一種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字骨科技術(shù)，具體涉及一種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字骨科概念的形成促使接骨板成為臨床上治療骨骼骨折和病變的普遍工具。接骨板必須與患骨表面吻合且能保持一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征，因此其設(shè)計(jì)是骨科計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。
[0003]人體骨骼種類繁多，且同一骨骼存在年齡、性別、地域等差異。考慮到個(gè)性化設(shè)計(jì)耗時(shí)長(zhǎng)、價(jià)格昂貴等制約性因素，生產(chǎn)廠家預(yù)先批量生產(chǎn)多類型的一系列接骨板以供醫(yī)生選擇使用。然而，由于歷史原因和技術(shù)水平的限制，目前國(guó)內(nèi)接骨板生產(chǎn)廠家主要根據(jù)國(guó)外人體骨骼參數(shù)進(jìn)行系列化生產(chǎn)。顯然，國(guó)人與國(guó)外人體骨骼參數(shù)相差很大，即使臨床醫(yī)生多次對(duì)比、塑形，手術(shù)效果仍然不容樂(lè)觀。與此同時(shí)，骨骼表面表現(xiàn)為復(fù)雜的曲面，且骨折位置差異性大，即使接骨板制造商將接骨板的型號(hào)分得足夠細(xì)，接骨板貼合面與創(chuàng)傷骨骼表面的吻合性仍然不理想。以上問(wèn)題實(shí)際上已經(jīng)成為目前我國(guó)骨科醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)的瓶頸問(wèn)題。
[0004]多年來(lái)，接骨板的個(gè)性化設(shè)計(jì)使得骨科醫(yī)生和接骨板生產(chǎn)廠家積累了大量國(guó)人骨骼數(shù)據(jù)，且已經(jīng)基于統(tǒng)計(jì)分析得到平均化骨骼模型。同時(shí)，接骨板貼合面是具有相同結(jié)構(gòu)且參數(shù)各異的曲面，特別適合參數(shù)化特征設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明給出一種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法，首先，基于平均骨骼點(diǎn)云模型通過(guò)逆向工程和參數(shù)配置生成曲面特征模型；其次，將曲面特征技術(shù)和參數(shù)化技術(shù)融入到接骨板貼合面特征的建立；最后，根據(jù)特征點(diǎn)，建立骨骼參數(shù)與接骨板貼合面參數(shù)的映射關(guān)系，生成系列化接骨板貼合面。經(jīng)過(guò)后期處理，生成系列化接骨板。采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]步驟一:骨骼模型的參數(shù)化；
[0008]基于含有統(tǒng)計(jì)信息的平均化點(diǎn)云模型構(gòu)建骨骼曲面模型，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)表示生成骨骼特征模型；
[0009]步驟二:接骨板貼合面的參數(shù)化；
[0010]以特征線為中心重構(gòu)接骨板貼合面，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)配置生成貼合面特征；
[0011]步驟三:建立骨骼特征模型與接骨板貼合面特征之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同參數(shù)的骨骼模型生成系列化接骨板貼合面。對(duì)接骨板貼合面后期處理生成系列化接骨板。
[0012]前述的步驟一包括:
[0013]步驟la:骨骼曲面特征的定義；
[0014]按照骨骼局部區(qū)域解剖功能和表面形狀，對(duì)骨骼表面特征進(jìn)行劃分。橈骨曲面特征可劃分為:橈骨頭、橈骨頸、橈骨粗隆、橈骨體和橈骨遠(yuǎn)端；
[0015]步驟lb:骨骼特征模型的建立；在骨骼表面定義一系列易于測(cè)量、具有解剖語(yǔ)義的特征內(nèi)參數(shù)和特征間參數(shù)。
[0016]前述的步驟二包括:
[0017]步驟2a:接骨板貼合面的重構(gòu)；
[0018]在骨骼模型選取感興趣區(qū)域，以特征線為單元，結(jié)合曲面生成方式(如填充)重構(gòu)曲面并將之作為接骨板貼合面；
[0019]步驟2b:接骨板貼合面特征的建立；
[0020]采用三層參數(shù)兩級(jí)映射結(jié)構(gòu)，將接骨板貼合面的特征參數(shù)從高層到底層劃分為高層參數(shù)、中間層參數(shù)和底層參數(shù)，并在三層參數(shù)間分別建立相關(guān)映射和約束關(guān)系。
[0021]前述的步驟三包括:
[0022]步驟3a:建立特征點(diǎn)間的映射關(guān)系；
[0023]分別建立骨骼特征模型上感興趣區(qū)域邊界線特征點(diǎn)和接骨板貼合面邊界特征點(diǎn)，以及骨骼特征模型上感興趣區(qū)域輔助特征點(diǎn)和接骨板貼合面輔助特征點(diǎn)間的關(guān)系；
[0024]步驟3b:生產(chǎn)系列化接骨板；
[0025]根據(jù)不同參數(shù)的骨骼模型生成系列化接骨板貼合面。對(duì)接骨板貼合面后期處理生成系列化接骨板。
[0026]前述的步驟lb中，針對(duì)燒骨，所述特征內(nèi)參數(shù)包括:
[0027]1)橈骨頭特征參數(shù):頭最大橫徑、頭最大矢徑、頭高度、頭關(guān)節(jié)面深度；
[0028]2)橈骨頸特征參數(shù):上端橫徑、上端矢徑、頸橫徑、頸矢徑、下端橫徑、下端矢徑、頸高度；
[0029]3)骨粗隆特征參數(shù):粗隆高、粗隆長(zhǎng)、粗隆寬；
[0030]4)橈骨體特征參數(shù):骨干高、干軸角、干中部周、下端橫徑、下端矢徑；
[0031]5)橈骨遠(yuǎn)端特征參數(shù):橈側(cè)柱高、中間柱高、垂距、寬度；
[0032]所述特征間參數(shù)包括:頭頸高、最大長(zhǎng)、遠(yuǎn)端長(zhǎng)。
[0033]前述的步驟2a中所述貼合面的重構(gòu)指:
[0034]首先，根據(jù)在骨骼特征模型上繪制的邊界線對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行選定，同時(shí)將感興趣區(qū)域分割出來(lái)得到源曲面；
[0035]然后，在源曲面上利用算法識(shí)別曲面上固有的特征線，同時(shí)手動(dòng)交互繪制輔助特征線；
[0036]最后，根據(jù)在源曲面上獲得的特征線，采用曲面生成方式(如填充)重構(gòu)出與源曲面相似的新曲面作為接骨板貼合面。
[0037]前述的步驟3a中建立特征點(diǎn)間的映射關(guān)系指:
[0038]首先，建立骨骼特征模型上特征點(diǎn)集合和重構(gòu)出的接骨板貼合面特征上特征點(diǎn)集合的初始對(duì)應(yīng)關(guān)系，骨骼特征模型上特征點(diǎn)集合記作setl ;接骨板貼合面特征上特征點(diǎn)集合記作set2 ；
[0039]其次，骨骼特征模型發(fā)生形變時(shí)，重新調(diào)整set2得到接骨板貼合面特征上的新特征點(diǎn)集合set2'；
[0040]最后，基于set2,生成特征線，再通過(guò)特征線和曲面生成方式(如填充)完成新接骨板貼合面的構(gòu)建。
[0041]本發(fā)明的有益之處在于:所述的一種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)骨科手術(shù)與醫(yī)藥器材制造領(lǐng)域，對(duì)提高接骨板設(shè)計(jì)效率和手術(shù)質(zhì)量具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1是本發(fā)明的原理圖；
[0043]圖2是橈骨曲面特征定義示意圖；
[0044]圖3是燒骨特征模型建立示意圖；
[0045]圖4是橈骨遠(yuǎn)端掌側(cè)接骨板貼合面重構(gòu)示意圖；
[0046]圖5是橈骨遠(yuǎn)端掌側(cè)接骨板貼合面特征建立示意圖；
[0047]圖6是骨骼特征模型和接骨板貼合面特征上特征點(diǎn)初始對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；
[0048]圖7是新接骨板貼合面生成示意圖；
[0049]圖8是根據(jù)特定參數(shù)對(duì)橈骨遠(yuǎn)端掌側(cè)接骨板進(jìn)行系列化生產(chǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。
[0051]如圖1所示，一種基于特征參數(shù)的接骨板系列化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0052]步驟一:骨骼模型的參數(shù)化；
[0053]基于含有統(tǒng)計(jì)信息的平均化點(diǎn)云模型構(gòu)建骨骼曲面模型，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)表示生成骨骼特征模型；
[0054]步驟la:骨骼曲面特征的定義；
[0055]按照骨骼局部區(qū)域解剖功能和表面形狀，對(duì)骨骼表面特征進(jìn)行劃分。如圖2所示，橈骨曲面特征可劃分為:橈骨頭、橈骨頸、橈骨粗隆、橈骨體和橈骨遠(yuǎn)端；
[0056]步驟lb:骨骼特征模型的建立；
[0057]在骨骼表面定義一系列易于測(cè)量、具有解剖語(yǔ)義的特征內(nèi)參數(shù)和特征間參數(shù)。如圖3所示，針對(duì)燒骨，前述的特征內(nèi)參數(shù)包括:
[0058]1)橈骨頭特征參數(shù):頭最大橫徑(HJ、頭最大矢徑(Hsd)、頭高度(Hh)、頭關(guān)節(jié)面深度(?);
[0059]2)橈骨頸特征參數(shù):上端橫徑(Ntp J、上端矢徑(Ntpsd)、頸橫徑(N J、頸矢徑(Nsd)、下端橫徑(NbpJ、下端矢徑(Nbpsd)、頸高度(Nh);
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