本發(fā)明涉及醫(yī)療,具體而言,涉及一種用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法及裝置。
背景技術(shù):
1、四肢大段骨缺損常由于腫瘤、感染、嚴(yán)重創(chuàng)傷等原因?qū)е?。?duì)于成人復(fù)雜四肢大段骨缺損、兒童四肢惡性腫瘤部分長(zhǎng)骨(骨干或/和干骺端)切除后保留關(guān)節(jié)的重建,一般以生物重建(用骨移植材料重建缺損部位)為主。生物重建后,需要用鋼板進(jìn)行內(nèi)固定。
2、目前,現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)固定使用的鋼板主要為創(chuàng)傷骨折設(shè)計(jì),而大段骨缺損由于骨膜往往多受到嚴(yán)重?fù)p傷,對(duì)于骨腫瘤治療常需要廣泛剝離軟組織,切除肌肉導(dǎo)致血運(yùn)嚴(yán)重受損,所以治療時(shí)需要非常堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定,并且后續(xù)可能面臨放療等治療,而單純骨折往往血運(yùn)較好,固定只起到輔助作用,后續(xù)骨愈合后不再依賴鋼板等,而腫瘤可能在術(shù)后幾年時(shí)間內(nèi)都依賴鋼板的支撐和固定效果。因此,現(xiàn)有的創(chuàng)傷鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)應(yīng)用于骨缺損重建存在以下問題:
3、(1)對(duì)復(fù)雜缺損或兒童病例貼附差:標(biāo)準(zhǔn)化鋼板板型,骨面接觸側(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)與固定部位骨骼表面滿意貼附。鋼板不貼附會(huì)導(dǎo)致大段復(fù)雜缺損固定不可靠,固定螺釘應(yīng)力集中,術(shù)后會(huì)增加對(duì)周圍組織的刺激,長(zhǎng)期可能導(dǎo)致內(nèi)固定的疲勞失效、螺釘或鋼板斷裂,以及鋼板周圍積液等并發(fā)癥,影響術(shù)后功能;
4、(2)術(shù)中置釘困難:由于患者個(gè)體的缺損區(qū)域大小、缺損范圍、移植骨情況均不同,常規(guī)鋼板術(shù)中無(wú)法根據(jù)每位患者的具體情況進(jìn)行滿意置釘,會(huì)出現(xiàn)腫瘤區(qū)域置釘不準(zhǔn)確,布釘困難,鄰關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)軟骨下置釘無(wú)法固定,影響術(shù)后初始穩(wěn)定性,導(dǎo)致骨不愈合,在部分兒童患者無(wú)法避開骺板進(jìn)行固定后續(xù)導(dǎo)致影響骨骼發(fā)育;
5、(3)植入時(shí)間過長(zhǎng):手術(shù)時(shí)腫瘤切除后或各類原因?qū)е碌拇蠖螐?fù)雜骨缺損的固定常需要多塊鋼板固定,需要內(nèi)、外側(cè)鋼板等依次植入固定,而植入第一側(cè)后,因骨斷端已經(jīng)固定,第二側(cè)鋼板的固定往往不易植入到預(yù)期的解剖位置,無(wú)法達(dá)到滿意的復(fù)位效果,影響后續(xù)骨愈合,并且固定過程需要反復(fù)折彎標(biāo)準(zhǔn)鋼板以達(dá)到要求,大大延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間;
6、(4)應(yīng)用理念完全不同:骨缺損重建時(shí)復(fù)位固定理念和創(chuàng)傷專業(yè)的骨折完全不同,現(xiàn)有鋼板的復(fù)位設(shè)計(jì)不適用于骨缺損重建時(shí)復(fù)位固定,不合適的復(fù)位會(huì)導(dǎo)致延遲骨愈合,長(zhǎng)期也會(huì)增加內(nèi)固定失效的可能。
7、針對(duì)上述的問題,目前尚未提出有效的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法及裝置,以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的固定穩(wěn)定性較差,導(dǎo)致影響骨缺損的愈合的技術(shù)問題。
2、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面,提供了一種用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法,包括:獲取目標(biāo)對(duì)象的骨缺損重建模型,并確定骨缺損重建模型對(duì)應(yīng)的初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,骨缺損重建模型是在目標(biāo)對(duì)象的目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型上模擬對(duì)目標(biāo)骨骼進(jìn)行截骨后得到的,初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)至少包括初始鋼板模型和初始螺釘排布模型;依據(jù)骨缺損重建模型和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)生成有限元分析模型,并基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,得到分析結(jié)果,其中,分析結(jié)果用于表征有限元分析模型在受力情況下的狀態(tài)信息;對(duì)分析結(jié)果與鋼板受力模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)受力模型進(jìn)行比較,得到比較結(jié)果,并依據(jù)比較結(jié)果和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,標(biāo)準(zhǔn)受力模型用于表征不同受力情況下鋼板的應(yīng)力分布和形變特征。
3、進(jìn)一步地,確定骨缺損重建模型對(duì)應(yīng)的初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),包括:依據(jù)骨缺損重建模型確定螺釘排布信息;依據(jù)螺釘排布信息從鋼板模板數(shù)據(jù)庫(kù)的多個(gè)鋼板模板中確定初始鋼板模型和初始螺釘排布模型。
4、進(jìn)一步地,依據(jù)骨缺損重建模型和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)生成有限元分析模型,包括:將初始鋼板模型和骨缺損重建模型進(jìn)行對(duì)齊,并對(duì)初始鋼板模型的鋼板尺寸和形狀進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)骨缺損重建模型中的骨缺損區(qū)域;依據(jù)調(diào)整后的鋼板模型對(duì)初始螺釘排布模型的螺釘孔洞的位置和布局進(jìn)行調(diào)整,得到調(diào)整后的螺釘排布模型;依據(jù)調(diào)整后的鋼板模型和調(diào)整后的螺釘排布模型生成調(diào)整后的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng);將調(diào)整后的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)裝配在骨缺損重建模型上,得到有限元分析模型。
5、進(jìn)一步地,基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,得到分析結(jié)果,包括:對(duì)有限元分析模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理,得到網(wǎng)格化模型,其中,網(wǎng)格化模型由多個(gè)網(wǎng)格元素組成;獲取網(wǎng)格化模型中每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的hu值,并依據(jù)每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的hu值計(jì)算得到每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的骨密度值,依據(jù)每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的骨密度值計(jì)算得到每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的彈性模量;依據(jù)每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的hu值和每個(gè)骨質(zhì)區(qū)域的彈性模量確定每個(gè)網(wǎng)格元素對(duì)應(yīng)的hu值和彈性模量,并依據(jù)每個(gè)網(wǎng)格元素對(duì)應(yīng)的hu值和彈性模量對(duì)每個(gè)網(wǎng)格元素進(jìn)行賦值,得到包含材料屬性的網(wǎng)格化模型;基于第一約束條件和第二約束條件對(duì)包含材料屬性的網(wǎng)格化模型進(jìn)行有限元受力分析,得到分析結(jié)果,其中,第一約束條件用于模擬包含材料屬性的網(wǎng)格化模型所受的垂直壓力,第二約束條件用于模擬包含材料屬性的網(wǎng)格化模型所受的從前往后的壓力。
6、進(jìn)一步地,分析結(jié)果至少包括有限元分析模型可承受的最大應(yīng)力值,其中,對(duì)分析結(jié)果與鋼板受力模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)受力模型進(jìn)行比較,得到比較結(jié)果,包括:對(duì)最大應(yīng)力值與標(biāo)準(zhǔn)受力模型中的應(yīng)力值閾值進(jìn)行大小比較,得到比較結(jié)果。
7、進(jìn)一步地,依據(jù)比較結(jié)果和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),包括:若比較結(jié)果為最大應(yīng)力值大于應(yīng)力值閾值,則對(duì)初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,得到第一鋼板內(nèi)固定系統(tǒng);重復(fù)執(zhí)行依據(jù)骨缺損重建模型和第一鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)生成有限元分析模型,并基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,得到分析結(jié)果,對(duì)分析結(jié)果與鋼板受力模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)受力模型進(jìn)行比較,得到比較結(jié)果的步驟,直至比較結(jié)果為最大應(yīng)力值小于等于應(yīng)力值閾值,得到目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)。
8、進(jìn)一步地,在獲取目標(biāo)對(duì)象的骨缺損重建模型之前,該方法還包括:依據(jù)目標(biāo)骨骼的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何建模,得到目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型;在目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型上識(shí)別骨缺損區(qū)域,并依據(jù)骨缺損區(qū)域確定截骨線和截骨區(qū)域;依據(jù)截骨線和截骨區(qū)域在目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型上進(jìn)行模擬截骨,得到骨缺損重建模型。
9、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面,還提供了一種用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定裝置,包括:獲取單元,用于獲取目標(biāo)對(duì)象的骨缺損重建模型,并確定骨缺損重建模型對(duì)應(yīng)的初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,骨缺損重建模型是在目標(biāo)對(duì)象的目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型上模擬對(duì)目標(biāo)骨骼進(jìn)行截骨后得到的,初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)至少包括初始鋼板模型和初始螺釘排布模型;處理單元,用于依據(jù)骨缺損重建模型和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)生成有限元分析模型,并基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,得到分析結(jié)果,其中,分析結(jié)果用于表征有限元分析模型在受力情況下的狀態(tài)信息;確定單元,用于對(duì)分析結(jié)果與鋼板受力模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)受力模型進(jìn)行比較,得到比較結(jié)果,并依據(jù)比較結(jié)果和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,標(biāo)準(zhǔn)受力模型用于表征不同受力情況下鋼板的應(yīng)力分布和形變特征。
10、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面,還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,包括計(jì)算機(jī)程序,計(jì)算機(jī)程序在被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法。
11、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面,還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,其中,計(jì)算機(jī)程序被設(shè)置為運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述的用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法。
12、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面,還提供了一種電子設(shè)備,該電子設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)處理器;存儲(chǔ)器,用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序,當(dāng)一個(gè)或多個(gè)程序被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí),使得一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)用于運(yùn)行程序,其中,程序被設(shè)置為運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述的用于骨缺損重建的鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的確定方法。
13、在本發(fā)明實(shí)施例中,采用獲取目標(biāo)對(duì)象的骨缺損重建模型,并確定骨缺損重建模型對(duì)應(yīng)的初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,骨缺損重建模型是在目標(biāo)對(duì)象的目標(biāo)骨骼的骨骼三維模型上模擬對(duì)目標(biāo)骨骼進(jìn)行截骨后得到的,初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)至少包括初始鋼板模型和初始螺釘排布模型;依據(jù)骨缺損重建模型和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)生成有限元分析模型,并基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,得到分析結(jié)果,其中,分析結(jié)果用于表征有限元分析模型在受力情況下的狀態(tài)信息;對(duì)分析結(jié)果與鋼板受力模型庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)受力模型進(jìn)行比較,得到比較結(jié)果,并依據(jù)比較結(jié)果和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),其中,標(biāo)準(zhǔn)受力模型用于表征不同受力情況下鋼板的應(yīng)力分布和形變特征的方式,通過獲取目標(biāo)對(duì)象的骨缺損重建模型,可以根據(jù)每位患者的骨骼解剖特點(diǎn)和缺損情況個(gè)性化定制內(nèi)固定系統(tǒng),確保鋼板和螺釘與骨骼貼附良好,減少刺激和壓力,提高固定的穩(wěn)定性,通過基于有限元分析模型進(jìn)行有限元分析,可以有效降低內(nèi)固定失效、鋼板斷裂以及鋼板周圍積液等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn),通過依據(jù)比較結(jié)果和初始鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)確定目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的目標(biāo)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng),避免了使用標(biāo)準(zhǔn)化鋼板,減少術(shù)中鋼板切割和調(diào)整的需要,減少了手術(shù)時(shí)間。
14、由此可見,通過本發(fā)明的技術(shù)方案,達(dá)到了骨缺損后有效重建固定的目的,從而實(shí)現(xiàn)了提高內(nèi)固定系統(tǒng)的固定穩(wěn)定性的技術(shù)效果,進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)的固定穩(wěn)定性較差,導(dǎo)致影響骨缺損的愈合的技術(shù)問題。