[发明专利]计算机辅助的股骨粗隆间骨折对位对线半自动复位方法

说明书

本发明公开一种计算机辅助的股骨粗隆间骨折对位对线半自动复位方法，首先将CT图像生成的碎骨三维模型作为信息输入源，提取三维网格模型的几何信息和拓扑关系；提取股骨头和股骨干的断裂面及其相关力线；最后通过对位对线相互迭代的方法确定满足临床医学要求的复位位置，实现粗隆间骨折的半自动复位。本发明遵循股骨粗隆间骨折闭合复位的基本要求，满足医学要求的碎骨拼接需求；再利用对位对线相互迭代求解的思想，通过少量的人机交互，满足了医疗人员术前规划的需求，提高了工作的效率。

技术领域

本发明属于数字医疗领域，具体涉及一种计算机辅助的股骨粗隆间骨折对位对线半自动复位方法。

背景技术

随着计算机科学快速发展，数字化技术与骨科学的联系日益紧密，产生了数字骨科学，使得传统的骨科学及其临床研究模式发生了深刻变革，逐步从经验化、大体化、轮廓化向标准化、精准化、个性化、数字化和自动化方向发展。

术前规划是骨折修复手术的关键阶段。对于简单的骨折情况，通过X射线图即可进行术前规划。但是，对于复杂的粉碎性骨折，会产生很多细小碎骨，骨骼也可能发生弯曲移位等情况，这就需要通过断层图像序列(Computed Tomography，简称CT)构建骨骼的三维模型，确定碎骨数量、大小、位置等信息，然后在进行碎骨拼接，这是一个有挑战性的工作。

三维碎骨拼接用于调整碎骨位置、恢复骨长、还原三维骨骼的原始几何形态，是计算机辅助术前规划中的主要步骤之一。骨折复位标准中，好的碎骨拼接要满足对线约束与对位约束。其中，对线是指碎骨拼接后，骨骼满足正常肢体力线的成角要求；对位是指碎骨拼接后，碎骨断裂面之间重叠面积最大、碎骨之间移位较小。碎骨拼接属于碎片拼接范畴，而碎片拼接起源于智力拼图游戏，之后被用于文物复原和碎骨拼接。与文物拼接不同，除了对位约束外，医学中的碎骨拼接还有对线要求，使得碎骨拼接后满足人体正常的肢体力线。现有的三维碎骨拼接方法仅考虑了对位要求，尚未考虑对线约束。

碎片拼接以自动化程度可分为半自动和自动拼接，如文献Harders M,Barlit A,Gerber C,Hodler,J,Székely G.An optimized surgical planning environment forcomplex proximal humerus fractures[C].In Proc.of:MICCAI Workshop onInteraction in Medical和文献Hu L,Zhang J,Li C,et al.A femur fracturereduction method based on anatomy of the contralateral side[J].Computers inBiology&Medicine,2013,43(7):840-846.讲述了半自动拼接方法；Toshiyuki O,Yuta I,Tsuyoshi K,et al.Computer-assisted preoperative planning for reduction ofproximal femoral fracture using 3-D-CT data[J].IEEE Transactions onBiomedical Engineering,200956(3):749-759.讲述了自动拼接的方法；按照是否存在模板可分为有模板与无模板拼接，如文献Fürnstahl P,Székely G,Gerber C,Hodler J,Snedeker J G,Harders M.Computer assisted reconstruction of complex proximalhumerus fractures for preoperative planning[J].Medical Image Analysis,2012,16(3):704-720是基于模板匹配；Winkelbach S,Wahl F M.Pairwise matching of 3Dfragments using cluster trees[J].International Journal of Computer Vision,2008,78(1):1-13是基于无模板匹配。