[发明专利]基于分段匹配的接骨板贴合面设计方法

说明书

本发明公开了一种基于分段匹配的接骨板贴合面设计方法。该方法包括：步骤1：测量个体受损骨骼模型有效参数以及对侧骨骼解剖参数，创建个体骨骼近似模型；基于轮廓线投影截取两个骨骼模型外侧区域，获得个体骨骼局部曲面和接骨板初始贴合面；将骨骼局部曲面和接骨板初始贴合面分割为多个片段，计算各片段拟合平面的法矢；计算两个坐标空间中对应片段法矢投影夹角；采用递归算法将贴合面片段匹配至骨骼外形片段，获取接骨板贴合面。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贴合面设计方法，特别涉及一种基于分段匹配的接骨板贴合面设计方法。

背景技术

在人体股骨骨折治疗中，解剖型接骨板贴合面外形设计与骨折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贴合面，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，现有接骨板贴合面设计研究主要存在两方面不足：第一，个体原有解剖外形重构耗时，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、自动编辑困难，未能有效解决接骨板结合面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分段匹配的接骨板贴合面设计方法，基于点对应创建股骨平均化网格模型，采用分段法矢描述接骨板贴合面和骨骼局部外形曲面外形，基于递归方式自动调整接骨板贴合面法矢，实现接骨板贴合面和骨骼外形间匹配度提升。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

基于分段匹配的接骨板贴合面设计方法，包括如下步骤：

步骤1：基于同类型正常股骨样本表面网格模型集，构建股骨平均化外形模型；重构个体对侧骨骼模型；测量个体受损骨骼模型有效参数以及对侧骨骼解剖参数，通过参数驱动平均化模型约束变形，创建个体骨骼近似模型；

步骤2：将个体骨骼近似模型对齐至对侧骨骼网格模型；基于轮廓线投影截取两个骨骼模型外侧区域，获得个体骨骼局部曲面和接骨板初始贴合面；

步骤3：沿着骨骼远端到近端方向，将骨骼局部曲面和接骨板初始贴合面分割为多个片段，计算各片段拟合平面的法矢；将法矢分别投影至坐标空间两个平面，并计算两个坐标空间中对应片段法矢投影夹角；采用递归算法，由远端至近端，将贴合面片段匹配至骨骼外形片段；获取接骨板贴合面。

前述的基于分段匹配的接骨板贴合面设计方法，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1a：基于同类型正常股骨样本表面网格模型集Fs，构建股骨平均化外形模型。具体算法为：1)创建同类型股骨样本集Fs，通过降噪、网格简化等操作，各样本模型中顶点数量与均值偏差小于100；2)初始化样本模型Fsi的权值λi为1，i∈(1,2，…，n)；3)从样本集Fs中选择任一样本作为参考模型Fr；4)采用ICP配准算法，将其他样本Fsi对齐至参考模型Fr；5)参考公式(1)，基于最近对应点加权平均，求解平均化模型Fa，λr值自加1；6)选择其他样本，执行递归执行第4步，直至收敛，获得最终平均化模型Fa；

PT_Fa＝(λ_i*PT_Fsi+λrPT_Fr)/2 (1)

步骤1b：基于CT数据重构患者对侧骨骼模型F_h；测量个体受损骨骼模型F_f有效参数FP_f以及对侧骨骼中其他解剖参数FP_h；基于股骨参数化变形技术，约束平均化模型F_a变形，生成个体骨骼近似模型F_ia；