基于ct掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及骨折內(nèi)固定導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)固定是通過骨科手術(shù)在骨折復(fù)位后用金屬或生物材料維持骨折對(duì)位和穩(wěn)定的技術(shù)。對(duì)于存在較大骨折塊或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位骨折的患者，不僅需要螺釘固定，還需要通過鎖定鋼板起到支撐固定的作用。
[0003]鎖定鋼板是一種帶有螺紋孔的骨折固定裝置，可同時(shí)具有鎖定和非鎖定孔，以供不同螺釘擰入。鎖定鋼板的固定不依靠骨摩擦力來實(shí)現(xiàn)連接，而是借助于鋼板自身的交鎖結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，鋼板與骨頭表面可留有一定間隙，消除了鋼板與骨重壓接觸的不良作用，極大改善了血運(yùn)和骨膜的生長和恢復(fù)。與傳統(tǒng)鋼板相比，因其更好的生物力學(xué)及生物學(xué)優(yōu)勢(shì)越來越受到的廣泛使用。
[0004]骨折內(nèi)固定植入，是實(shí)現(xiàn)內(nèi)固定手術(shù)效果的決定性環(huán)節(jié)，在整個(gè)手術(shù)治療中具有舉足輕重的作用。在一些復(fù)雜的骨折病例中內(nèi)固定的要求更高，需要準(zhǔn)備確定鎖定鋼板接骨板和螺釘?shù)囊?guī)格、植入位置、螺釘植入方向等因素，稍有差池可能后果都很嚴(yán)重。
[0005]數(shù)字技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，給骨科術(shù)前手術(shù)方案的實(shí)施帶來了技術(shù)支持。精確的術(shù)前計(jì)劃能減少經(jīng)驗(yàn)治療的主觀臆測(cè)，增加手術(shù)操作成功的可能性，且術(shù)前計(jì)劃也能保證術(shù)者能提前準(zhǔn)備手術(shù)過程中所需的植入物。如何在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的內(nèi)固定醫(yī)療器械模型，是進(jìn)行精準(zhǔn)骨科虛擬手術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0006]現(xiàn)有內(nèi)固定器械數(shù)字建模的方法主要包括CAD軟件輔助三維建模以及基于影像的逆向軟件建模?；贑AD軟件的三維建模，能根據(jù)實(shí)體的幾何特征進(jìn)行精確地建模，且在同系列的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，因具有相似的外形僅僅尺寸規(guī)格有所不同，通過修改關(guān)鍵的特征參數(shù)即可得到系列化產(chǎn)品，這種設(shè)計(jì)在螺釘繪制中優(yōu)勢(shì)更為突出，顯著地減少了重復(fù)建模時(shí)間。基于影像的逆向軟件建模，在骨骼三維建模方面應(yīng)用較多，應(yīng)用較多的是基于CT數(shù)據(jù)的骨骼建模。在金屬醫(yī)療器械建模方面，根據(jù)激光掃描，通過物體表面光線投影來獲取物體的表面信息，能實(shí)現(xiàn)掃描件的快速數(shù)據(jù)獲取，可實(shí)現(xiàn)批量的數(shù)據(jù)建模。
[0007]基于CAD軟件的三維建模，能根據(jù)實(shí)體的幾何特征進(jìn)行精確地建模，其前提是需具備實(shí)體的原始數(shù)據(jù)或工程草圖，較適合于規(guī)則實(shí)體的建模。通過實(shí)體測(cè)量能解決部分?jǐn)?shù)據(jù)來源問題，但受限于骨科內(nèi)固定器械表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，如表面曲率、螺紋牙距、邊緣倒圓角等，實(shí)體測(cè)量數(shù)據(jù)的可獲得性及準(zhǔn)確性均有所不足；基于影像的逆向軟件建模方面主要是激光，其精度易受實(shí)體的表面色澤、粗糙度的影響，為提高測(cè)量精度，往往需在被測(cè)表面涂上“反差增強(qiáng)劑”或做噴漆處理，重建出的模型會(huì)有所失真，且噴漆之后的內(nèi)固定器械面臨再利用問題。
[0008]同時(shí)，由于鎖定孔的方向固定，在骨科虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)中，如何再現(xiàn)“鎖定鋼板一螺釘”這一固定模式，將直接影響復(fù)雜類型骨折數(shù)字化設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。上述方法都不能很好的解決這個(gè)問題。
[0009]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法以克服現(xiàn)有技術(shù)不足甚為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法，該基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法能夠構(gòu)建具有釘?shù)赖逆i定鋼板模型，輔助骨科復(fù)位模擬具有精度高、安全性能良好的特點(diǎn)。
[0011]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn):
一種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟:
(1)將帶釘鎖定鋼板進(jìn)行CT掃描，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；
(2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘?shù)罏閰⒖迹L制虛擬釘?shù)?，通過虛擬釘?shù)滥M現(xiàn)實(shí)釘?shù)婪较颍?br> (3)通過CT掃描不帶釘?shù)逆i定鋼板，并根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建，對(duì)初始無釘鎖定鋼板進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理得到處理后的無釘鎖定鋼板模型，并對(duì)處理后的無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行體積恢復(fù)得到終版無釘鎖定鋼板模型；
(4)將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行配準(zhǔn)；
(5)通過布爾運(yùn)算，使終版無釘鎖定鋼板模型與虛擬釘?shù)赖倪M(jìn)行組合，獲得帶釘?shù)赖逆i定鋼板模型。
[0012]上述步驟(I)具體是根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)通過在三維軟件Mimics進(jìn)行三維帶釘鎖定鋼板模型重建。
[0013]上述虛擬釘?shù)赖闹睆綖?.2mm。
[0014]上述步驟(3)具體是根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)通過在三維軟件Mimics進(jìn)行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建。
[0015]上述步驟(3)中的形態(tài)學(xué)處理是值對(duì)所重建的初始無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行形態(tài)糾正。
[0016]上述步驟(3)中對(duì)重建的初始無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行形態(tài)糾正后，還包括進(jìn)行光順或者減少噪音的補(bǔ)償處理獲得處理后的無釘鎖定鋼板模型。
[0017]上述步驟(3)中的體積恢復(fù)具體是以原始無釘鎖定鋼板模型與處理后的無釘鎖定鋼板模型的體積比值的立方根作為恢復(fù)系數(shù)進(jìn)行體積恢復(fù)得到終版無釘鎖定鋼板模型。
[0018]上述步驟(4)具體是采用三維軟件Mimics將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行配準(zhǔn)的。
[0019]本發(fā)明的一種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟:(I)將帶釘鎖定鋼板進(jìn)行CT掃描，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；(2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘?shù)罏閰⒖?，繪制虛擬釘?shù)?，通過虛擬釘?shù)滥M現(xiàn)實(shí)釘?shù)婪较颍?3)通過CT掃描不帶釘?shù)逆i定鋼板，并根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建，對(duì)初始無釘鎖定鋼板進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理得到處理后的無釘鎖定鋼板模型，并對(duì)處理后的無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行體積恢復(fù)得到終版無釘鎖定鋼板模型；(4)將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進(jìn)行配準(zhǔn)；(5)通過布爾運(yùn)算，使終版無釘鎖定鋼板模型與虛擬釘?shù)赖倪M(jìn)行組合，獲得帶釘?shù)赖逆i定鋼板模型。本發(fā)明基于CT掃描的帶釘?shù)赖逆i定鋼板模型的構(gòu)建方法，能夠?qū)⑻摂M釘?shù)琅c無釘鎖定鋼板的三維重建模型配合，得到帶釘?shù)赖逆i定鋼板模型，輔助骨科復(fù)位模擬具有精度高、安全性能良好的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例2的帶釘鎖定鋼板模型的示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的無釘鎖定鋼板模型的示意圖。
[0023]圖3是繪制的虛擬釘?shù)赖氖疽鈭D。
[0024]圖4是虛擬釘?shù)琅c終版無釘鎖定鋼板模型的組合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0026]實(shí)施例1。
[0027]—種基于CT掃描的帶釘?shù)梨i定鋼板模型的構(gòu)建方法，通過如下步驟進(jìn)行的:
(I)將帶釘鎖定鋼板進(jìn)行CT掃描，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；步驟(I)具體是根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)通過在三維軟件Mimics進(jìn)行三維帶釘鎖定鋼板模型重建。
[0028](2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘?shù)罏閰⒖?，繪制直徑為2.2