[发明专利]全自动骨折钢板模型个性化重构方法

说明书

本发明公开了一种全自动骨折钢板模型个性化重构方法，包括如下步骤：断骨图像分离步骤：断骨三维重构步骤：断骨轴线提取步骤：生成所述断骨一和断骨二三维模型的初始样本矩阵Z；对样本矩阵进行中心化，得到矩阵X；计算该矩阵X的协方差矩阵C和协方差矩阵C的特征值，选取最大特征值对应的特征向量作为所述断骨一和断骨二的断骨轴线；断骨截面分割步骤：在所述的断骨一和断骨二的三维模型上提取特征点；将特征点按长度缓冲值以及网格模型划分为首尾两部分；分别形成断骨一和断骨二首尾特征点的共4个集合；断骨配准步骤：虚拟钢板预弯步骤：在拼接好断骨断面附件进行点选，确定钢板模型尺寸和形状；计算每个三角面片的法向量值，每个平面根据其法向量方向进行一定程度的加厚，并填充其缝隙的部位，最终得到模拟钢板三维数据。

技术领域

本发明涉及全自动骨折钢板模型个性化重构方法。涉及专利分类号G06计算；推算；计数G06T一般的图像数据处理或产生G06T7/00图像分析，例如从位像到非位像。

背景技术

目前骨折手术普遍采用人工复位和伤肢内固定相结合的方法，这种方法存在的问题是创伤大、出血多、容易引发神经血管损伤等并发症。因此，我们可以利用计算机对断骨模型进行虚拟拼接，从而在术前得到钢板的各种几何参数。然而目前的断骨虚拟拼接方法存在很多问题，比如断面分割不准确、预配准不精确，这些问题都很大程度地影响了断骨模型配准的精确度。

现有技术中主要的技术手段主要包括：根据断面法向量与轴线的夹角来进行断面分割以及单纯根据断骨的轴线进行预配准的方法。

根据断面法向量与轴线的夹角进行断面分割的方法，鲁棒性差，遇到结构复杂的断面时不能做到很好地分割，而且需要手动点选，不能做到自动分割。

单纯将断骨的主轴线进行对齐并不能满足预配准的要求，可能会出现断骨的截面方向相背离的情况，而且截面形状也无法做到大致吻合，很容易造成精配准的不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：一种全自动骨折钢板模型个性化重构方法，包括如下步骤：

断骨图像分离步骤：

对采集的断骨CT图片序列进行至少包括二值化的预处理；提取二值化后 CT图片序列中的每副图像的断骨轮廓；

根据该断骨轮廓，应用snake模型完成CT图片中的断骨一和断骨二图像区域分离；分别得到断骨一的图片序列集和断骨二的图片序列集；

断骨三维重构步骤：

以二值化后的CT图片序列，三维空间中的相邻像素点为顶点，构建多个正方体体元；

根据图像中的灰度值，将图像中的像素点划分为实点和虚点，将所述正方体体元中既包含实点和虚点的体元定义为边界体元；取边界体元中连接实点和虚点的边的重点作为等值面三角形的顶点，以此方法在所述的边界体元中构建等值面三角形；

提取所述两个断骨的图片序列集中的全部等值面三角形，分别组成断骨一和断骨二的三维模型；

断骨轴线提取步骤：

生成所述断骨一和断骨二三维模型的初始样本矩阵Z；对样本矩阵进行中心化，得到矩阵X；计算该矩阵X的协方差矩阵C和协方差矩阵C的特征值，选取最大特征值对应的特征向量作为所述断骨一和断骨二的断骨轴线；

断骨截面分割步骤：

在所述的断骨一和断骨二的三维模型上提取特征点；将特征点按长度缓冲值以及网格模型划分为首尾两部分；分别形成断骨一和断骨二首尾特征点的共4 个集合；

利用所述的4个特征点集合，建立包围盒；通过分析比较包围盒三轴方差值，确定表示断骨断面所在的2个包围盒，并进行包围盒对准；对准后，进行点集搜索，得到两个断骨模型截面的点集P₁和P₂；