一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種基于數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括以下步驟:針對骨科患者的患病部位進行CT掃描,獲得相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)。利用患者CT影像進行三維重建和復(fù)位,在模型的參數(shù)指導(dǎo)下完成植入物的設(shè)計、螺釘孔的位置確定、螺釘型號選型等工作,最后采用3D打印技術(shù)打印患者部位的仿真模型(包括手術(shù)輔助導(dǎo)板),通過對仿真模型進行修復(fù)、定位、固定等一系列的術(shù)前模擬,進一步提高骨科患者手術(shù)的可操作性和精度,降低手術(shù)風(fēng)險,同時也為患者個性化定制提供了新的實踐方法。
【專利說明】
一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于骨科手術(shù)領(lǐng)域,涉及CT數(shù)據(jù)三維重建,手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計,植入物虛擬裝配,3D打印病體模型,輔助術(shù)前規(guī)劃,手術(shù)模擬。
技術(shù)背景
[0002]目前,傳統(tǒng)的骨骼修復(fù)手術(shù)過程是,醫(yī)生根據(jù)患者拍攝患病部位的CT影像數(shù)據(jù),憑借經(jīng)驗判斷骨骼的形狀、大小、周圍組織及損傷情況,給患者制定手術(shù)方案。由于這個過程沒有精確的模型指導(dǎo),完全依賴于醫(yī)生的主觀判斷,特別對于高難度、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的骨科手術(shù),僅憑醫(yī)生的經(jīng)驗往往會帶來致命的危險,易于損傷神經(jīng)、血管、病體周圍的重要臟器,增加了手術(shù)的風(fēng)險。
[0003]傳統(tǒng)的骨骼修復(fù)手術(shù)中植入物和手術(shù)輔助導(dǎo)板的設(shè)計主要是借助第三方工程軟件進行,設(shè)計過程較復(fù)雜,而且不能與患者的CT數(shù)據(jù)有機的結(jié)合在一起,導(dǎo)致設(shè)計的模型精度不夠,病人術(shù)后康復(fù)緩慢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種數(shù)字化骨骼手術(shù)修復(fù)方法和系統(tǒng),改善現(xiàn)有的骨骼手術(shù)修復(fù)方法:醫(yī)生根據(jù)患者的CT數(shù)據(jù),判斷受損部位的嚴(yán)重情況,制定手術(shù)方案和實施手術(shù),手術(shù)方案不直觀且沒有考慮到實施的可操作性,給手術(shù)帶來較大的風(fēng)險;以及現(xiàn)有的計算機輔助軟件所提供的骨骼修復(fù)手術(shù)方法,缺乏植入物的設(shè)計、虛擬裝配、手術(shù)輔助導(dǎo)板制作等功能,而且三維重建后的模型不能直接輸出到快速成型設(shè)備中,以便于快速制造出模型來用于術(shù)前模擬。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法,該方法包括以下步驟:
[0006]對患者患病部位進行掃描,獲得患者影像數(shù)據(jù);
[0007]導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù),根據(jù)患者局部的骨組織、軟組織、血管、神經(jīng)等進行組織體積分割;
[0008]將患病部位進行三維重建和復(fù)位;
[0009]根據(jù)構(gòu)建的三維模型進行植入物設(shè)計、螺釘孔位置確定、螺釘型號選擇、植入物虛擬裝配、手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計等工作;
[0010]將患者骨頭三維重建模型、植入物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中;
[0011]利用快速成型設(shè)備,制作患者患病部位的骨頭模型、植入物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板;
[0012]使用快速成型后的模型進行術(shù)前規(guī)劃,手術(shù)模擬。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于提供一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)設(shè)計系統(tǒng),包括:
[0014]CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能;
[0015]組織體積分割功能,采用閾值分割法對體組織數(shù)據(jù)進行分割;
[0016]體數(shù)據(jù)表面光滑、簡化等功能;
[0017]三維顯示功能,將患者骨組織、軟組織三維的顯示在計算機中;
[0018]具有用戶實時交互功能,提供物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點、組織表面坐標(biāo)點的拾取、三維測量等實時交互操作;
[0019]通過輪廓線、標(biāo)志點等設(shè)計植入物的功能;
[0020]具有植入物虛擬裝配功能。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]醫(yī)生在術(shù)前可以根據(jù)快速制造的模型進行術(shù)前模擬,根據(jù)模擬結(jié)果,使得手術(shù)路徑的選擇及細節(jié)問題的處理更加面面?zhèn)樀?,制定出更加合理的手術(shù)方案,達到微創(chuàng)手術(shù),精準(zhǔn)骨骼復(fù)位的效果。整個手術(shù)過程采用數(shù)字化設(shè)計和制作,提高了植入物和手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件精確度,大大降低了手術(shù)的風(fēng)險;手術(shù)導(dǎo)板的快速制作,縮短了整個手術(shù)的周期;3D打印實物模型,讓醫(yī)患之間的溝通更加簡單直接,術(shù)者信心增加。本方法和系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于骨骼修復(fù)手術(shù)領(lǐng)域。
[0023]整個骨骼修復(fù)手術(shù)過程中引入快速成型設(shè)備,加快了植入物、手術(shù)導(dǎo)板等零件的快速制造過程,加工周期縮短至兩三天,為術(shù)前實物模擬奠定了基礎(chǔ)。采用快速成型設(shè)備制作的植入物模型、手術(shù)導(dǎo)板等零件與三維圖形數(shù)據(jù)誤差小,貼合更加吻合。
【附圖說明】
[0024]圖1為一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法的流程圖;
[0025]圖2為一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定發(fā)明。
[0027]圖1示出了本發(fā)明實施例的實現(xiàn)流程。
[0028]—種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法,該方法包括以下步驟:
[0029]在步驟11中,對患者受損部位進行掃描,獲得影像數(shù)據(jù);
[0030]在步驟12中,根據(jù)CT數(shù)據(jù)進行三維重建和復(fù)位;
[0031]在步驟13中,根據(jù)三維重建的模型設(shè)計植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板、固定方式等;
[0032]在步驟14中,將植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型設(shè)備,進行快速制造;
[0033]在步驟15中,利用快速成型制造出的實物模型,進行術(shù)前模擬,根據(jù)模擬結(jié)果,制定出合理的手術(shù)方案。
[0034]在本發(fā)明實施例中,對利用患者受損部位CT圖像進行三維重建和復(fù)位的實現(xiàn)方法為:導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù),對患者的數(shù)據(jù)進行閾值分割,構(gòu)建骨結(jié)構(gòu)的三維模型;將患者的三維骨結(jié)構(gòu)和軟組織狀況真實完整地顯示在計算機中;通過對物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點、組織表面坐標(biāo)點的拾取、三維測量等實時交互操作,實現(xiàn)骨骼手術(shù)的模擬。
[0035]在本發(fā)明實施例中,制作骨骼實物模型、植入物實物模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板的實現(xiàn)方法為:提取骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等零件的三維模型信息,對模型進行光滑、簡化等處理后,將骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等模型三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型設(shè)備,快速制造出骨骼、 植入物的實物模型和手術(shù)輔助導(dǎo)板。
[0036]圖2示出了本發(fā)明實例提供的數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,該系統(tǒng)包括:
[0037]三維重建模塊21,利用患者CT圖像構(gòu)建三維模型。該模塊包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、對體組織數(shù)據(jù)進行閾值分割、區(qū)域分割;
[0038]體組織數(shù)據(jù)處理模塊22,用于對體組織數(shù)據(jù)進行光滑、簡化、網(wǎng)格重建;
[0039]三維顯示模塊23,用于對物體鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點、組織表面坐標(biāo)點的拾取、三維測量等,在三維視圖上任意選擇要觀察截面的位置,得到任意局部的骨組織結(jié)構(gòu)、神經(jīng)等信息;
[0040]虛擬裝配模塊24,用于對植入物、手術(shù)導(dǎo)板、固定螺釘?shù)攘慵M行虛擬裝配,以檢查模型間匹配程度及是否干涉;
[0041]快速成型模塊25,用于骨骼、植入物、手術(shù)輔助導(dǎo)板等模型快速成型制造。
【主權(quán)項】
1.一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng),其特征在于該方法和系統(tǒng)包括以下步驟: 對患者患病部位進行掃描,獲得患者影像數(shù)據(jù);導(dǎo)入患者CT數(shù)據(jù),根據(jù)患者局部的骨組織、軟組織、血管、神經(jīng)等進行組織體積分割; 將患病部位進行三維重建和復(fù)位;根據(jù)構(gòu)建的三維模型進行植入物設(shè)計、螺釘孔位置確定、螺釘型號選擇、植入物虛擬裝 配、手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計等工作;將患者骨骼的三維重建數(shù)據(jù)模型、植入物數(shù)據(jù)模型、手術(shù)輔助導(dǎo)板數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入快速 成型設(shè)備中;利用快速成型設(shè)備,制造出患者患病部位的骨骼實物模型、植入物實物模型、手術(shù)輔助 導(dǎo)板實物模型;使用快速成型后的實物模型進行術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)模擬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和系統(tǒng),其特征在于:在上述所述的步驟中,也可以將三 維重建的模型導(dǎo)入其他有限元分析軟件中,對患者部位的植入物進行受力分析,以驗證植 入物的可靠性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和系統(tǒng),其特征在于:所述的快速成型設(shè)備為3D打印機。4.一種數(shù)字化骨骼修復(fù)手術(shù)方法和系統(tǒng),其特征在于,該方法和系統(tǒng)包括以下功能:CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能;組織體積分割功能,采用閾值分割法對體數(shù)據(jù)進行分割;體數(shù)據(jù)表面光滑、簡化等功能;三維顯示功能,將患者骨組織、軟組織三維的顯示在計算機中;具有用戶實時交互功能,提供物體的鼠標(biāo)拾取、鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)、鼠標(biāo)取點、組織表面坐標(biāo)點 的拾取、三維測量等實時交互操作;通過輪廓線、標(biāo)志點等設(shè)計植入物的功能;具有植入物虛擬裝配功能。
【文檔編號】A61B17/56GK105982722SQ201510051297
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】楊途軍, 姜國慶, 姬新智, 劉永峰
【申請人】北京大璞三維科技有限公司