一种膝关节置换导航方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及膝关节置换导航，尤其涉及一种膝关节置换导航方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、膝关节置换导航是一种先进的医疗技术，导航系统可以根据患者特定的解剖结构进行个性化的术前设计，以满足膝关节重建的需要。膝关节主要包括股骨远端与胫骨近端。股骨的精确建模在膝关节置换导航中扮演着至关重要的角色，准确的股骨模型可以进行准确的个性化手术规划，提高手术的成功率。

2、传统方式通常基于ct扫描数据三维重建，通过采集患者股骨ct断层扫描数据，构建股骨的三维模型。ct扫描设备有限，患者可能需要预约或住院等待一段时间才能进行扫描，导致股骨三维模型建模时间较长、手术规划时间较长，进而导致膝关节置换导航的整体效率降低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种膝关节置换导航方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有膝关节置换导航方式效率较低的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种膝关节置换导航方法，包括：获取股骨的多个基准点，其中，所述股骨基准点包括股骨头中心、股骨远端机械轴点、股骨远端内侧副韧带附着点中心和股骨远端外侧副韧带附着点中心；基于所述股骨基准点，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型，其中，各股骨基准点与初配准三维模型中相应特征点对齐；在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云；以所述点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型；基于所述精配准三维模型，进行膝关节置换导航。

3、在一种可能的实现方式中，在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云包括：针对所述股骨远端的关节面的任一区域，获取多个测量点，并生成该区域点云，其中，所述区域包括股骨远端内侧关节面、股骨远端外侧关节面和股骨远端前外侧皮质区域；所述获得精配准三维模型包括：针对所述区域点云中的任一点，在初配准三维模型相应区域中确定对应点；基于uv展开，以所述区域点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型。

4、在一种可能的实现方式中，所述基于uv展开，以所述区域点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型包括：将所述区域点云、所述初配准三维模型相应区域，分别uv映射至同一二维uv空间；在所述二维uv空间中，以所述区域点云中任一点为形变目标，基于最近点误差最小原则，将初配准三维模型相应点进行形变，获得精配准三维模型。

5、在一种可能的实现方式中，所述基于所述股骨基准点，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型包括：基于所述股骨基准点与预设股骨标准三维模型对应点的差异，确定旋转矩阵、平移向量和缩放矩阵；基于所述旋转矩阵、平移向量和缩放矩阵，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型。

6、在一种可能的实现方式中，所述基于所述旋转矩阵、平移向量和缩放矩阵，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型包括：基于以下变换矩阵，得到初配准三维模型：

7、

8、

9、其中，t′表示变换矩阵，r表示旋转矩阵，t表示平移向量，s表示缩放矩阵；sx、sy、sz分别表示沿x、y、z周的缩放因子；tx、ty、tz分别表示沿x、y、z轴的平移距离；rij表示旋转角度。

10、在一种可能的实现方式中，所述股骨远端的关节面包括股骨远端前外侧皮质区域；所述点云包括股骨远端前外侧皮质区域点云；以所述点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型包括：在所述股骨远端前外侧皮质区域点云中，获取股骨远端前外侧皮质区域向股骨矢状面的投影，并将所述投影构成的第一弧线作为形变目标；获取初配准三维模型中股骨远端前外侧皮质区域向股骨矢状面投影的第二弧线；基于第一弧线上各点与第二弧线最近点的差异，确定初配准三维模型的各点的形变方向与形变量；所述初配准三维模型基于所述形变方向与形变量进行形变，获得精配准三维模型。

11、在一种可能的实现方式中，在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云包括：在所述股骨远端的关节面上，按预设s型的取样路径进行取样，获取多个测量点；将所述多个测量点进行去噪，生成点云。

12、第二方面，本发明提供了一种膝关节置换导航装置，包括：

13、第一获取模块，用于获取股骨的多个基准点，其中，所述股骨基准点包括股骨头中心、股骨远端机械轴点、股骨远端内侧副韧带附着点中心和股骨远端外侧副韧带附着点中心；

14、初配模块，用于基于所述股骨基准点，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型，其中，各股骨基准点与初配准三维模型中相应特征点对齐。

15、第二获取模块，用于在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云。

16、精配模块，用于以所述点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型。

17、导航模块，用于基于所述精配准三维模型，进行膝关节置换导航。

18、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

19、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

20、本发明提供一种膝关节置换导航方法、装置、电子设备及存储介质。本发明通过基于股骨基准点初步调整预设的股骨标准三维模型，再基于股骨远端关节面的点云，随后通过模型形变、修正初配准三维模型，得到精配准三维模型，以实现膝关节置换导航。一方面通过对标准模型进行模型形变、股骨远端点云修正，确保关键的股骨远端模型精准性、保障膝关节置换导航，避免对整个股骨进行逐个断层扫描建模，提升效率；另一方面，针对股骨模型不同部分采用不同建模策略，简化模型、提升模型构建效率，进而提升了膝关节置换导航的整体效率。

技术特征：

1.一种膝关节置换导航方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云包括：

3.根据权利要求2所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，所述基于uv展开，以所述区域点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型包括：

4.根据权利要求1所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，所述基于所述股骨基准点，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型包括：

5.根据权利要求4所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，所述基于所述旋转矩阵、平移向量和缩放矩阵，对预设股骨标准三维模型进行旋转、平移和拉伸，得到初配准三维模型包括：

6.根据权利要求1所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，所述股骨远端的关节面包括股骨远端前外侧皮质区域；所述点云包括股骨远端前外侧皮质区域点云；以所述点云为形变目标，对所述初配准三维模型进行形变，获得精配准三维模型包括：

7.根据权利要求1所述的膝关节置换导航方法，其特征在于，在所述股骨远端的关节面上，获取多个测量点，并生成点云包括：

8.一种膝关节置换导航装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述膝关节置换导航方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述膝关节置换导航方法的步骤。

技术总结本发明提供一种膝关节置换导航方法、装置、电子设备及存储介质，属于膝关节置换导航技术领域。本发明通过基于股骨基准点初步调整预设的股骨标准三维模型，再基于股骨远端关节面的点云，随后通过模型形变、修正初配准三维模型，得到精配准三维模型，以实现膝关节置换导航。一方面通过对标准模型进行模型形变、股骨远端点云修正，确保关键的股骨远端模型精准性、保障膝关节置换导航，避免对整个股骨进行逐个断层扫描建模，提升效率；另一方面，针对股骨模型不同部分采用不同建模策略，简化模型、提升模型构建效率，进而提升了膝关节置换导航的整体效率。技术研发人员：王飞,李严,柴立平,李姣,康慧君,陈晓波受保护的技术使用者：河北瑞鹤医疗器械有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2