[发明专利]基于模板匹配的颅缝早闭手术切割坐标生成系统

说明书

本发明属于手术模拟技术领域，具体涉及一种基于模板匹配的颅缝早闭手术切割坐标生成系统、方法、装置，旨在解决现有颅缝早闭外科手术缺乏规范和标准，导致生成的手术切割坐标差异性较大问题。本发明系统包括：重建模块，配置为获取患者原始颅骨的CT数据并重建三维模型，作为第一模型；点云配准模块，配置为通过点云配准方法计算第一模型与各第二模型的配准误差；第二模型为预构建的手术模板库中各模板对应的三维颅骨模型；将第三模型对应的颅骨切割的三维坐标进行转换，得到第一模型对应的颅骨切割坐标；第一模型为最小配准误差对应的第二模型。本发明降低了手术切割坐标生成的差异性。

技术领域

本发明属于手术模拟技术领域，具体涉及一种基于模板匹配的颅缝早闭手术切割坐标生成系统、方法、装置。

背景技术

颅缝早闭症，是不同部位的颅缝过早闭合，导致颅骨生长发生改变，影响了头颅和脑的正常发育，从而产生的一组疾病的统称。传统颅缝早闭的治疗多采用人工手术方法切割颅骨、拼接骨片进行颅骨切割重塑，以达到对称美观的效果。人工手术一般存在两方面问题，一方面人工手术过程严重依赖神经外科医生的手术经验和主观判断，手术方案随意性大，主观性强，缺乏客观的手术方案设计与评价标准，另一方面人工方法不仅费时费力，高值耗材使用多、花费大，而且手术效果不确定，难以保证一致性。此外，由于颅骨重塑对施术者准入门槛很高，符合要求的医生数量严重不足，致使我国每年能施行手术的患儿不及十分之一。因此如何降低手术门槛，提高手术效率，使广大患儿得到及时医治，避免终身残疾，是我国小儿外科领域面临的巨大挑战。

随着技术的发展，国内外逐步兴起利用计算机辅助颅缝早闭手术的相关研究。国外方面，最早始于1999年，日本大阪市综合医院(Osaka City General Hospital)首次采用术前3D建模和模拟手术切割来辅助颅骨重塑手术方案制定和实施，但受当时技术限制，手术效果不够理想。2001年，比利时圣简医院(General Hospital St.Jan)尝试利用计算机建模，相较于传统手术，大幅减少了手术时间，显著降低了术中出血量，改善了术后效果。2017年，美国德克萨斯儿童医院(Texas Children’s Hospital)采用计算机3D打印技术，在术前打印出颅骨模型，依据力学分析规划颅骨切割路径与重塑拼接方案，通过术中比对，指导手术，取得了较好的重塑效果。

国内方面，上海交通大学附属上海儿童医学影像诊断中心提出了三维打印技术在颅缝早闭患儿术前模拟的应用方法，该方法运用3D打印技术建立具有精准解剖结构的狭颅症头颅3D模型和模拟术后头颅3D模型，通过术前术后的对比获取最佳方案，进行个性化、精准化的治疗；南京市儿童医院通过术前3D建模、应力分析和狭颅症术前模拟，术后效果相较于之前的手术方案显著提升；首都医科大学附属北京天坛医院提出了计算机辅助模拟生物力学分析在治疗先天性矢状缝早闭症中的应用，该方法利用3D打印颅骨模型并结合有限元分析软件进行生物力学分析，在术前对患者手术方案进行模拟分析和优化，取得了良好的术后效果。

然而现有的方法都是针对个体病例的个体手术切割坐标进行计算机辅助下的手术方案设计，没有考虑手术的规范化和标准化，导致同一病例会生成不一致的手术效果，差异较大。基于此，本发明提出了一种基于模板匹配的颅缝早闭手术切割坐标生成系统。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有颅缝早闭外科手术缺乏规范和标准，导致生成的手术切割坐标差异性较大的问题，本发明提出了一种基于模板匹配的颅缝早闭手术切割坐标生成系统，该系统包括：模型重建模块、点云配准模块、坐标生成模块；

所述模型重建模块，配置为获取患者原始颅骨的CT数据并重建三维模型，作为第一模型；

所述点云配准模块，配置为通过点云配准方法计算所述第一模型与各第二模型的配准误差，并构建两两模型之间的旋转矩阵、平移矩阵；所述第二模型为预构建的手术模板库中各模板对应的三维颅骨模型；