基于ct掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及骨折內固定導航技術領域，特別是涉及一種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法。
【背景技術】
[0002]內固定是通過骨科手術在骨折復位后用金屬或生物材料維持骨折對位和穩定的技術。對于存在較大骨折塊或者結構復雜部位骨折的患者，不僅需要螺釘固定，還需要通過鎖定鋼板起到支撐固定的作用。
[0003]鎖定鋼板是一種帶有螺紋孔的骨折固定裝置，可同時具有鎖定和非鎖定孔，以供不同螺釘擰入。鎖定鋼板的固定不依靠骨摩擦力來實現連接，而是借助于鋼板自身的交鎖結構來實現，鋼板與骨頭表面可留有一定間隙，消除了鋼板與骨重壓接觸的不良作用，極大改善了血運和骨膜的生長和恢復。與傳統鋼板相比，因其更好的生物力學及生物學優勢越來越受到的廣泛使用。
[0004]骨折內固定植入，是實現內固定手術效果的決定性環節，在整個手術治療中具有舉足輕重的作用。在一些復雜的骨折病例中內固定的要求更高，需要準備確定鎖定鋼板接骨板和螺釘的規格、植入位置、螺釘植入方向等因素，稍有差池可能后果都很嚴重。
[0005]數字技術和醫學影像技術的發展，給骨科術前手術方案的實施帶來了技術支持。精確的術前計劃能減少經驗治療的主觀臆測，增加手術操作成功的可能性，且術前計劃也能保證術者能提前準備手術過程中所需的植入物。如何在虛擬環境中再現現實的內固定醫療器械模型，是進行精準骨科虛擬手術的關鍵環節。
[0006]現有內固定器械數字建模的方法主要包括CAD軟件輔助三維建模以及基于影像的逆向軟件建模。基于CAD軟件的三維建模，能根據實體的幾何特征進行精確地建模，且在同系列的產品的設計中，因具有相似的外形僅僅尺寸規格有所不同，通過修改關鍵的特征參數即可得到系列化產品，這種設計在螺釘繪制中優勢更為突出，顯著地減少了重復建模時間。基于影像的逆向軟件建模，在骨骼三維建模方面應用較多，應用較多的是基于CT數據的骨骼建模。在金屬醫療器械建模方面，根據激光掃描，通過物體表面光線投影來獲取物體的表面信息，能實現掃描件的快速數據獲取，可實現批量的數據建模。
[0007]基于CAD軟件的三維建模，能根據實體的幾何特征進行精確地建模，其前提是需具備實體的原始數據或工程草圖，較適合于規則實體的建模。通過實體測量能解決部分數據來源問題，但受限于骨科內固定器械表面結構的復雜性，如表面曲率、螺紋牙距、邊緣倒圓角等，實體測量數據的可獲得性及準確性均有所不足；基于影像的逆向軟件建模方面主要是激光，其精度易受實體的表面色澤、粗糙度的影響，為提高測量精度，往往需在被測表面涂上“反差增強劑”或做噴漆處理，重建出的模型會有所失真，且噴漆之后的內固定器械面臨再利用問題。
[0008]同時，由于鎖定孔的方向固定，在骨科虛擬手術設計中，如何再現“鎖定鋼板一螺釘”這一固定模式，將直接影響復雜類型骨折數字化設計的精準性。上述方法都不能很好的解決這個問題。
[0009]因此，針對現有技術不足，提供一種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法以克服現有技術不足甚為必要。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法，該基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法能夠構建具有釘道的鎖定鋼板模型，輔助骨科復位模擬具有精度高、安全性能良好的特點。
[0011]本發明的上述目的通過以下技術措施實現:
一種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法，包括如下步驟:
(1)將帶釘鎖定鋼板進行CT掃描，根據CT掃描數據進行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；
(2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘道為參考，繪制虛擬釘道，通過虛擬釘道模擬現實釘道方向；
(3)通過CT掃描不帶釘的鎖定鋼板，并根據CT掃描數據進行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建，對初始無釘鎖定鋼板進行形態學處理得到處理后的無釘鎖定鋼板模型，并對處理后的無釘鎖定鋼板模型進行體積恢復得到終版無釘鎖定鋼板模型；
(4)將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進行配準；
(5)通過布爾運算，使終版無釘鎖定鋼板模型與虛擬釘道的進行組合，獲得帶釘道的鎖定鋼板模型。
[0012]上述步驟(I)具體是根據CT掃描數據通過在三維軟件Mimics進行三維帶釘鎖定鋼板模型重建。
[0013]上述虛擬釘道的直徑為2.2mm。
[0014]上述步驟(3)具體是根據CT掃描數據通過在三維軟件Mimics進行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建。
[0015]上述步驟(3)中的形態學處理是值對所重建的初始無釘鎖定鋼板模型進行形態糾正。
[0016]上述步驟(3)中對重建的初始無釘鎖定鋼板模型進行形態糾正后，還包括進行光順或者減少噪音的補償處理獲得處理后的無釘鎖定鋼板模型。
[0017]上述步驟(3)中的體積恢復具體是以原始無釘鎖定鋼板模型與處理后的無釘鎖定鋼板模型的體積比值的立方根作為恢復系數進行體積恢復得到終版無釘鎖定鋼板模型。
[0018]上述步驟(4)具體是采用三維軟件Mimics將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進行配準的。
[0019]本發明的一種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法，包括如下步驟:(I)將帶釘鎖定鋼板進行CT掃描，根據CT掃描數據進行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；(2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘道為參考，繪制虛擬釘道，通過虛擬釘道模擬現實釘道方向；(3)通過CT掃描不帶釘的鎖定鋼板，并根據CT掃描數據進行三維初始無釘鎖定鋼板模型重建，對初始無釘鎖定鋼板進行形態學處理得到處理后的無釘鎖定鋼板模型，并對處理后的無釘鎖定鋼板模型進行體積恢復得到終版無釘鎖定鋼板模型；(4)將帶釘鎖定鋼板模型與終版無釘鎖定鋼板模型進行配準；(5)通過布爾運算，使終版無釘鎖定鋼板模型與虛擬釘道的進行組合，獲得帶釘道的鎖定鋼板模型。本發明基于CT掃描的帶釘道的鎖定鋼板模型的構建方法，能夠將虛擬釘道與無釘鎖定鋼板的三維重建模型配合，得到帶釘道的鎖定鋼板模型，輔助骨科復位模擬具有精度高、安全性能良好的特點。
【附圖說明】
[0020]結合附圖對本發明作進一步的描述，但附圖中的內容不構成對本發明的任何限制。
[0021]圖1是本發明實施例2的帶釘鎖定鋼板模型的示意圖。
[0022]圖2是本發明實施例2的無釘鎖定鋼板模型的示意圖。
[0023]圖3是繪制的虛擬釘道的示意圖。
[0024]圖4是虛擬釘道與終版無釘鎖定鋼板模型的組合示意圖。
【具體實施方式】
[0025]結合以下實施例對本發明作進一步描述。
[0026]實施例1。
[0027]—種基于CT掃描的帶釘道鎖定鋼板模型的構建方法，通過如下步驟進行的:
(I)將帶釘鎖定鋼板進行CT掃描，根據CT掃描數據進行三維帶釘鎖定鋼板模型重建；步驟(I)具體是根據CT掃描數據通過在三維軟件Mimics進行三維帶釘鎖定鋼板模型重建。
[0028](2)以帶釘鎖定鋼板模型的釘道為參考，繪制直徑為2.2