[发明专利]一种基于优化曲率的髓内钉设计方法

权利要求书

1.一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：采集股骨CT图像样本并按照性别和干骺端闪烁系数将其分组，同时建立股骨曲面模型；

步骤二：选用经过股骨髓腔中心的矢状面将股骨曲面模型分为左右两部分，并在矢状面上建立坐标系，拟合股骨髓腔中心线；

步骤三：寻找反映股骨髓腔中心线曲率变化的关键点，利用关键点拟合出股骨髓腔中心线曲率函数；

步骤四：根据股骨髓腔中心线曲率函数设计髓内钉曲率，同时虚拟手术模拟髓内钉插入过程中的应力测试，微调部分关键点处曲率，最终设计出与步骤一中各个分组相符的髓内钉。

2.根据权利要求1所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤一包括：

步骤1a：股骨CT图像样本的采集和分组，随机抽取n例正常国人单侧股骨CT扫描数据并按照性别和干骺端闪烁系数分组；

步骤1b：建立股骨曲面模型，先采用手工分割和自动分割结合使用实现股骨分割，再简化和平滑股骨曲面。

3.根据权利要求1所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤二包括：

步骤2a：确定通过股骨髓腔中心的矢状面，该矢状面将股骨曲面模型分为左右两部分，且股骨髓腔中心线位于矢状面上；

步骤2b：在矢状面上建立坐标系；

步骤2c：拟合股骨髓腔中心线，拟合出反映自股骨近端小转子上20mm处至股骨远端髌骨面之间的股骨髓腔中心的曲线。

4.根据权利要求1所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤三包括：

步骤3a：初始化股骨髓腔中心线的分段点，对股骨髓腔中心曲线先初步等步长分为16段，并标记下每个分段点位置；

步骤3b：通过不断调整分段点寻找关键点，根据每个分段点的曲率与已设定的曲率阈值的比较判别每个分段是否进行合并或者等步长拆分，终止时保留下的点即为所寻找的关键点；

步骤3c：建立股骨髓腔中心线曲率变化函数，根据步骤3b中寻找的关键点建立出股骨髓腔中心线曲率变化函数。

5.根据权利要求2所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤四包括：

步骤4a：根据步骤三中建立的股骨髓腔中心线曲率函数，设计与股骨髓腔曲率相符合的髓内钉；

步骤4b：虚拟手术模拟髓内钉插入骨髓腔的过程，进行应力测试并微调部分关键点处曲率，最终设计出与步骤1a中各个分组相符的髓内钉。

6.根据权利要求2所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤1a中，所述根据性别和干骺端闪烁系数对股骨样本进行分组是指先根据性别分为男女组，然后分别对男女组根据干骺端闪烁系数将股骨形态分为三类：1.8-2.0为一类，2.0-2.8为一类，2.8-3.0为一类。

7.根据权利要求3所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤2b中，在矢状面上建立坐标系是以干骺宽度线段中心点为坐标原点O，以矢状面内指向股骨远端的方向为X轴方向，以矢状面上垂直于X轴且指向股骨后面的方向为Y轴方向。

8.根据权利要求4所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤3b中，调整分段点寻找关键点是指对于每个分段计算出 的数值；设定一个分类阈值，当 小于给定的分类阈值时则考虑将该分段与相邻分段中曲率最接近的段合并为一段；反之，当 大于给定的分类阈值时则考虑继续将此分段一分为两段，同时，对新得到的两个分段继续进行计算 ，不断重复以上步骤直至终止。

9.根据权利要求4所述的一种基于优化曲率的髓内钉设计方法，其特征在于，所述步骤3c中，股骨髓腔中心线曲率变化函数反映股骨髓腔曲率变化，由离散的点组成，记为Y(X)。