一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種基于數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括以下步驟：針對骨科患者的患病部位進(jìn)行CT掃描，獲得相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)。利用患者CT影像進(jìn)行三維重建和復(fù)位，在模型的參數(shù)指導(dǎo)下完成植入物的設(shè)計、螺釘孔的位置確定、螺釘型號選型等工作，最后采用3D打印技術(shù)打印患者部位的仿真模型(包括手術(shù)輔助導(dǎo)板)，通過對仿真模型進(jìn)行修復(fù)、定位、固定等一系列的術(shù)前模擬，進(jìn)一步提高骨科患者手術(shù)的可操作性和精度，降低手術(shù)風(fēng)險，同時也為患者個性化定制提供了新的實(shí)踐方法。
【專利說明】
一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于骨科手術(shù)領(lǐng)域，涉及CT數(shù)據(jù)三維重建，手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計，植入物虛擬裝配，3D打印病體模型，輔助術(shù)前規(guī)劃，手術(shù)模擬。
技術(shù)背景
[0002]目前，傳統(tǒng)的骨骼修復(fù)手術(shù)過程是，醫(yī)生根據(jù)患者拍攝患病部位的CT影像數(shù)據(jù)，憑借經(jīng)驗判斷骨骼的形狀、大小、周圍組織及損傷情況，給患者制定手術(shù)方案。由于這個過程沒有精確的模型指導(dǎo)，完全依賴于醫(yī)生的主觀判斷，特別對于高難度、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的骨科手術(shù)，僅憑醫(yī)生的經(jīng)驗往往會帶來致命的危險，易于損傷神經(jīng)、血管、病體周圍的重要臟器，增加了手術(shù)的風(fēng)險。
[0003]傳統(tǒng)的骨骼修復(fù)手術(shù)中植入物和手術(shù)輔助導(dǎo)板的設(shè)計主要是借助第三方工程軟件進(jìn)行，設(shè)計過程較復(fù)雜，而且不能與患者的CT數(shù)據(jù)有機(jī)的結(jié)合在一起，導(dǎo)致設(shè)計的模型精度不夠，病人術(shù)后康復(fù)緩慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng)，改善現(xiàn)有的骨骼手術(shù)修復(fù)方法:醫(yī)生根據(jù)患者的CT數(shù)據(jù)，判斷受損部位的嚴(yán)重情況，制定手術(shù)方案和實(shí)施手術(shù)，手術(shù)方案不直觀且沒有考慮到實(shí)施的可操作性，給手術(shù)帶來較大的風(fēng)險；以及現(xiàn)有的計算機(jī)輔助軟件所提供的骨骼修復(fù)手術(shù)方法，缺乏植入物的設(shè)計、虛擬裝配、手術(shù)輔助導(dǎo)板制作等功能，而且三維重建后的模型不能直接輸出到快速成型設(shè)備中，以便于快速制造出模型來用于術(shù)前模擬。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法，該方法包括以下步驟:
[0006]對患者患病部位進(jìn)行掃描，獲得患者影像數(shù)據(jù)；
[0007]導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù)，根據(jù)患者局部的骨組織、軟組織、血管、神經(jīng)等進(jìn)行組織體積分割；
[0008]將患病部位進(jìn)行三維重建和復(fù)位；
[0009]根據(jù)構(gòu)建的三維模型進(jìn)行植入物設(shè)計、螺釘孔位置確定、螺釘型號選擇、植入物虛擬裝配、手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計等工作；
[0010]將患者骨頭三維重建模型、植入物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中；
[0011]利用快速成型設(shè)備，制作患者患病部位的骨頭模型、植入物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板；
[0012]使用快速成型后的模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，手術(shù)模擬。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于提供一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)設(shè)計系統(tǒng)，包括:
[0014]CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能；
[0015]組織體積分割功能，采用閾值分割法對體組織數(shù)據(jù)進(jìn)行分割；
[0016]體數(shù)據(jù)表面光滑、簡化等功能；
[0017]三維顯示功能，將患者骨組織、軟組織三維的顯示在計算機(jī)中；
[0018]具有用戶實(shí)時交互功能，提供物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點(diǎn)、組織表面坐標(biāo)點(diǎn)的拾取、三維測量等實(shí)時交互操作；
[0019]通過輪廓線、標(biāo)志點(diǎn)等設(shè)計植入物的功能；
[0020]具有植入物虛擬裝配功能。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]醫(yī)生在術(shù)前可以根據(jù)快速制造的模型進(jìn)行術(shù)前模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，使得手術(shù)路徑的選擇及細(xì)節(jié)問題的處理更加面面?zhèn)樀?，制定出更加合理的手術(shù)方案，達(dá)到微創(chuàng)手術(shù)，精準(zhǔn)骨骼復(fù)位的效果。整個手術(shù)過程采用數(shù)字化設(shè)計和制作，提高了植入物和手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件精確度，大大降低了手術(shù)的風(fēng)險；手術(shù)導(dǎo)板的快速制作，縮短了整個手術(shù)的周期；3D打印實(shí)物模型，讓醫(yī)患之間的溝通更加簡單直接，術(shù)者信心增加。本方法和系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于骨骼修復(fù)手術(shù)領(lǐng)域。
[0023]整個骨骼修復(fù)手術(shù)過程中引入快速成型設(shè)備，加快了植入物、手術(shù)導(dǎo)板等零件的快速制造過程，加工周期縮短至兩三天，為術(shù)前實(shí)物模擬奠定了基礎(chǔ)。采用快速成型設(shè)備制作的植入物模型、手術(shù)導(dǎo)板等零件與三維圖形數(shù)據(jù)誤差小，貼合更加吻合。
【附圖說明】
[0024]圖1為一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法的流程圖；
[0025]圖2為一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。
[0027]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)流程。
[0028]—種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法，該方法包括以下步驟:
[0029]在步驟11中，對患者受損部位進(jìn)行掃描，獲得影像數(shù)據(jù)；
[0030]在步驟12中，根據(jù)CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建和復(fù)位；
[0031]在步驟13中，根據(jù)三維重建的模型設(shè)計植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板、固定方式等；
[0032]在步驟14中，將植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型設(shè)備，進(jìn)行快速制造；
[0033]在步驟15中，利用快速成型制造出的實(shí)物模型，進(jìn)行術(shù)前模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，制定出合理的手術(shù)方案。
[0034]在本發(fā)明實(shí)施例中，對利用患者受損部位CT圖像進(jìn)行三維重建和復(fù)位的實(shí)現(xiàn)方法為:導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù)，對患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值分割，構(gòu)建骨結(jié)構(gòu)的三維模型；將患者的三維骨結(jié)構(gòu)和軟組織狀況真實(shí)完整地顯示在計算機(jī)中；通過對物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點(diǎn)、組織表面坐標(biāo)點(diǎn)的拾取、三維測量等實(shí)時交互操作，實(shí)現(xiàn)骨骼手術(shù)的模擬。
[0035]在本發(fā)明實(shí)施例中，制作骨骼實(shí)物模型、植入物實(shí)物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板的實(shí)現(xiàn)方法為:提取骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件的三維模型信息，對模型進(jìn)行光滑、簡化等處理后，將骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等模型三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型設(shè)備，快速制造出骨骼、 植入物的實(shí)物模型和手術(shù)輔助導(dǎo)板。
[0036]圖2示出了本發(fā)明實(shí)例提供的數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)包括:
[0037]三維重建模塊21，利用患者CT圖像構(gòu)建三維模型。該模塊包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、對體組織數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值分割、區(qū)域分割；
[0038]體組織數(shù)據(jù)處理模塊22,用于對體組織數(shù)據(jù)進(jìn)行光滑、簡化、網(wǎng)格重建；
[0039]三維顯示模塊23,用于對物體鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點(diǎn)、組織表面坐標(biāo)點(diǎn)的拾取、三維測量等，在三維視圖上任意選擇要觀察截面的位置，得到任意局部的骨組織結(jié)構(gòu)、神經(jīng)等信息；
[0040]虛擬裝配模塊24,用于對植入物、手術(shù)導(dǎo)板、固定螺釘?shù)攘慵M(jìn)行虛擬裝配，以檢查模型間匹配程度及是否干涉；
[0041]快速成型模塊25,用于骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等模型快速成型制造。
【主權(quán)項】
1.一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng)，其特征在于該方法和系統(tǒng)包括以下步驟: 對患者患病部位進(jìn)行掃描，獲得患者影像數(shù)據(jù)；導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù)，根據(jù)患者局部的骨組織、軟組織、血管、神經(jīng)等進(jìn)行組織體積分割； 將患病部位進(jìn)行三維重建和復(fù)位；根據(jù)構(gòu)建的三維模型進(jìn)行植入物設(shè)計、螺釘孔位置確定、螺釘型號選擇、植入物虛擬裝 配、手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計等工作；將患者骨骼的三維重建數(shù)據(jù)模型、植入物數(shù)據(jù)模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入快速 成型設(shè)備中；利用快速成型設(shè)備，制造出患者患病部位的骨骼實(shí)物模型、植入物實(shí)物模型、手術(shù)輔助 導(dǎo)板實(shí)物模型；使用快速成型后的實(shí)物模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)模擬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和系統(tǒng)，其特征在于:在上述所述的步驟中，也可以將三 維重建的模型導(dǎo)入其他有限元分析軟件中，對患者部位的植入物進(jìn)行受力分析，以驗證植 入物的可靠性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和系統(tǒng)，其特征在于:所述的快速成型設(shè)備為3D打印機(jī)。4.一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng)，其特征在于，該方法和系統(tǒng)包括以下功能:CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能；組織體積分割功能，采用閾值分割法對體數(shù)據(jù)進(jìn)行分割；體數(shù)據(jù)表面光滑、簡化等功能；三維顯示功能，將患者骨組織、軟組織三維的顯示在計算機(jī)中；具有用戶實(shí)時交互功能，提供物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點(diǎn)、組織表面坐標(biāo)點(diǎn) 的拾取、三維測量等實(shí)時交互操作；通過輪廓線、標(biāo)志點(diǎn)等設(shè)計植入物的功能；具有植入物虛擬裝配功能。
【文檔編號】A61B17/56GK105982722SQ201510051297
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】楊途軍, 姜國慶, 姬新智, 劉永峰
【申請人】北京大璞三維科技有限公司