针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法和装置与流程

本申请涉及三维模型重建，尤其涉及针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法和装置。

背景技术：

1、关节外畸形通常由既往创伤或骨骼发育异常导致，通常可以分为股骨关节外畸形与胫骨关节外畸形，根据畸形形态的不同，关节外畸形可以分为冠状位畸形、矢状位畸形和旋转畸形。股骨或胫骨畸形使下肢力线异常，膝关节内外侧应力分布失衡，从而影响膝骨关节炎发生与发展，且在加重膝骨性关节炎的发展同时可能会加重原膝关节外畸形程度，因此如何恢复下肢力线是手术的重点。近年来随着人工智能的发展，通过计算机进行关机置换模拟术前规划以及机器人机械臂或3d打印截骨导板的手术中精准化导航，可以通过关节内代偿性截骨的全膝关节置换术恢复下肢力线，患者的手术创伤较传统截骨手术大大减小。以往对于伴有股骨或胫骨畸形的全膝关节置换术的研究只存在于二维平面并且研究数据是通过平面数学计算获得的。

2、缺陷和不足：以往对于关节外畸形的研究存在于二维平面，目前没有伴有关节外畸形的全下肢三维模型，无关节外畸形全下肢模型应用于全膝关节置换术模拟。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法和装置，以解决现有技术中伴有关节外畸形的全下肢三维模型缺失的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、根据本发明第一方面，本发明请求保护一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，包括：

4、扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢ct及mri数据，转换成dicom格式影像数据，存储至移动设备中；

5、将所述dicom格式影像数据导入三维模型重建工具中，对所述dicom格式影像数据中的ct图像进行三维重建，输出下肢三维重建模型；

6、依据所述下肢三维重建模型构建股骨关节外畸形模型，将所述股骨关节外畸形模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统。

7、进一步的，所述扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢ct及mri数据，转换成dicom格式影像数据，存储至移动设备中时，还包括：

8、所述需要规划全膝关节置换术患者仰卧在扫描床上，膝关节完全伸直；

9、所述需要规划全膝关节置换术患者的双侧髌骨朝向天花板，下肢全放平，与身体保持平行；

10、扫描范围为下肢全长，包括髋膝踝三关节，间距为1.0mm切片，无间隙及重叠，横向切片，节距1：1，使用螺旋扫描；

11、图像分辨率：512*512矩阵，获取二维ct图像1237层；

12、图像转移格式使用dicom3兼容格式，将图像导出至移动存储设备中。

13、进一步的，所述将所述dicom格式影像数据导入三维模型重建工具中，对所述dicom格式影像数据中的ct图像进行三维重建，输出下肢三维重建模型，还包括：

14、从所述移动设备的文件夹中提取所述dicom格式影像数据，将所述dicom格式影像数据导入三维模型重建工具中；

15、在所述三维模型重建工具中对所述dicom格式影像数据进行图像定位和方向定义；

16、对所述dicom格式影像数据进行图像分割，设置ct值范围以初步分割骨骼结构并进一步细化分割结果；

17、选择相应的细化分割结果创建蒙板，对所述蒙板进行编辑和修复，得到下肢三维候选重建模型；

18、在所述下肢三维候选重建模型生成后，使用视图工具中的不同选项进行可视化分析，对所述下肢三维候选重建模型进行距离、角度、面积参数的测量，对所述下肢三维候选重建模型进行优化和精细调整，得到下肢三维重建模型；

19、将所述下肢三维重建模型以stl文件格式保存。

20、进一步的，所述在所述三维模型重建工具中对所述dicom格式影像数据进行图像定位和方向定义，还包括：

21、调整所述dicom格式影像数据的方向，确保正确的解剖定位，在定义图像的上、下、前、后、左、右方向后，即显示出冠状位、矢状位和横断位的图像。

22、进一步的，所述选择相应的细化分割结果创建蒙板，对所述蒙板进行编辑和修复，得到下肢三维候选重建模型，还包括：

23、使用不同的编辑工具，包括删除孤立区域或填充空洞，对所述蒙板进行编辑和修复。

24、进一步的，所述依据所述下肢三维重建模型构建股骨关节外畸形模型，将所述股骨关节外畸形模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统，还包括：

25、将所述下肢三维重建模型导入畸形模型构建工具，确定股骨机械轴和股骨解剖轴；

26、建立基准平面，在股骨内侧髁、外侧髁上确定股骨通髁线和股骨冠状面；

27、以股骨解剖轴确定股骨畸形分段，分别建立基准平面，选取参考平面，通过偏置确定畸形的位点，距离数值分别设置得到股骨解剖轴全长多个比例畸形位置的平面；

28、执行拆分体操作，分别以骨解剖轴全长多个比例畸形位置的平面进行拆分，获得各个位置分离的上下两截股骨；

29、对所述上下两截股骨执行移动对象操作，采用指定方位，将坐标系移动至多个比例畸形位置，在冠状面上进行角度移动功能，将角度数值分别设置为多个数值进行角度移动，获得分离并且具有角度偏移的两段股骨；

30、对两段股骨进行合并处理，选中不相连的断端并删除，对删除的断端进行智能填充，填充后畸形位置表面的粗糙执行进一步平滑处理，得到股骨关节外畸形模型；

31、依据所述股骨关节外畸形模型得到的畸形股骨文件格式保存为stl文件，并进行修补平滑处理，对股骨部件进行修补；

32、将所述stl文件的文件格式转化为mask文件。

33、根据本发明第二方面，本发明请求保护一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建装置，其特征在于，包括：

34、一个或多个处理器；

35、存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法。

36、本申请涉及三维模型重建技术领域，尤其涉及针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法和装置，扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢ct及mri数据，转换成dicom格式影像数据，存储至移动设备中；将dicom格式影像数据导入三维模型重建工具中，对dicom格式影像数据中的ct图像进行三维重建，输出下肢三维重建模型，依据下肢三维重建模型构建股骨关节外畸形模型，将股骨关节外畸形模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统。该发明对于畸形的角度可任意调节，直接导入人工智能膝关节置换模拟系统，分析不同关节外畸形对下肢力线及对全膝关节置换术的影响，帮助医生在术前进行模拟来确定关节外畸形能否通过单纯的全膝关节置换术获得正常的下肢力线。

技术特征：

1.一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，所述扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢ct及mri数据，转换成dicom格式影像数据，存储至移动设备中时，还包括：

3.根据权利要求1所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，所述将所述dicom格式影像数据导入三维模型重建工具中，对所述dicom格式影像数据中的ct图像进行三维重建，输出下肢三维重建模型，还包括：

4.根据权利要求3所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，所述在所述三维模型重建工具中对所述dicom格式影像数据进行图像定位和方向定义，还包括：

5.根据权利要求3所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，所述选择相应的细化分割结果创建蒙板，对所述蒙板进行编辑和修复，得到下肢三维候选重建模型，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法，其特征在于，所述依据所述下肢三维重建模型构建股骨关节外畸形模型，将所述股骨关节外畸形模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统，还包括：

7.一种针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建装置，其特征在于，包括：

技术总结本申请涉及三维模型重建技术领域，尤其涉及针对膝关节置换的股骨畸形下肢三维模型构建方法和装置，扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢CT及MRI数据，转换成DICOM格式影像数据，存储至移动设备中；将DICOM格式影像数据导入三维模型重建工具中，对DICOM格式影像数据中的CT图像进行三维重建，输出下肢三维重建模型，依据下肢三维重建模型构建股骨关节外畸形模型，将股骨关节外畸形模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统。该发明对于畸形的角度可任意调节，直接导入人工智能膝关节置换模拟系统，分析不同关节外畸形对下肢力线及对全膝关节置换术的影响，帮助医生在术前进行模拟来确定关节外畸形能否通过单纯的全膝关节置换术获得正常的下肢力线。技术研发人员：孟晨,李川,徐永清,张逸凌,于睿,杨晟受保护的技术使用者：中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院技术研发日：技术公布日：2024/6/11