[发明专利]一种个性化膝关节假体模型的快速构建方法及系统

权利要求书

1.一种个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于包括：

获取膝关节CT图像，对所有CT图像进行预处理得到去噪后的二值图像，基于二值图像进行面绘制重构得到多个膝关节整体模型；

采用网格连通性分析方式对多个膝关节整体模型中的股骨模型、胫骨模型进行分离，借助最小二乘法、坐标系转换方式对分离出的股骨模型、胫骨模型分别进行保留所需固定长度的切割；

选取一组BMI指数接近病例的健康人体的股骨模型数据，采用配准方式将股骨模型全部近似叠加，设定保留比阈值，基于该保留比阈值确定需要保留或调整的网格模型顶点，并对顶点执行保留或调整操作，最终得到不包含任何健康个例特征的平均股骨模型，采用相同的方式获取平均胫骨模型；

基于空间顶点投影、最小二乘法模拟平面切图并结合膝关节旋转轴多个参考线的位置关系得到平均股骨模型的近似旋转轴；

根据近似旋转轴模拟平均股骨模型在屈伸角度下各个角度的旋转结果，基于人体膝关节屈伸运动过程中股骨后踝连线轴线和手术后髁轴线位置关系近似不变的特性对各个屈伸角度下的粗略模拟旋转结果进行修正调整，从而得到精确的各个屈伸角度下平均股骨模型的精准位置；

将接近病例大小的平均股骨模型与病例的股骨模型进行配准对齐，展示并分析病例病情，确定病例股骨模型中需切除的患病部分并切除该患病区域，在平均股骨模型上执行相同位置的切割操作，基于布尔运算生成初始的股骨假体模型，采用相同的方式获得初始的半月板假体模型和胫骨平台模型；

结合所述各个屈伸角度下平均股骨模型的精准位置修正假体模型中的半月板部分，从而得到各个屈伸角度下均符合人体运动特性的膝关节假体模型。

2.根据权利要求1所述的个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于：读取去噪后的二值图像并进行最大轮廓筛选、对最大轮廓所圈出来的区域进行腐蚀、膨胀从而去除CT图像中的散点以及可能产生的缺失部分的干扰，最后进行面绘制重构得到膝关节整体模型。

3.根据权利要求1所述的个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于：采用最小二乘法拟合得到股骨模型的底面平面方程，再以该平面为xoy平面，其法向量为z轴建立一个新的坐标系，在该坐标系中通过寻找最大z值从而确定股骨模型顶端的位置，在找到顶端后向下进行所需固定长度的保留，从而确保后续每组参加运算的股骨模型均近似等长，采用相同的方式对胫骨模型进行保留所需固定长度的切割。

4.根据权利要求1所述的个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于：获取平均股骨模型时：对于选取的BMI指数接近病例的各个健康股骨模型，利用改进的ICP配准方法将其全部移动到空间中相同的位置，基于设定的保留比阈值确定保留、调整网格模型顶点，具体方式为：假定模型数为n，设定的保留比阈值为k，如果某个顶点附近的顶点数大于k*n，则该顶点结合所有其他附近顶点根据均值调整位置，否则视为特异点，不保留；最终得到该组的不包含任何健康个例特征的平均股骨模型。

5.根据权利要求1所述的个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于：获取平均股骨模型的近似旋转轴时：基于最小二乘法拟合平均股骨模型底面，设置一定的模拟厚度，以该底面为参考面，其法向量为方向，进行模拟切割平均股骨模型并投影，从而得到平均股骨模型的模拟平面切图，在所有的模拟平面切图中找到面积最大的一幅图像，在该幅图像中通过分析最小凸包的顶点位置得到股骨旋转模拟轴的参考线股骨后踝连线，借助参考线股骨后踝连线轴线与手术后髁轴线近似平行的位置关系确定手术后髁轴线的位置，该轴线即为平均股骨模型的近似旋转轴。

6.根据权利要求1所述的个性化膝关节假体模型的快速构建方法，其特征在于：对各个屈伸角度下的粗略模拟旋转结果进行修正调整时：借助近似旋转轴初步模拟股骨的不同角度的旋转位置，在股骨沿所述近似旋转轴旋转某个角度后，基于人体屈伸运动过程中股骨与胫骨的冠状面的最长轴间的角度关系以及股骨与胫骨的最小距离均近似不变的两个特性，标记并分析股骨初始与胫骨平台平面接近平行的两个特征点的旋转前位置和旋转后位置，计算出旋转修正轴、旋转修正角和修正位移量。