[发明专利]一种骨肿瘤仿生修复系统

说明书

本发明公开了一种骨肿瘤仿生修复系统，属于计算机辅助生物医学工程领域，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；本发明构建的个性化、精准化的骨肿瘤修复系统，提高设计过程的自动化、降低设计过程的复杂度和不便性，使得最终的修复假体具有良好的生物相容性和力学性。

技术领域

本发明属于计算机辅助生物医学工程领域，具体涉及一种骨肿瘤仿生修复系统。

背景技术

由肿瘤切除引起的骨缺失是导致骨骼功能丧失的重要因素之一，对于局部骨缺失主要采用生物骨(包括：自体骨、异体骨)和人工骨两种方式进行移植修复。自体骨移植是骨修复的黄金标准，但来源、取骨量受限且对供骨区造成损伤；异体骨移植虽然不受限于来源和形状的影响，但术后排异反应、感染率较高。采用传统机加工制造的、具有一定生物相容性的人工骨被广泛应用于骨修复领域，但通常存在结构形态、力学性能方面的不匹配问题。随着近几年骨修复替代材料、骨组织工程、3D打印技术方面取得的重大进展，符合解剖学形态、具有良好生物和机械性能的3D打印骨肿瘤修复假体取得了良好的效果，在具有定制化特性的骨肿瘤修复领域将起到不可替代的作用，具有十分广泛的应用前景，受到越来越多的学者关注。

鉴于骨肿瘤发病位置、类型、尺寸大小的不确定性，面向3D打印的骨肿瘤修复需要进行术前的精准数字化修复方案设计，以逼近自体骨的外部形态、内部结构、力学性能为设计目标，并确保所构建修复模型的可制造性。骨肿瘤数字化修复方案是一个复杂的系统性方案，涉及CT影像数据的分割和骨骼表面模型的三维重建、肿瘤切除后骨缺失区域植入假体的设计、内部仿生支架结构的生成等关键技术，设计过程复杂、需要同时掌握多领域跨学科的专业知识。攻克骨肿瘤修复涉及的关键技术CT影像分割和骨骼表面模型三维重建、一体化修复假体设计、内部仿生支架结构设计，并研发形成一体化的骨肿瘤修复方法和系统，降低修复方案设计时的知识复杂度、提高效率，是骨肿瘤修复领域亟需解决的痛点，也是骨科领域研究的难点和热点。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，明提供了一种针对来源自不患者的肿瘤影像数据以及患者骨肿瘤发病位置的任意性，设计、生成一体化的仿生植入假体的方法和系统。

本发明是这样实现的：

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。

其中的输入单元用以输入患者影像数据；骨组织区域分割和表面形态重建单元用以对输入的影像数据进行超体素划分、统计机器学习分割、骨骼曲面模型重建；肿瘤骨曲面模型单元作为一体化修复假体设计的肿瘤骨曲面模型输入单元。一体化修复假体设计单元用以对肿瘤骨进行骨缺失形态复原、内部结构设计、内固定假体设计，并对人工骨假体和内固定假体融合生成一体化的植入假体。输出单元，输出仿生多孔一体化的修复假体。

其中的输入单元所接受的数据是患者影像数据，如：螺旋CT、增强CT、 CBCT等。骨组织区域分割和表面形态重建单元，其特征在于，用于对影像数据目标区域进行准确的分割和表面模型重建。骨组织区域分割和表面形态重建单元中的超体素划分是对影像数据的体素进行语义聚类生成超体素；统计机器学习分割，是基于超体素的特征表达结构，采用统计机器学习方法实现骨组织区域具有语义特性的准确分割；骨骼表面模型重建子单元，是对骨骼表面实现具有自然光顺连续、封闭特性的曲面模型重建。