及一种前臂混合畸形规划方法，具体为一种前臂混合畸形智能规划方法及系统，属于智能诊疗系统技术领域。

背景技术

前臂是人体实现上肢旋前、旋后功能的部位，由桡骨和尺骨组成。前臂骨非解剖位置的创伤后愈合(畸形愈合)或先天性骨骼变形，会导致患者手臂活动范围受限、握力降低及远端桡尺关节不稳定等功能障碍，并产生疼痛。如果治疗不当，会导致严重的骨关节炎等退行性病理。

成角旋转混合畸形是前臂骨畸形种的一种常见畸形类型，目前外科治疗前臂骨成角畸形的金标准是通过截骨矫正术恢复正常的解剖结构，临床医生将病理性骨切成两个或更多的骨碎片，重新排列到合理的生理位置，并通过接骨板或内植物稳固，这种矫形手术实施复杂，需要临床医生制定精密的术前规划方案。

现有技术中：1)术前规划是临床医生根据自己的临床经验，基于X光片及CT等影像学资料，遵循截骨矫形的基本原则，人工计算截骨位置和矫形角度，以达到肢体矫形的目的，但这种截骨矫形方式由于需要临床医生手工绘图计算，因此存在术前无法科学预测手术效果、手术精准性不够、不同医生手术均质性较差等问题，进而影响最优化手术方案的制定；

2)随着计算机辅助设计在医学上的应用发展，许多计算机辅助术前截骨矫形软件系统被开发，其中，基于二维的计算机辅助截骨解决了部分简单畸形的截骨矫形术前规划工作，能自动计算出截骨角度，复位截骨后的骨段，但这些系统目前仍存在一些不足之处：针对多平面畸形及复杂混合畸形，二维医学影像由于不能反映骨畸形的三维固有特性，仍然需要临床医生依据经验进行操作，耗费临床医生大量的时间和精力，并且获得的数据也不够精准；

3)基于三维计算机辅助截骨的术前手工规划虽然可以直观分析多平面复杂混合畸形，并进行截骨矫正，却需要临床医生反复试验、手动计算验证，且涉及在三维空间多次手动调整，产生不必要的临床成本。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种前臂混合畸形智能规划方法及系统，通过患者畸形骨及对侧健康骨的三维模型，实现畸形骨的截骨及复位矫形。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种前臂混合畸形智能规划方法，包括以下步骤：

步骤一：建立畸形前臂骨的对侧健康骨镜像模型，使其成为矫形复位的重建模板；

步骤二：对前臂骨的桡、尺骨设置关节解剖区域，分别对桡、尺骨的远、近端进行基于解剖区域的权重配准，得到远、近端分别配准的矩阵；

步骤三：根据远、近端综合配准矩阵计算变换矩阵中沿骨长轴的位移量；

步骤四：将位移量作为畸形前臂骨中畸形骨的两侧差异量，补偿重建模板差异，构建新的重建模板；

步骤五：将前臂畸形骨的远、近端解剖区域分别与新的重建模板配准，设定畸形阈值，计算前臂畸形骨的畸形区域；

步骤六：根据前臂畸形骨与新的重建模板的配准变换矩阵，计算复位旋转轴方向及复位旋转角；

步骤七：以截骨位置和截骨面内平移量为控制变量约束，以前臂畸形骨的关节解剖区域对齐为优化目标之一，以单刀斜切截骨处两个骨段的骨接触重叠面积为另一优化目标，使用非支配排序遗传算法进行多目标优化，优化迭代计算出最优的截骨位置及面内平移量。