针对膝关节置换的侧副韧带下肢三维模型构建方法和装置与流程

本技术涉及三维模型重建，尤其涉及针对膝关节置换的侧副韧带下肢三维模型构建方法和装置。

背景技术：

1、膝关节骨性关节炎属于一种由多种因素而导致的退行性病变。相关资料显示，在日常生活中，过度劳累、外伤以及膝关节退行性病变均有可能诱发该病。从发病年龄的角度来看，该病在中老年人群中的发病率相对较高。在临床过程中，该病发病初期的症状相对较为轻微，若患者不能及时接受相应的医疗干预，则症状可逐渐加重，从而导致患者膝关节出现肿胀与疼痛等表现。全膝关节置换术对于膝关节骨性关节炎终末期患者是一种成熟且有效的手术方式。近年来随着人工智能的发展，通过计算机个性化的术前规划以及机器人机械臂或3d打印截骨导板的精准化导航，可以实现下肢力线的矫正。临床上下肢内外翻严重的膝骨关节炎患者或伴有股骨或胫骨骨性关节炎的患者在全膝关节置换术时要进行偿性内外侧不等量截骨，易造成侧副韧带的损伤。

2、目前市面上的人工智能规划系统未进行韧带重建，通过重建韧带可以清楚的反映出全膝关节置换术中截骨时是否会损伤到侧副韧带。

3、但目前应用于人工智能术前规划的全下肢三维模型为ct重建骨性结构对于下肢内外翻严重的膝骨关节炎患者或伴有股骨或胫骨骨性关节炎的患者在全膝关节置换术时要进行偿性内外侧不等量截骨，易造成侧副韧带的损伤，以往的膝关节置换模型中并未添加侧副韧带。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供针对膝关节置换的侧副韧带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，本技术提供如下技术方案：

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侧副韧带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图像及mri图像，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图像和mri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侧副韧带下肢模型，将所述侧副韧带下肢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图像及mri图像，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或磁共振扫描床上，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、扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢ct图像时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、扫描需要规划全膝关节置换术患者的下肢mri图像时，扫描范围为膝关节上方20cm至下方20cm，内外侧副韧带的图像,扫描层厚1mm，获取包含有用结构的有效二维mri图像574层。

14、进一步的，对所述dicom格式影像数据中的ct图像进行三维重建时，还包括：

15、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；

16、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；

17、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；

18、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；

19、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；

20、将所述下肢三维重建模型以stl文件格式保存。

21、进一步的，对所述dicom格式影像数据中的mri图像进行三维重建时，还包括：

22、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；

23、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；

24、对所述dicom格式影像数据进行图像分割，执行膝关节骨性结构的分割和侧副韧带的分割；

25、创建出带有侧副韧带的膝关节蒙板，并编辑蒙板，对膝关节的mri数据进行手动编辑和修复，得到下肢三维候选重建模型；

26、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、体积参数的测量，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；

27、将所述下肢三维重建模型以stl文件格式保存。

28、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：

29、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。

30、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：

31、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。

32、进一步的，所述依据所述下肢三维重建模型构建侧副韧带下肢模型，将所述侧副韧带下肢模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统，还包括：

33、将所述下肢三维重建模型导入畸形模型构建工具；

34、选取所述下肢三维重建模型的ct及mri三维模型膝关节的3个相同骨性标志进行配准；

35、选择对齐方式与ct三维模型，确定mri三维模型膝关节，设置距离阈值模型为手动并调节距离阈值、迭代参数和子样本百分比，配准后在解剖结构上完成两种模型的空间重合得到侧副韧带下肢模型；

36、将所述侧副韧带下肢模型导入mimics 19.0软件中，将文件格式转化为mask文件。

37、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侧副韧带下肢三维模型构建装置，其特征在于，包括：

38、一个或多个处理器；

39、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侧副韧带下肢三维模型构建方法。

40、本技术涉及三维模型重建技术领域，尤其涉及针对膝关节置换的侧副韧带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图像及mri图像，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图像和mri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侧副韧带下肢模型，将侧副韧带下肢模型导入人工智能膝关节置换手术规划系统。该发明在膝关节置换模型中添加侧副韧带，通过重建韧带可以清楚的反映出全膝关节置换术中截骨时是否会损伤到侧副韧带，对于下肢内外翻严重的膝骨关节炎患者在全膝关节置换术时要进行偿性内外侧不等量截骨，降低侧副韧带的损伤。