[发明专利]一种骨肿瘤仿生修复系统

权利要求书

1.一种骨肿瘤仿生修复系统，其特征在于，所述的系统包括骨肿瘤影像数据输入单元，骨组织区域分割和表面形态重建单元，骨肿瘤曲面模型单元，一体化修复假体设计单元，仿生多空一体化修复假体输出单元；其中，所述的骨组织区域分割和表面形态重建单元包括超体素划分子单元、统计机器学习分割子单元、骨骼曲面模型重建子单元；一体化修复假体设计单元包括骨缺失形态复原子单元、内部结构设计子单元、内固定假体设计子单元；

所述的骨肿瘤影像数据输入单元用于系统读取并解析来自不同患者、不同类型的骨肿瘤影像数据，数据包括人体206块骨骼任意位置的骨肿瘤影像数据；所述的骨组织区域分割和表面形态重建单元，首先针对骨肿瘤可能发生在人体206块骨骼任意位置的特性，进行骨组织区域分割，对分割出的数据，采用曲面模型重建算法；所述的超体素划分子单元是对经骨组织边界增强和内部孔洞填充后的影像数据，设计超体素的特征结构表达式、邻近超体素对的相似度函数，根据相似度函数优先合并隶属于同一组织区域内的超体素，采用具有语义聚类的操作生成超体素集合；所述的统计机器学习分割子单元是采用统计机器学习方法首先对骨组织区域具有语义特性的一次分类，二次或多次分类，实现对骨组织区域的分割；所述骨骼曲面模型重建子单元是采用非刚体变形映射的方法包络、逼近骨骼内外边界体素信息，从而实现对骨骼的网格曲面重建；

经由超体素划分、统计机器学习分割 、骨骼曲面模型重建子单元操作后，输出的模型为具有自然光顺连续、封闭特性的骨骼表面曲面模型，其作为肿瘤骨曲面模型单元的输入数据，所述肿瘤骨曲面模型单元对应数据为一体化修复假体设计单元的输入数据；所述一体化修复假体设计单元，首先基于邻近骨、肿瘤空间位置约束，设计构建基于体空间的形态复原架构，实现骨缺失区域和功能的准确恢复；在骨缺失形态复原的基础上，从几何及量化的角度对接触稳定性、可安装性、面积最小化进行描述，实现满足医学约束条件的内固定假体设计，并与人工骨假体融合生成一体化的植入假体；所述的一体化修复假体设计单元包括骨缺失形态复原子单元、内部结构设计子单元、内固定假体设计子单元。

2.根据权利要求1所述的一种骨肿瘤仿生修复系统，其特征在于，所述骨缺失形态复原子单元是对骨肿瘤切除后造成的缺失区域进行具有符合骨骼空间位置约束、结构形态约束以及满足肢体功能恢复要求的骨缺失形态的复原；包括：基于骨骼轮廓特征信息的配准算法，实现模板骨和肿瘤骨健康区域的位置匹配，根据邻近骨、剩余健康骨空间位置约束，采用基于体空间的模板骨变形、配准调整架构，实现骨缺失区域的复原；所述的内部结构设计子单元用以对人工骨假体设计内部仿生结构，包括：采用基于拓扑优化调和场的内部大小可调的微孔和微孔道组成的负型结构，经与人工骨假体的布尔运算即得到骨骼内部的仿生结构；所述的内固定假体设计子单元包括：采用几何及可量化的方式，设计贴合于骨骼表面的自由形态内固定假体，通过等距加厚、倒角、内部蜂窝设计、力学仿真分析得到最终的自由形态轻量化内固定假体。

3.根据权利要求1所述的一种骨肿瘤仿生修复系统，其特征在于，所述的一体化修复假体设计单元包括：采用布尔运算将人工骨假体和内固定假体融合在一起，通过虚拟安装仿真实验，最终完成整个骨肿瘤修复方案的设计流程。