CN109887579A - 一种骨折三维形态学规律展示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种骨折三维形态学规律展示系统及方法，涉及生物医学工程领域，包括一服务器，服务器连接一骨科数据库，骨科数据库用于保存骨折患者的二维断层扫描图像数据；服务器包括数据采集模块、三维重建模块和图像处理模块；数据采集模块用于于骨科数据库中获取二维断层扫描图像数据；三维重建模块用于将二维断层扫描图像数据进行三维建模得到三维骨折模型；图像处理模块用于将三维骨折模型进行虚拟复位得到三维复位模型，并将三维复位模型与标准骨骼模型进行叠加，于标准骨骼模型上形成对应的骨折线以及骨折区域。本发明为骨折内植物的设计和完善提供多样本的参考依据；为创建骨折模型提供依据，便于实验室进行生物力学实验和有限云分析。

Description

一种骨折三维形态学规律展示系统及方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种骨折三维形态学规律展示系统及方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，建筑业、交通运输业等行业也在飞速发展，随之带来的车祸伤、重物砸伤、高处坠落伤等高能量损伤也越来越多，骨折是其中一种常见的高能量创伤。骨折还可由骨骼疾病所致，包括骨髓炎、骨肿瘤所致骨折破坏，受轻微外力即发生骨折，称为病理性骨折。骨折也可分为闭合性与开放性两种，前者皮肤完整，后者皮肤破裂，骨折端与外界相通。运动中发生的骨折多为闭合性骨折，它是运动创伤中严重的损伤之一。只有透彻了解骨折的发生位置及频率才能更好地进行骨折的治疗以及对骨折的愈合情况进行有效指导，因此对骨折三维形态学规律的研究具有重要的研究意义和临床指导意义。

目前，可以通过三维计算机断层扫描呈现出每一例骨折的立体特征，但无法清晰展示和阐述某一部位或某一类型骨折的三维形态学规律，包括骨折线的分布特征以及关节面塌陷或粉碎区域等。国外也存在根据二维计算机断层扫描或者通过三维图像绘制肩胛骨的骨折线，但由于肩胛骨本身呈平面状，所绘制的骨折线也仅能呈现一个面的骨折线分布特征，无法适用于其他部位或其他类型的骨折。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种骨折三维形态学规律展示系统，包括一服务器，所述服务器连接一骨科数据库，所述骨科数据库用于保存骨折患者的二维断层扫描图像数据；

所述服务器包括数据采集模块、三维重建模块和图像处理模块，所述三维重建模块分别连接所述数据采集模块和所述图像处理模块；

所述数据采集模块，用于于所述骨科数据库中获取若干骨折患者的相同骨折部位的所述二维断层扫描图像数据；

所述三维重建模块，用于将所述数据采集模块获取的所述二维断层扫描图像数据分别进行三维建模得到三维骨折模型；

所述图像处理模块包括第一处理单元和第二处理单元；

所述第一处理单元用于将所述三维骨折模型分别进行虚拟复位得到三维复位模型；

所述第二处理单元连接所述第一处理单元，用于将所述三维复位模型与预先生成的对应各个所述骨折部位的标准骨骼模型进行叠加匹配，根据叠加匹配的结果于所述标准骨骼模型上形成每个所述三维复位模型对应的骨折线以及骨折区域，并对所述骨折区域进行颜色填充。

优选的，所述服务器还包括一显示模块，连接所述图像处理模块，用于显示所述标准骨骼模型上形成的所述骨折部位的所述骨折线和所述骨折区域，以供用户查看所述骨折线和所述骨折区域的分布规律。

优选的，所述二维断层扫描图像数据的格式为DICOM格式。

优选的，所述三维重建模块采用Mimics软件进行三维建模。

优选的，所述第一处理单元采用3-matic软件对所述三维骨折模型进行虚拟复位得到所述三维复位模型。

优选的，所述三维复位模型与所述标准骨骼模型根据所述骨折部位的骨性标志进行叠加匹配。

一种骨折三维形态学规律展示方法，应用于以上所述的展示系统，具体包括以下步骤：

步骤S1，于所述骨科数据库中进行检索，获取若干骨折患者的相同骨折部位的所述二维断层扫描图像数据；

步骤S2，分别对每个所述二维断层扫描图像数据进行三维建模得到对应的所述三维骨折模型；

步骤S3，分别对每个所述三维骨折模型进行虚拟复位得到对应的所述三维复位模型；

步骤S4，将每个所述三维复位模型依次叠加至预先生成的对应各个所述骨折部位的标准骨骼模型上；

步骤S5，于所述标准骨骼模型上依次形成对应各个所述三维复位模型的骨折线以及骨折区域，并依次对各所述骨折区域进行颜色填充。

优选的，所述步骤S4中，还包括根据各个所述骨折部位的骨性标志分别对叠加后的每个所述三维复位模型进行调整，使得所述三维复位模型与所述标准骨骼模型尽可能匹配；

对所述三维复位模型进行的调整包括放大，和/或缩小，和/或平移，和/或旋转，和/或镜像。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)根据骨折部位的骨折线和骨折区域的分布规律，更好地展示了骨折发生的位置及频率，为骨折内植物的设计和完善提供多样本的参考依据，具有重要的临床指导意义；

2)可以根据骨折线和骨折区域的分布规律创建出更接近于实际骨折发生情况的骨折模型，便于实验室进行生物力学实验和有限云分析，具有重要的研究意义。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种骨折三维形态学规律展示系统的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种骨折三维形态学规律展示方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种骨折三维形态学规律展示系统，如图1所示，包括一服务器1，服务器1连接一骨科数据库2，骨科数据库2用于保存骨折患者的二维断层扫描图像数据；

服务器1包括数据采集模块11、三维重建模块12和图像处理模块13，三维重建模块12分别连接数据采集模块11和图像处理模块13；

数据采集模块11，用于于骨科数据库2中获取若干骨折患者的相同骨折部位的二维断层扫描图像数据；

三维重建模块12，用于将数据采集模块11获取的二维断层扫描图像数据分别进行三维建模得到三维骨折模型；

图像处理模块13包括第一处理单元131和第二处理单元132；

第一处理单元131用于将三维骨折模型分别进行虚拟复位得到三维复位模型；

第二处理单元132连接第一处理单元131，用于将三维复位模型与预先生成的对应各个骨折部位的标准骨骼模型进行叠加匹配，根据叠加匹配的结果于标准骨骼模型上形成每个三维复位模型对应的骨折线以及骨折区域，并对骨折区域进行颜色填充。

具体地，本实施例中，在形成每个三维复位模型对应的骨折线以及骨折区域，并对骨折区域进行颜色填充后，还包括隐藏该三维复位模型，仅保留标准骨骼模型以及本次叠加形成的骨折线以及填充的骨折区域，方便下一个三维复位模型的叠加；依次类推，直至数据采集模块11获取的所有的二维断层扫描图像数据处理完毕或者标准骨骼模型上展示出该骨折部位的骨折线以及骨折区域的的分布规律为止。

进一步地，标准骨骼模型可以选用国内现有的骨骼模型，也可以对标准身高、标准体重的成年人的骨骼进行扫描，并根据扫描数据自行重建生成标准骨骼模型。

本发明的较佳的实施例中，服务器还包括一显示模块14，连接图像处理模块13，用于显示标准骨骼模型上形成的骨折部位的骨折线和骨折区域，以供用户查看所述骨折线和所述骨折区域的分布规律。

本发明的较佳的实施例中，二维断层扫描图像数据的格式为DICOM格式。

本发明的较佳的实施例中，三维重建模块12采用Mimics软件进行三维建模。

具体地，本实施例中，三维重建模块12接收到数据采集模块11获取的二维断层扫描图像数据后，调用Mimics软件进行三维建模并得到三维骨折模型。

本发明的较佳的实施例中，第一处理单元131采用3-matic软件对三维骨折模型进行虚拟复位得到三维复位模型。

具体地，本实施例中，第一处理单元131接收到三维重建模块12输出的三维骨折模型后，调用3-matic软件对三维骨折模型进行虚拟复位得到三维复位模型，并将该三维复位模型与标准骨骼模型进行叠加匹配，进而生成该三维复位模型对应的骨折线和骨折区域，并对生成的骨折区域进行颜色填充。

本发明的较佳的实施例中，三维复位模型与标准骨骼模型根据骨折部位的骨性标志进行叠加匹配。

一种骨折三维形态学规律展示方法，应用于以上的展示系统，如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S1，于骨科数据库中进行检索，获取若干骨折患者的相同骨折部位的二维断层扫描图像数据；

步骤S2，分别对每个二维断层扫描图像数据进行三维建模得到对应的三维骨折模型；

步骤S3，分别对每个三维骨折模型进行虚拟复位得到对应的三维复位模型；

步骤S4，将每个三维复位模型依次叠加至预先生成的对应各个骨折部位的标准骨骼模型上；

步骤S5，于标准骨骼模型上依次形成对应各个三维复位模型的骨折线以及骨折区域，并依次对各骨折区域进行颜色填充。

具体地，本实施例中，于步骤S2中，由于二维断层扫描图像的扫描过程中，由于拍摄角度不同导致扫描得到的各二维断层扫描图像中显示的骨折的角度及位置均有差异，因此在三维建模之前还包括将各二维断层扫描图像分别进行标准化校正，使之符合骨骼的标准解剖形态，为后续的叠加匹配作准备。

本发明的较佳的实施例中，步骤S4中，还包括根据各个骨折部位的骨性标志分别对叠加后的每个三维复位模型进行调整，使得三维复位模型与所述标准骨骼模型尽可能匹配；

对所述三维复位模型进行的调整包括放大，和/或缩小，和/或平移，和/或旋转，和/或镜像。

具体地，本实施例中，于步骤S4中，每个三维复位模型叠加至对应骨折部位的标准骨骼模型上后，分别标记出三维复位模型和标准骨骼模型的对应骨折部位的骨性标志，随后对三维复位模型进行调整，使得三维复位模型的骨性标志与标准骨骼模型的骨性标志尽可能匹配，进一步地，还可以根据需要对生成的骨折线和骨折区域进行分段调整，有效提升生成的骨折线和骨折区域的准确率。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种骨折三维形态学规律展示系统，其特征在于，包括一服务器，所述服务器连接一骨科数据库，所述骨科数据库用于保存骨折患者的二维断层扫描图像数据；

所述服务器包括数据采集模块、三维重建模块和图像处理模块，所述三维重建模块分别连接所述数据采集模块和所述图像处理模块；

所述数据采集模块，用于于所述骨科数据库中获取若干骨折患者的相同骨折部位的所述二维断层扫描图像数据；

所述三维重建模块，用于将所述数据采集模块获取的所述二维断层扫描图像数据分别进行三维建模得到三维骨折模型；

所述图像处理模块包括第一处理单元和第二处理单元；

所述第一处理单元用于将所述三维骨折模型分别进行虚拟复位得到三维复位模型；

所述第二处理单元连接所述第一处理单元，用于将所述三维复位模型与预先生成的对应各个所述骨折部位的标准骨骼模型进行叠加匹配，根据叠加匹配的结果于所述标准骨骼模型上形成每个所述三维复位模型对应的骨折线以及骨折区域，并对所述骨折区域进行颜色填充。

2.根据权利要求1所述的展示系统，其特征在于，所述服务器还包括一显示模块，连接所述图像处理模块，用于显示所述标准骨骼模型上形成的所述骨折部位的所述骨折线和所述骨折区域，以供用户查看所述骨折线和所述骨折区域的分布规律。

3.根据权利要求1所述的展示系统，其特征在于，所述二维断层扫描图像数据的格式为DICOM格式。

4.根据权利要求1所述的展示系统，其特征在于，所述三维重建模块采用Mimics软件进行三维建模。

5.根据权利要求1所述的展示系统，其特征在于，所述第一处理单元采用3-matic软件对所述三维骨折模型进行虚拟复位得到所述三维复位模型。

6.根据权利要求1所述的展示系统，其特征在于，所述三维复位模型与所述标准骨骼模型根据所述骨折部位的骨性标志进行叠加匹配。

7.一种骨折三维形态学规律展示方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任意一项所述的展示系统，具体包括以下步骤：

步骤S1，于所述骨科数据库中进行检索，获取若干骨折患者的相同骨折部位的所述二维断层扫描图像数据；

步骤S2，分别对每个所述二维断层扫描图像数据进行三维建模得到对应的所述三维骨折模型；

步骤S3，分别对每个所述三维骨折模型进行虚拟复位得到对应的所述三维复位模型；

步骤S4，将每个所述三维复位模型依次叠加至预先生成的对应各个所述骨折部位的标准骨骼模型上；

步骤S5，于所述标准骨骼模型上依次形成对应各个所述三维复位模型的骨折线以及骨折区域，并依次对各所述骨折区域进行颜色填充。

8.根据权利要求7所述的展示方法，其特征在于，所述步骤S4中，还包括根据各个所述骨折部位的骨性标志分别对叠加后的每个所述三维复位模型进行调整，使得所述三维复位模型与所述标准骨骼模型尽可能匹配；

对所述三维复位模型进行的调整包括放大，和/或缩小，和/或平移，和/或旋转，和/或镜像。