[发明专利]一种基于CT扫描半月板三维模型重建方法

说明书

本发明涉及医疗器械技术领域，提供了一种基于CT扫描半月板三维模型重建方法，包括以下步骤：步骤一、使用碘海醇浸泡半月板以增加半月板组织的密度，提高对比度，获取所述半月板的CT扫描图像；步骤二、根据所述半月板的CT扫描图像构建半月板三维模型；步骤三、对所述的半月板三维模型进行三角面片优化处理，提高模型表面平滑度。该方法是基于半月板CT扫描，通过增加半月板密度，精确分割半月板结构，实现半月板三维模型的精准重建。本发明使用Mimics软件进行三维重建时，只需要通过“阈值”功能调整阈值范围，即可单独显示半月板结构，将半月板组织与周围空气或托板分割，更有利于精准重建半月板三维模型。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，是涉及一种基于CT扫描半月板三维模型重建方法。

背景技术

半月板是位于股骨髁与胫骨平台之间的半月形纤维软骨组织，具有吸收震荡、缓冲减压、润滑关节、维持关节稳定等功能。然而随着人们参加运动的频率及强度不断增加，半月板损伤已经成为目前较为常见的意外伤。对于轻度半月板损伤，采取半月板修复术或成形术治疗即可缓解症状。然而对于严重的半月板损伤病例，例如半月板复杂撕裂或半月板弥漫性退变，这些类型的半月板已丧失生物学功能，半月板切除术成为治疗如上半月板损伤的主要手段，然而半月板切除后可导致股骨髁与胫骨平台之间的接触面积减小，软骨接触应力急剧上升，从而引发更加严重的软骨继发性退变，甚至发展为骨关节炎，严重影响关节功能和生活质量。

为了防止半月板切除后导致的软骨继发性退变，同种异体半月板移植或人工半月板替代物移植成为解决上述问题的主要手段。但是，同种异体半月板移植术需要从新鲜的尸体标本获取新鲜的半月板，随后将同种异体半月板移植入受体膝关节内。由于目前缺乏新鲜的尸体标本，因此同种异体半月板比较匮乏；其次，移植的半月板来源于异体标本，存在疾病传播的风险，导致同种异体半月板移植术无法大面积开展。因此，人工半月板替代物移植成为未来半月板移植的主要研究方向，目前用于制造人工半月板替代物的方法主要包括3D打印技术及模具制造技术。然而，无论是3D打印技术或模具制造技术，均需要在精确的半月板三维模型基础上进行制造，因此，如何精确重建半月板三维模型是后期精确生产制造人工半月板替代物的前提。

现有技术中膝关节核磁图像拍摄及三维模型构建的方法包括：使用3.0T核磁共振仪器进行膝关节扫描，获取膝关节核磁共振图像，核磁共振扫描序列为PD-FSE-SPIR，具体参数为：重复时间(TR)：2915.0毫秒，回波时间(TE)：39.4毫秒。随后将获取的膝关节核磁二维图像导入医学逆向软件Mimics软件，将采取以下步骤进行半月板组织分割及三维模型重建：

1、利用“编辑蒙罩”(Edit Masks)、“画笔”(Draw)功能，利用半月板组织与其他组织的灰度差，勾勒出半月板的基本轮廓，并且结合图像矢状位、冠状位进行调整，以最大程度勾勒出真实半月板的轮廓；

2、利用“区域增长”(Region Growing)功能建立半月板“蒙版”(Mask)，选中此项功能后，通过点击半月板组织，即可将半月板内部组织全部选中，而半月板之外的组织则被剔除，从而保证后期更加准确的重建半月板三维模型；

3.建立“蒙版”(Mask)后，利用“三维重建”(Calculate 3D)功能即可构建半月板三维模型。

现有技术中虽然能够通过核磁共振采集膝关节二维图像，随后导入医学逆向软件Mimics软件中，利用“编辑蒙罩”(Edit Masks)、“画笔”(Draw)、“区域增长”(RegionGrowing)功能建立半月板“蒙版”(Mask)、“三维重建”(Calculate 3D)功能实现半月板三维模型的构建，但由于半月板在膝关节二维图像中与周边临近组织贴合较近，例如软骨，韧带等结构，导致半月板组织分割过程繁琐、精确度不高，最终重建的半月板三维模型无法反映真实的半月板结构，造成后期3D打印或模具制作的人工半月板替代物产品无法代替天然半月板发挥功能。