CN110223396B - 一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置，方法包括：1)、建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；2)、获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；3)、根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理；4)、获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；5)、获取应用矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。应用本发明实施例，降低了脊椎矫正手术中的风险。

Description

一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置

技术领域

本发明涉及一种脊柱模拟矫正方法及装置，更具体涉及一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置。

背景技术

由于环境以及生活习惯等因素，一些人的脊柱会发生病理性弯曲，因此，需要对发生弯曲的脊柱进行矫正。

目前的脊柱矫正方法是通过CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)技术获取待矫正脊椎的二维影像，然后医生根据二维影像通过手术的方法对患者的脊柱进行矫正处理。

但是，医生靠传统的二维图像进行观察和测量也难以预估手术后的脊柱形态，因此，现有的脊柱矫正方法存在较大的手术风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置，以降低手术风险。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，所述方法包括：

1)、建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；

2)、获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；

3)、根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型；

4)、获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；

5)、将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

可选的，所述建立待矫正脊椎的三维模型，包括：

利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

可选的，所述步骤2)，包括：

将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；

将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

可选的，所述步骤3)，包括：

将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；

以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；

将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

可选的，所述步骤4)，包括：

根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；

根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；

根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

本发明实施例还提供了一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置，所述装置包括：

建立模块，用于建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；

第一获取模块，用于获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；

处理模块，用于根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型；

第二获取模块，用于获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；

返回模块，用于将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

可选的，所述建立模块，用于：

利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

可选的，所述第一获取模块，用于：

将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；

将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

可选的，所述处理模块，用于：

将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；

以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；

将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

可选的，所述第二获取模块，用于：

根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；

根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；

根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

本发明相比现有技术具有以下优点：

应用本发明实施例，通过生成待矫正脊椎的三维模型，在三维模型中进行模拟矫正操作，可以及时直观的得到校正后的脊柱形态，相对于现有技术中只有在术后才能获知矫正后的脊柱形态，本发明实施例降低了脊椎矫正手术中的风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的三维模型的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中脊椎移动的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的脊椎拉伸的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的空间拟合曲线的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中第一切向量的生成示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中脊椎转动的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中的矫正流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实施例提供了一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法及装置，下面首先就本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法进行介绍。

图1为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

S101：建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标。

示例性的，可以利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC(Marching Cubes，等值面提取)三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

本发明实施例首先利用CT图序列进行MC三维建模得到的待矫正脊柱的三维表面模型，并将该三维表面模型作为代矫正脊椎的三维模型。

利用包围盒技术，通过在整体脊柱上移动包围盒，截取包围盒内的单块椎骨作为新的模型保存，进而得到单块脊椎骨模型。

本发明实施例在读入单块椎骨模型数据后，会利用椎骨模型上的所有空间点，得到椎骨的中心点坐标，采用的方法是求三维散点坐标的算数平均值，公式如下：

其中，

center_x为中心点的横坐标；center_y为中心点的纵坐标；center_z为中心点的竖坐标；∑为求和函数；n为椎骨模型上的空间点的数量；x_i为椎骨模型上的空间点的横坐标；y_i为椎骨模型上的空间点的纵坐标；z_i为椎骨模型上的空间点的竖坐标；i为椎骨模型上空间点的序号。

得到椎骨中心点数据之后，按照中心点在Z轴，即竖坐标轴上坐标值的从上到下的顺序将中心点数据进行排序，并将排序后的中心点数据保存到originalPoints个数组变量中，留待后续使用。

图2为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的三维模型的结构示意图，如图2所示，图2中原始点集即为待矫正脊椎的三维模型的各个脊椎骨中心点构成的连线。

需要强调的是，MC三维建模的方法，和利用包围盒技术获取单块椎骨模型的方法为现有技术，这里不再赘述。

S102：获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标。

具体的，可以将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

示例性的，将S101步骤中建立的待矫正脊椎的三维模型复制一份，然后将复制后的三维模型中各个中心点的连线调整至脊椎无变形状态，即调整至脊椎无病理性弯曲时的状态。

因为人体脊柱中包含着一条脆弱的脊髓，其主要功能是传送脑与外周之间的神经信息，一旦受到损伤，结果将会以患者的瘫痪而告终。所以在脊柱侧凸矫正过程中，脊柱的长度是不能够发生变化的，否则会引起脊髓损伤，造成严重的后果。为了得到理想的矫正参考点又保持脊柱的长度，因此需要保持每两点之间的距离不变。

如图2左侧图例所示，由于脊柱侧凸在三维空间中主要体现在Y轴上，可以将待矫正脊椎，即对应图2中原始点集的脊椎模型。

在实际应用中，可以将待矫正脊椎的顶部的中心点作为基点O。

然后以基点O为起始点，将无变形状态时的脊椎的顶部的中心点的Y轴坐标赋值为基点Y轴坐标，并保持本身的X轴坐标不变。然后在基点的正下方构建无变形状态时的脊椎模型的各个中心点。然后通过改变无变形状态时的中心点的Z轴坐标值，使相邻两点间的距离保持和侧弯脊柱上的一致，得到新的中心点集，即为参考点集P，并将点集P存放到referencePoints数组变量中。

参考点集P的作用是表示椎骨经过矫正后得到的最理想的状态下的椎骨中心点集。

图2为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的三维模型的结构示意图，如图2所示，图2中参考点集即为无变形状态下的脊椎的三维模型的各个脊椎骨中心点构成的连线。

S103：根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型。

具体的，可以将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

示例性的，

本步骤主要生成自动矫正时需要的初始基点O和参考点集P：基点O的作用是作为计算角度所使用的第一个公共连接点。

图3为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中脊椎移动的示意图，如图3所示，本步骤要实现的是将侧弯脊柱上异常的点，如P₁′、P′₂、P′₃、P′₄、P′₅逐步靠拢到相对正常的参考点，如P₁、P₂、P₃、P₄、P₅，使整体的脊柱曲线矫正一次。因为脊柱侧凸主要体现在冠状面上，所以本步骤只在冠状面上进行，也就是只调整Y轴和Z轴的坐标，X轴坐标不变。

首先，从基点O之后的第一个异常点P₁′开始，首先计算基点O分别与异常点P₁′和正常点P₁之间的连线所形成的夹角∠P₁′OP₁的大小，然后取∠P₁′OP₁的1/5大小作为旋转角度，将异常点P₁′以基点O为圆心朝向正常点P₁转动∠P₁′OP₁的1/5大小；也可以经过基点O做一条新的射线s，在射线s上取新点M₁，使得|OM₁|＝|OP₁′|，M₁即为第一个椎骨中心点更新后的位置。接下来以P₁′为新的基点，计算∠P′₂P₁′P₂的1/5大小，然后取∠P′₂P₁′P₂的1/5大小作为旋转角度，将异常点P′₂以基点P₁′为圆心朝向正常点P₂转动∠P′₂P₁′P₂的1/5大小；也可以经过基点P₁′做一条新的射线s，在射线s上取新点M₂，使得|P₁′P′₂|＝|M₂P₁′|，M₂即为第二个椎骨中心点更新后的位置。依次类推得到，M₃、M₄、M₅。

然后，图4为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的脊椎拉伸的示意图，如图4所示，由于新点M₁、M₂、M₃、M₄、M₅各点间距与P₁′、P′₂、P′₃、P′₄、P′₅中对应点之间的间距相等，所以本步骤需要调整新点集M₁、M₂、M₃、M₄、M₅中相邻两点的间距等于P₁′、P′₂、P′₃、P′₄、P′₅中对应点之间的间距。

即：M₁M₂＝P₁′P′₂，依次类推。

实现方式可以为从M₂点开始，将M₃竖直向下平移，以使：

M₁M₂＝P₁′P′₂，这样就可以基本确保脊柱长度的不变性。其他点如M₄、M₅也按照如此操作。

S104：获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴。

示例性的，可以根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

示例性的，图5为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中建立的空间拟合曲线的示意图，如图5所示，将P₁′、P′₂、P′₃、P′₄、P′₅作为oldpoint点集中的点，将M₁、M₂、M₃、M₄、M₅作为newpoint点集中的点；分别利用M₁、M₂、M₃、M₄、M₅以及P₁′、P′₂、P′₃、P′₄、P′₅中的点生成两个平面的二维B样条曲线，然后将二维曲线进行三维映射生成光滑的空间曲线Lnew和Lold。

然后，在新旧两条脊柱曲线Lold和Lnew上，分别取每块椎骨中心点所在位置相邻的两个点A1和A2，利用两点近似计算出每个椎骨中心点在空间曲线上的切向量，这里取点的时候要注意保证A1点在A2点的上方，来使得到的向量方向保持一致。

图6为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中第一切向量的生成示意图，如图6所示，向量的计算公式如下：

其中，

x₁为点A1的横坐标；y₁为点A1的纵坐标；z₁为点A1的竖坐标；x₂为点A2的横坐标；y₂为点A2的纵坐标；z₂为点A2的竖坐标。

分别可以得到新旧两条曲线上的切向量

和

之后，利用公式，

计算三维模型中各块脊椎骨的旋转轴；

如图6所示，图6中Vec为旋转轴

利用公式，

三维模型中各块脊椎骨的旋转角。

S105：将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

示例性的，得到每块椎骨从旧状态到新状态的旋转轴和旋转角之后，可以将每块椎骨模型围绕旋转轴

旋转α的角度，这样就能够实现模型从旧曲线到新曲线的转换。图7为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中脊椎转动的示意图，如图7所示，切向量V1旋转至V1′，经过上述步骤的结合，就完成了一次自动矫正的过程。不断重复上述步骤，侧弯的脊柱形态就能够逐渐趋于正常。

图8为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法中的矫正流程示意图，如图8所示，经过上述多个步骤的处理，可以使脊柱的弯曲趋于正常，以消除病理性弯曲。

在实际应用中，医生可以根据经验来判断一次矫正手术要达到的程度，以停止自动矫正过程。

应用本发明图1所示实施例，通过生成待矫正脊椎的三维模型，在三维模型中进行模拟矫正操作，可以及时直观的得到校正后的脊柱形态，相对于现有技术中只有在术后才能获知矫正后的脊柱形态，本发明实施例降低了脊椎矫正手术中的风险。

而且，通过本发明中的方法支撑的系统，可以帮助医生快速制定手术方案，预先获知手术的理想效果，并能够利用模拟的结果进行矫正弯棒的提前制作，加快手术的进程，减少手术风险。

另外，本发明实施例并不是在患者身体上进行操作，因此，容错率较高

与本发明图1所示实施例相对应，本发明实施例还提供了一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置。

图9为本发明实施例提供的一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置的结构示意图，如图9所示，所述装置包括：

建立模块901，用于建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；

第一获取模块902，用于获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；

处理模块903，用于根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型；

第二获取模块904，用于获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；

返回模块905，用于将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回触发处理模块903，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

应用本发明实施例，通过生成待矫正脊椎的三维模型，在三维模型中进行模拟矫正操作，可以及时直观的得到校正后的脊柱形态，相对于现有技术中只有在术后才能获知矫正后的脊柱形态，本发明实施例降低了脊椎矫正手术中的风险。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述建立模块901，用于：

利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一获取模块902，用于：

将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；

将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述处理模块903，用于：

将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；

以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；

将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二获取模块904，用于：

根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；

根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；

根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述方法包括：

1)、建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；

2)、获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；

3)、根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型；

4)、获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；

5)、将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述建立待矫正脊椎的三维模型，包括：

利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述步骤2)，包括：

将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；

将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述步骤3)，包括：

将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；

以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；

将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述步骤4)，包括：

根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；

根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；

根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

6.一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置，其特征在于，所述装置包括：

建立模块，用于建立待矫正脊椎的三维模型，并获取三维模型中各块脊椎骨的中心点的当前坐标；

第一获取模块，用于获取待矫正脊椎在无变形状态时各块脊椎骨的中心点的目标坐标；

处理模块，用于根据目标坐标与当前坐标之间的差异，对当前坐标进行矫正处理，得到矫正后的三维模型；

第二获取模块，用于获取矫正后的三维模型中各脊椎骨相对于待矫正脊椎的三维模型中对应脊椎骨的旋转角和旋转轴；

返回模块，用于将所述旋转角和旋转轴作为对应的脊椎骨的矫正参数，获取应用所述矫正参数后的脊椎的当前三维模型，将当前三维脊椎模型中各块脊椎骨的中心点坐标作为当前坐标，并返回执行步骤3)，直至待矫正脊椎三维模型中各块脊椎骨都处于无变形状态。

7.根据权利要求6所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置，其特征在于，所述建立模块，用于：

利用待矫正脊椎的CT图序列，利用MC三维建模方法建立待矫正脊椎的三维模型。

8.根据权利要求6所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置，其特征在于，所述第一获取模块，用于：

将待矫正脊椎的三维模型中的各块脊椎骨复制并平移至无变形状态的位置，以建立无变形状态时脊椎的三维模型，并获取无变形状态时各块脊椎骨的中心点的坐标，

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对无变形状态时脊椎的三维模型中对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；

将拉伸或者缩放处理后的无变形状态时脊椎的三维模型中各块脊椎骨的中心点的坐标作为目标坐标。

9.根据权利要求6所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正装置，其特征在于，所述处理模块，用于：

将待矫正脊椎的三维模型与在无变形状态的三维模型的端部脊椎骨的中心点重合，以重合端部的脊椎骨的中心点为起点，将待矫正脊椎中与起点对应的脊椎骨的下一块脊椎骨的中心点作为当前点；

以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度，其中，将当前点到当前点的前一点的直线作为第一直线，将当前点的前一点到无变形状态的脊椎模型中对应于当前点的中心点的直线作为第二直线，第一直线与第二之间的夹角为所述设定角度的预设数量倍，所述预设数量为大于1的整数；

将当前点的下一点作为当前点，并返回执行所述以当前点的前一点为圆心，将当前点的坐标朝向无变形状态的脊椎骨的中心点旋转设定角度的步骤，直至所有脊椎骨都被的中心点坐标都被矫正；

根据待矫正脊椎的三维模型中相邻两块脊椎骨之间的直线距离，对矫正后脊椎的三维模型中的对应脊椎骨的中心点之间的距离进行拉伸或者缩放处理；并将拉伸或者缩放处理后的待矫正脊椎的三维模型作为矫正后的三维模型。

10.根据权利要求6所述的一种基于形态学的脊柱模拟矫正方法，其特征在于，所述第二获取模块，用于：

根据矫正后的三维模型的中心点的坐标，获取与该模型对应的第一空间拟合曲线，获取所述第一空间拟合曲线上各个中心点处的第一切向量；

根据待矫正脊椎的三维模型的各个中心点的坐标，获取与该模型对应的第二空间拟合曲线，获取所述第二空间拟合曲线上各个中心点处的第二切向量；

根据所述第一切向量和第二切向量获取矫正状态的三维模型中各块脊椎骨的旋转角和旋转轴。

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