CN110680353B - 一种股骨头完整率的分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种股骨头完整率的分析装置，分析装置还包括数据处理装置，数据处理装置被配置为执行以下步骤：基于CT图像和MR图像形成多个模型，并通过虚拟现实设备将上述多个模型进行初始迭代和/或轮廓合并后得到的第一三维立体图像以操作人员的视角进行成像显示，基于三维立体图像获得坏死外侧负重区，并基于原始股骨头模型生成股骨外侧负重区，并通过虚拟现实设备将坏死外侧负重区、股骨外侧负重区与第一三维立体图像进行后续迭代和/或空间配准，得到能够以绑定约束或分解独立进行处理的方式成像显示的第二三维立体图像，基于坏死外侧负重区和股骨外侧负重区获得第一股骨外侧负重区完整率。

Description

一种股骨头完整率的分析装置

技术领域

本发明涉及股骨头检测技术领域，尤其涉及一种股骨头完整率的分析装置。

背景技术

股骨头坏死是一种比较常见的关节类疾病，造成股骨头坏死的因素是多方面，比如风湿病、血液病、烧伤等，在发病之处会对患者邻近关节面组织的血液供应进行破坏，进而就会引起整个关节组织的坏死，患者的股骨头会变形、塌陷，关节功能也会受到严重的损伤。对这一疾病如果单纯的从临床症状及体征上进行确诊比较困难，容易出现误诊或者漏诊的情况，现阶段临床上主要采取的检测方法是X线检查及CT检查、磁共振检查3种诊断方式。

骨髓细胞损害是股骨头坏死的一种最为关键的临床表现，造成这种损害的最本质的因素就是股骨头不能得到及时、充足的血液供应了。医学专家对股骨头的临床观察进行了分期，Ⅰ期也就是缺血细胞死亡期，股骨头的后骨与骨母细胞的死亡在5d后，表现为批量形式的死亡。Ⅱ期为股骨细胞修复与分解期，坏死的组织分解是这一时期的主要表现，修复过程中活性健康的组织与病变组织会产生炎性反应，股骨头的骨胶原纤维与微小血管会产生异常情况。Ⅲ期属于修复期，结缔组织与血管在修复的时候会出现增生的问题。Ⅳ期时股骨头会出现塌陷的状况，在股骨头塌陷阶段，软骨位置会溢出，进而导致关节炎病变的发生。在股骨头坏死的临床诊断中，X线检查是应用最广泛的一种方法，通过检查主要能够对患者的病情进展及骨坏死程度进行了解，CT检查也主要是对患者骨坏死的情况进行了解，通过对影像进行分析选择合适的治疗方法。

股骨头坏死的治疗方法分为手术治疗和非手术治疗。

非手术治疗通常有以下几种方法：

1、避免负重：包括部分负重及不负重，仅应用于塌陷前的股骨头坏死，即FicatI期及Ⅱ期，从文献报道看，单纯采取避免负重的治疗方法效果并不理想，成功率低于15％，而对于病变位于股骨头内侧的A型股骨头坏死可考虑应用这一方法。

2、药物治疗：应用药物治疗股骨头坏死的报道较少，总之药物治疗效果尚不能肯定，但因其无创性，仍是一个重要的研究方向。

3、其他治疗方法：如电刺激治疗、放血疗法、高压氧治疗等，报道不多，效果有待进一步确定。

手术治疗通常有以下几种方法：

1、保留股骨头手术。(1)中心减压：中心减压治疗股骨头缺血性坏死的理论依据是骨坏死骨内压增高理论，通过中心减压可降低骨内压，增加股骨头内血流，而且中心减压可刺激减压隧道内的血管生长，促进坏死骨的爬行替代。有关中心减压的文章较多，对其疗效争议较大，其疗效与股骨头坏死分期有很大的关系，而与股骨头坏死的病因关系不大。(2)截骨术：截骨术的目的是改变股骨头主要负重区，以正常骨代替坏死骨成为主要负重区。这一方法包括经转子旋转截骨、转子间内翻截骨及转子间外翻截骨等，也可结合植骨术治疗，主要适用于FicatⅡ期及Ⅲ期且病变范围较小的病人，截骨术最大的缺点是病人若需再次行髋关节置换术时，增加了手术的难度。(3)植骨术：植骨术包括自体松质骨移植、自体皮质骨移植、异体骨移植、软骨移植，可结合中心减压、电刺激、截骨术等其他治疗方法。植骨方法包括在中心减压后植骨，在头颈交界处开槽植骨，在股骨头关节软骨开窗，掀开软骨植骨后将软骨复位等。植骨术可用于FicatⅡ期、早期的Ⅲ期病人及中心减压失败的病人。这一方法近期疗效较为肯定，远期疗效尚有争议，但借助骨移植加速股骨头修复，缩短卧床时间是值得肯定的，结合生长因子、电刺激等促进骨愈合的方法可提高其疗效。(4)带血供的骨移植：带血供的骨移植方法较多，移植骨可来自髂骨、大转子或腓骨，可带肌蒂或带血管蒂，带血供的骨移植与普通的骨移植比较可增加股骨头血供，加速骨愈合。文献报道其临床效果较理想，但X线改善情况并不理想，远期随访仍有相当一部分病人需行关节置换术。(5)髓芯减压、骨小梁金属AVN重建棒(钽棒)：骨小梁金属AVN重建棒为多孔钽金属假体，有类似于松质骨的孔隙率、立体结构和弹性模量，与骨的高摩擦系数有助于维持植入后的初始稳定，植入后可形成对坏死区域的结构性支持，有利于骨坏死区域的在血管化，并且可以用微创的方法植入，这些特点均有利于防止股骨头坏死区域的塌陷和修复，延缓髋关节置换的年龄。

2、关节置换手术。(1)髋关节表面置换术：髋关节表面置换术是用植入物替代关节表面，保留髋臼与股骨头的大部分软骨下骨，不侵及股骨颈和股骨髓腔，在完成疾患治疗的同时，尽可能保留正常的生理解剖结构与关系。(2)全髋关节置换术：是晚期股骨头坏死治疗的唯一选择。随着摩擦界面研究和新材料应用的进展(比如陶瓷人工关节)，全髋关节置换术的适应症人群有年轻化的趋势。

但是，目前国内外对股骨头坏死的诊断主要来源于CT/MR的影像检查，难以准确判断股骨头坏死的空间立体关系，无法在三维空间中最大限度的计算出股骨头负重区的坏死率，也无法满足骨科医生的股骨头坏死手术仿真训练，不能完全适应股骨头坏死手术治疗的临床需要。骨科医生只有根据CT/MR的影像来预估旋转角度以及旋转相应的角度后大致估计是否有将大部分坏死骨质区域移出负重区和将正常的骨质区域移入负重区的可能，而且即使得到了预估的结果，在实际操作过程中，截骨后，一些医生还可能要旋转到不同的角度去尝试是否可能有更佳的手术方案。这不仅对医生的各方面能力有着极大地考验，而且由此得到的手术方案可能存在一定的缺陷。

其中，对于截骨术，其主要目的是把股骨头上的真正正常的骨质旋转到负重区，而把股骨头上的坏死区域从负重区移出，以避免股骨头塌陷、减轻患者的痛苦。通常在手术前，外科医生们需要获得对手术对象身体结构尽可能精确的解剖学图像(骨骼、血管、肌肉等)，才能进行手术计划，比如确定切开的大小、位置，如何避开其他脏器和神经，最佳截骨片段、截骨量、移位和旋转量，以获得完善和成功的手术效果。因此，解决如何准确判断股骨头坏死的空间立体关系，以及在三维空间中最大限度的计算出股骨头负重区的坏死率是治疗股骨头坏死医疗领域中迫在眉睫的问题。

中国专利(公开号为CN108921832A)公开了一种股骨头图像分析方法、装置、服务器和介质，其中，该方法包括：基于包括坏死区的股骨头的目标图像，创建该股骨头的三维模型，其中，三维模型包括股骨近端三维模型和坏死骨三维模型；依据三维模型，创建该股骨头的分析模型；依据分析模型，提取该股骨头的负重区的等效应力与总形变量，并进行数据分析。该专利实施例解决了现有技术中股骨头图像分析结果的准确性较低的问题，提高了股骨头图像分析结果的准确性。

中国专利(公开号为CN108711187A)公开了一种配准融合CT和MRI信号建立人体腰椎三维仿真模型的方法，包括：采集计算机断层扫描CT图像；采集磁共振成像MRI图像；建立计算机断层扫描图像三维模型；建立磁共振成像图像三维模型；配准融合计算机断层扫描图像三维模型和磁共振成像图像三维模型，包括根据腰椎解剖结构进行简单配准和进行全局计算配准。该专利充分利用现有常规检查如计算机断层扫描和磁共振成像结合优选磁共振扫描序列，建立可以在各个磁共振序列内相互验证准确度的腰椎间盘、神经根、黄韧带的重要软组织三维模型，建立了腰椎间盘新的医学影像高准确度的建模方式，同时大大提高了医学影像检查的数据的利用率。

中国专利(公开号为CN107296650A)公开了一种基于虚拟现实和增强现实的智能手术辅助系统。其包括数据预处理单元、术前规划单元和术中辅助单元，数据预处理单元利用原始CT/MRI影像重建三维病灶模型；术前规划单元通过虚拟现实设备，搭建虚拟影像工作室，载入三维病灶模型，供使用者深入病变器官内部做出手术方案规划，并导出三维规划模型；术中辅助单元通过增强现实设备，调用三维规划模型，获得其空间特征点并与真实病灶部位配准融合，帮助医生辨认解剖结构，同时显示手术方案决策和量化生理数据，以执行手术前的规划。该专利解决了解剖结构难以辨识和缺乏手术中实时导航的问题，提高了外科手术成功率。

但是，以上专利均无法有效地对坏死负重区和股骨负重区的探测结果进行有效校准，并且无法准确计算股骨外侧负重区完整率，例如：难以准确判断股骨头坏死的空间立体关系，无法在三维空间中最大限度的计算出股骨头负重区的坏死率，也无法满足骨科医生的股骨头坏死手术仿真训练，不能完全适应股骨头坏死手术治疗的临床需要。因此，本发明为克服现有技术的不足，解决至少一个上述技术问题，提供了一种能够根据三维立体图像的原始股骨头坏死模型、原始股骨头模型和髋臼月状面模型进行综合分析判断的股骨头完整率的分析装置及方法。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种股骨头完整率的分析装置的分析方法，所述分析装置还包括数据处理装置，所述数据处理装置的所述分析方法至少包括以下步骤：基于CT图像和MR图像形成至少包括原始股骨头坏死模型、原始股骨头模型、髋臼月状面模型的多个模型，并通过虚拟现实设备将上述多个模型进行初始迭代和/或轮廓合并后得到的第一三维立体图像以操作人员的视角进行成像显示，基于所述三维立体图像获得坏死外侧负重区，并基于所述原始股骨头模型生成股骨外侧负重区，并通过所述虚拟现实设备将所述坏死外侧负重区、股骨外侧负重区与所述第一三维立体图像进行后续迭代和/或空间配准，得到能够以绑定约束或分解独立进行处理的方式成像显示的第二三维立体图像，基于所述坏死外侧负重区和所述股骨外侧负重区获得第一股骨外侧负重区完整率，从而能够以所述第一股骨外侧负重区完整率为执行虚拟切割、三维交互或三维测量优化一个或多个参数。

相比于传统的影像学检查工具，例如CT、MRI等技术，仅能够提供静态的三维立体影像，用户在观看的时候仍然只是一个平面的观察视角，无法获得三维环境下股骨头的坏死分布及负重区内坏死率等数据。本发明能够基于CT图像和MR图像生成用于分析处理的三维立体图像，并根据三维立体图像的原始股骨头坏死模型、原始股骨头模型和髋臼月状面模型进行综合分析判断，生成准确的坏死分布和负重区内坏死率的数据。

此外本发明所提供的一种股骨头完整率的分析装置及分析方法的优点还至少包括：1、通过输入基于CT图像和MR图像生成用于分析处理的三维立体图像，在VR交互装置上建立髋关节的三维模型，然后利用数据处理装置对股骨进行截骨、旋转、内翻与负重区完好率求取，为股骨头坏死截骨手术规划提供相应数据支持，从而在术前就可以检验出各种手术方案的优劣，大大提高了手术计划的准确性和效率，增加手术的成功率，有效地降低了术前准备的成本。

2、结合图形图像算法进行二维图像求取第一股骨外侧负重区完整率，并且与三维图形求取第一股骨外侧负重区完整率比对，两种求取方法进行相互验证，提高股骨坏死率手术的必要性诊断。例如：在第二股骨完整率与第一股骨外侧负重区完整率数值相差过大时，数据处理装置能够按照发送提示和/或警报的方式提示用户对第一股骨外侧负重区完整率进行复查，防止因为医生调整参照面位置时出现误操作和/或数据处理装置对三维立体图像进行模型分解时出现运算错误等问题造成第一股骨外侧负重区完整率数值失真的问题。

3、基于CT图像和MR图像实时生成三维图像，通过复杂的程序和高性能显卡，加快渲染速度达到VR展示时必需的帧率。实现了手术医生在虚拟现实环境中，直接通过逼真的3D影像来检测人体结构，执行虚拟切割、三维交互和三维测量，做出最合理的手术方案，有效地提升了手术的成功率，保护了患者的生命健康。

根据一个优选实施方式，数据处理装置至少包括坏死股骨头测算模块和正常股骨头测算模块，所述原始股骨头模型对所述原始股骨头坏死模型进行校准的步骤至少包括：所述坏死股骨头测算模块生成第一坏死负重区，所述正常股骨头测算模块生成第二坏死负重区，通过对所述第一坏死负重区和所述第二坏死负重区进行布尔求并集运算生成经校准的第三坏死负重区，并通过所述第三坏死负重区提取所述坏死外侧负重区。

根据一个优选实施方式，所述数据处理装置生成所述第一坏死负重区和所述第二坏死负重区的步骤至少包括：所述坏死股骨头测算模块通过提取所述原始股骨头坏死模型和所述原始股骨头模型不相交重叠部分的区域生成坏死表面模型，并通过与所述髋臼月状面模型比对生成第一坏死负重区，所述正常股骨头测算模块通过将所述原始股骨头模型与所述髋臼月状面模型比对生成第一股骨头负重区，并按照对所述第一股骨头负重区进行提取噪点的方式生成一个由所述噪点集合构成的第二坏死负重区。

根据一个优选实施方式，生成股骨外侧负重区至少包括以下步骤：所述正常股骨头测算模块能够通过遍历所述第一股骨头负重区的每一个三角面片网格生成独立面片集合，基于所述独立面片集合进行孤立噪点剔除生成由剩余三角面片网格构成的第二股骨头负重区，基于所述第二股骨头负重区提取并生成股骨外侧负重区。

根据一个优选实施方式，所述数据处理装置还包括髋臼月状面测算模块，生成所述髋臼月状面模型至少包括以下步骤：所述髋臼月状面测算模块基于所述三维立体图像提取髋骨图像并对所述髋骨图像的至少一个顶点进行遍历，在所述顶点沿法线方向构成的线段分别与原始股骨头坏死模型或原始股骨头模型相交的情况下，定义所述顶点为髋臼面点并提取，在重复提取所述髋臼面点并构成髋臼面点集合的情况下，所述髋臼月状面测算模块通过对所述髋骨图像的至少一个三角面片进行遍历生成由至少三个顶点为所述髋臼面点集合子集的三角面片集合，基于所述三角面片集合进行孤立噪点剔除生成所述髋臼月状面模型。

根据一个优选实施方式，所述三角面片至少包括一条固定边和两条形变边，所述固定边和所述两条形变边共同构成刚体弹性系统。

根据一个优选实施方式，所述第三坏死负重区通过内外侧区分参照面提取所述坏死外侧负重区，所述第二股骨头负重区通过内外侧区分参照面提取并生成所述股骨外侧负重区。

根据一个优选实施方式，所述数据处理装置与VR交互装置连接，在所述数据处理装置将所述原始股骨头坏死模型、所述原始股骨头模型和所述髋臼月状面模型传输至所述VR交互装置的情况下，所述VR交互装置被配置为能够通过输入设备对所述原始股骨头坏死模型、所述原始股骨头模型和所述髋臼月状面模型执行旋转操作并被观测。

根据一个优选实施方式，生成第一股骨外侧负重区完整率至少包括以下步骤：基于所述坏死外侧负重区和所述股骨外侧负重区生成全部外侧负重区，基于所述股骨外侧负重区与所述全部外侧负重区的面积比例生成所述第一股骨外侧负重区完整率。

根据一个优选实施方式，所述数据处理装置能够通过对所述CT图像进行图像变换并生成第二股骨外侧负重区完整率。

根据一个优选实施方式，一种股骨头完整率的分析装置，至少包括：用于采集CT图像的扫描装置和用于采集MR图像的核磁共振装置，所述分析装置还包括数据处理装置，所述数据处理装置被配置为执行以下步骤：基于CT图像和MR图像形成至少包括原始股骨头坏死模型、原始股骨头模型、髋臼月状面模型的多个模型，并通过虚拟现实设备将上述多个模型进行初始迭代和/或轮廓合并后得到的第一三维立体图像以操作人员的视角进行成像显示，基于所述三维立体图像获得坏死外侧负重区，并基于所述原始股骨头模型生成股骨外侧负重区，并通过所述虚拟现实设备将所述坏死外侧负重区、股骨外侧负重区与所述第一三维立体图像进行后续迭代和/或空间配准，得到能够以绑定约束或分解独立进行处理的方式成像显示的第二三维立体图像，基于所述坏死外侧负重区和所述股骨外侧负重区获得第一股骨外侧负重区完整率，从而能够以所述第一股骨外侧负重区完整率为执行虚拟切割、三维交互或三维测量优化一个或多个参数。

附图说明

图1是本发明的股骨头完整率的分析装置的简化装置连接示意图；

图2是本发明的生成所述第一股骨外侧负重区完整率的方法的简化流程示意图；

图3是本发明的生成所述第二股骨外侧负重区完整率的方法的简化流程示意图；

图4是本发明的优选的VR交互装置的简化结构连接示意图；和

图5是本发明的优选的顶点法线的简化方位示意图。

附图标记列表

1：扫描装置 2：核磁共振装置

3：数据处理装置 4：VR交互装置

11：CT图像 21：MR图像

41：输入设备 100：原始股骨头坏死模型

102：坏死表面模型 103：第一坏死负重区

104：第二坏死负重区 105：第三坏死负重区

200：原始股骨头模型 201：股骨外侧负重区

202：第一股骨头负重区 203：第二股骨头负重区

300：髋臼月状面模型 400：第一股骨外侧负重区完整率

401：第二股骨外侧负重区完整率 101：坏死外侧负重区

42：连接线

具体实施方式

下面结合附图1～5对本发明进行详细说明。

本发明中所提及的顶点法线：被定义为三维顶点P坐标为(x,y,z)时，如图5所示，将P点坐标归一化后的向量n(x1,y1,z1)即为P点的法线。

本发明中所提及的三角面片：被定义为至少包括一条固定边和两条形变边，所述固定边和所述两条形变边共同构成刚体弹性系统。两条形变边能够被用于进行有限元计算，例如通过微分的方式将三角面片微分至无限逼近单位元，从而积分出无限逼近实际髋骨和股骨的相应模型。

本发明中所提及的内外侧区分参照面：被定义为髋臼窝内的髋骨沿重力线方向所属的平面，能够用于区分股骨头负重区内外侧。医生能够通过调整参照面位置确定负重区内外侧。

本发明中所提及的布尔求并集运算：布尔运算被定义为数字符号化的逻辑推演法，包括联合、相交、相减。在图形处理操作中引用了这种逻辑运算方法以使简单的基本图形组合产生新的形体，并由二维布尔运算发展到三维图形的布尔运算。其中，布尔求并集运算被定义为用来将两个模型合并，相交的部分将被删除，运算完成后两个物体将成为一个物体。

实施例1

本发明的实施例1公开了一种股骨头完整率的分析方法，如图1所示，至少包括数据处理装置3，数据处理装置3至少包括坏死股骨头测算模块和正常股骨头测算模块，分析方法至少包括以下步骤：

S1：如图2所示，数据处理装置3基于CT图像11和MR图像21生成用于分析处理的第一三维立体图像，第一三维立体图像至少包括原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300；

优选地，通过虚拟现实设备将上述多个模型进行初始迭代和/或轮廓合并后得到的第一三维立体图像以操作人员的视角进行成像显示。其中由于原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300之间存在彼此相互重合的部分区域，初始迭代的方式指的是将原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200、髋臼月状面模型300两两之间进行多次匹配和贴合，使得多个模型整合成为第一三维立体图像。优选地，多个模型以彼此之间相互重合的部分区域的透明度为50％～80％而各个模型上除去该部分区域后的其余区域的透明度为0％的方式整合构成第一三维立体图像。其中由于原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300之间存在彼此轮廓相接合的部分区域，轮廓合并的方式指的是利用图像处理中的Sobel算子，对原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200、髋臼月状面模型300进行边缘检测处理，获得由平滑的曲线连接形成的边缘检测区域，将多个模型之间进行多次匹配和贴合，使得多个模型整合成为第一三维立体图像。初始迭代和/或轮廓合并均可以通过操作人员自主调节。

S2：基于原始股骨头坏死模型100和原始股骨头模型200不相交重叠部分的区域生成坏死表面模型102，并通过与髋臼月状面模型300比对生成第一坏死负重区103；

S3：基于原始股骨头模型200与髋臼月状面模型300比对生成第一股骨头负重区202，并按照对第一股骨头负重区202进行提取噪点的方式生成一个由噪点集合构成的第二坏死负重区104，

优选的，原始股骨头模型200与髋臼月状面模型300比对的方式可以是遍历原始股骨头模型200表面的每一个三角面片网格，若其三个顶点沿各自法线方向延伸构成的线段都与髋臼月状面模型300相交，则取出该面片，并将其放在构成集合中并由该集合中所有的三角面片网络构成第一股骨头负重区202，其中：原始股骨头模型200表面的每一个三角面片网格中的三个顶点沿各自法线方向延伸长度可以是0.010m-0.015m，

优选的，三角面片被定义为至少包括一条固定边和两条形变边，固定边和两条形变边共同构成刚体弹性系统。两条形变边能够被用于进行有限元计算，例如通过微分的方式将三角面片微分至无限逼近单位元，从而积分出无限逼近实际髋骨和股骨的相应模型；

S4：通过第一坏死负重区103和第二坏死负重区104进行布尔求并集运算生成经校准的第三坏死负重区模型105，并通过第三坏死负重区模型105提取坏死外侧负重区101；

S5：通过遍历第一股骨头负重区202的每一个三角面片网格生成独立面片集合，基于独立面片集合进行孤立噪点剔除生成由剩余三角面片网格构成的第二股骨头负重区203，并基于第二股骨头负重区203提取并生成股骨外侧负重区201。

优选的，生成独立面片集合的方式可以是遍历第一股骨头负重区202的每一个三角面片网格，若其三个顶点沿各自法线方向延伸构成的线段都不与原始股骨头坏死模型100相交，则取出该面片，并将其放在初始独立面片集合中；随后遍历初始独立面片集合，若每一个遍历到的三角面片的三个顶点沿各自法线反方向延伸构成的线段都不与原始股骨头坏死模型100相交，取出该面片，重复上述动作至筛选出所有符合该条件的三角面片网络并形成独立面片集合，其中：第一股骨头负重区202的每一个三角面片网格的三个顶点沿各自法线方向延伸长度可以是0.01m-0.02m，初始独立面片集合的每一个三角面片的三个顶点沿各自法线反方向延伸长度可以是1mm-3mm；

优选地，通过该虚拟现实设备将该坏死外侧负重区101、股骨外侧负重区201与该第一三维立体图像进行后续迭代和/或空间配准，得到能够以绑定约束或分解独立进行处理的方式成像显示的第二三维立体图像。其中由于该坏死外侧负重区101、股骨外侧负重区201均是由组成第一三维立体图像的多个模型中提取得到的，后续迭代的方式指的是在初始迭代后得到的第一三维立体图像的基础上，对坏死外侧负重区101、股骨外侧负重区201与该第一三维立体图像两两之间进行多次匹配和贴合，并整合成为第二三维立体图像。优选地，至少包括该坏死外侧负重区101、股骨外侧负重区201的多个区域，以各自与至少一个模型之间相互重合的部分区域的透明度为50％～80％而除去该部分区域后的其余区域的透明度为0％的方式整合构成第二三维立体图像。优选地，空间配准的方式指的是分别对多个区域以及第一三维立体图像进行区域提取，并分别获得各区域的区域特征，通过获取到的区域特征进行匹配实现区域匹配，并整合构成第二三维立体图像。优选地，多个区域不是与第一三维立体图像之间进行匹配和贴合，而是通过区域特征匹配的方式与第一三维立体图像的各个区域相匹配，直接获得在第一三维立体图像上与多个区域相对应的区域，第一三维立体图像上与多个区域相对应的区域可以采用不同颜色的方式标记于第一三维立体图像上。

S6：基于坏死外侧负重区101和股骨外侧负重区201生成全部外侧负重区，基于股骨外侧负重区201与全部外侧负重区的面积比例生成第一股骨外侧负重区完整率400。

优选的，坏死外侧负重区101的面积定义为S1，股骨外侧负重区201的面积定义为S2，第一股骨外侧负重区完整率400的计算公式为：Rate＝S2/S1+S2。优选地，基于该坏死外侧负重区101和该股骨外侧负重区201获得第一股骨外侧负重区完整率400，从而能够以该第一股骨外侧负重区完整率400为执行虚拟切割、三维交互或三维测量优化一个或多个参数。由于所得到的第二三维立体图像(或简称为三维立体图像)是经过多个模型、多个区域相互匹配的过程所获取到的，各个模型之间以及各个区域之间以及各个模型与各个区域之间均是以可分解的方式相互联系，以此用户能够通过输入设备41对获取到的三维立体图像进行虚拟切割、三维交互、三维测量的参数进行优化，尤其指的是在需要获取股骨头负重区的坏死区域的情况下的参数进行优化，例如在用户设置虚拟切割面对三维立体图像进行虚拟切割时，基于获取到的第一股骨外侧负重区完整率400对设置的虚拟切割面的参数进行优化，以使得由虚拟切割面获取到的股骨头负重区的坏死区域更加精确。

优选的，数据处理装置3可以由计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件构成。优选的，上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质诸如CDROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件诸如ASIC或FPGA的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件例如，RAM、ROM、闪存等，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。更优选的，数据处理装置3可以是一种装载有虚拟现实脊柱外科规划系统的专用计算机,虚拟现实脊柱外科规划系统至少包括坏死股骨头测算模块、正常股骨头测算模块和髋臼月状面测算模块。

根据一个优选实施方式，数据处理装置3还包括髋臼月状面测算模块，生成髋臼月状面模型300至少包括以下步骤：

S1：髋臼月状面测算模块基于三维立体图像提取髋骨图像并对髋骨图像的每个顶点进行遍历，在顶点沿法线方向构成的线段分别与原始股骨头坏死模型100或原始股骨头模型200相交的情况下，顶点被定义为髋臼面点并提取，其中：髋骨图像的每个顶点的法线延伸方向的长度可以是0.010m-0.015m；

S2：在重复上述动作至多个髋臼面点构成髋臼面点集合的情况下，髋臼月状面测算模块通过对髋骨图像的每个三角面片进行遍历生成由三个顶点都为髋臼面点集合子集的三角面片集合，基于三角面片集合进行孤立噪点剔除生成由剩余三角面片网格构成的髋臼月状面模型300。

根据一个优选实施方式，如图4所示，数据处理装置3与VR交互装置连接4，在数据处理装置3将原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300传输至VR交互装置4的情况下，VR交互装置4被配置为能够通过输入设备41对原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300执行旋转操作并被观测。优选的，VR交互装置4可以是通过连接线42与数据处理装置3实现信号传输，更优选的，连接线可以是HDMI信号传输线。

优选的，输入设备41可以由键盘、鼠标和激光笔等装置组成。医护人员能够通过键盘和鼠标对三维立体图像中的原始股骨头坏死模型100进行辅助标注，同时调节三维立体图像的灰度以使得图像更加方便的被用户观测，以及对图像中参照面位置进行调整以确定负重区内外侧。优选的，用户能够在佩戴3D眼镜的情况下，通过激光笔对VR交互装置4显示的三维立体图像进行旋转并观测。

更优选的，用户能够通过在三维立体图像中建立多个平面从而形成选区的方式，在三维立体图像整体不进行移动的情况下，将选区单独进行转动，能够更加清晰、准确的对选区内结构进行观察，并执行虚拟切割、三维交互和三维测量，做出最合理的手术方案，有效地提升了手术的成功率，保护了患者的生命健康。

根据一个优选实施方式，如图3所示，数据处理装置3能够通过对CT图像进行图像变换并生成第二股骨外侧负重区完整率401。

优选的，第二股骨外侧负重区完整率401能够被用于对第一股骨外侧负重区完整率400进行验证。在第二股骨完整率401与第一股骨外侧负重区完整率400数值相差过大时，数据处理装置3能够按照发送提示和/或警报的方式提示用户对第一股骨外侧负重区完整率400进行复查，防止因为医生调整参照面位置时出现误操作和/或数据处理装置3对三维立体图像进行模型分解时出现运算错误等问题造成第一股骨外侧负重区完整率400数值失真的问题。

根据一个优选实施方式，第三坏死负重区模型105通过内外侧区分参照面提取坏死外侧负重区101，第二股骨头负重区203通过内外侧区分参照面提取并生成股骨外侧负重区201。

优选的，内外侧区分参照面被定义为髋臼窝内的髋骨沿重力线方向所属的平面，能够用于区分股骨头负重区内外侧。医生能够通过调整参照面位置确定负重区内外侧。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤拆分为更多步骤，也可将两个或多个步骤或者步骤的部分操作组合成新的步骤，以实现本发明的目的。同时，可将本申请中描述的各个功能模块拆分为更多的功能模块，也可将两个或多个功能模块或者功能模块的部分功能组合成新的功能模块，以实现本发明的目的。

实施例2

本实施例公开了一种股骨头完整率的分析装置，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可作为本实施例的补充。

根据一个优选实施方式，分析装置至少包括用于采集CT图像11的扫描装置1和用于采集MR图像21的核磁共振装置2，分析装置还包括数据处理装置3，数据处理装置3能够基于CT图像11和MR图像21生成用于分析处理的三维立体图像，三维立体图像至少包括原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300。优选的，扫描装置1可以是热断层扫描装置、远红外断层扫描装置和电子计算机断层扫描装置中的一种或多种。

根据一个优选实施方式，数据处理装置3被配置为坏死股骨头测算模块和正常股骨头测算模块，坏死股骨头测算模块基于原始股骨头模型200对原始股骨头坏死模型100进行校准并生成坏死外侧负重区101，同时正常股骨头测算模块基于原始股骨头模型200生成股骨外侧负重区201，基于坏死外侧负重区101和股骨外侧负重区201生成第一股骨外侧负重区完整率400。

根据一个优选实施方式，数据处理装置3与VR交互装置连接4，在数据处理装置3将原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300传输至VR交互装置4的情况下，VR交互装置4被配置为能够通过输入设备41对原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300执行旋转操作并被观测。

优选的，输入设备41可以由键盘、鼠标和激光笔等装置组成。医护人员能够通过键盘和鼠标对三维立体图像中的原始股骨头坏死模型100进行辅助标注，同时调节三维立体图像的灰度以使得图像更加方便的被用户观测，以及对图像中参照面位置进行调整以确定负重区内外侧。优选的，用户能够在佩戴3D眼镜的情况下，通过激光笔对VR交互装置4显示的三维立体图像进行旋转并观测。

更优选的，用户能够通过在三维立体图像中建立多个平面从而形成选区的方式，在三维立体图像整体不进行移动的情况下，将选区单独进行转动，能够更加清晰、准确的对选区内结构进行观察，并执行虚拟切割、三维交互和三维测量等操作，做出最合理的手术方案，有效地提升了手术的成功率，保护了患者的生命健康。

优选的，相比于传统的影像学检查工具，例如CT、MRI等技术，仅能够提供静态的三维立体影像，用户在观看的时候仍然只是一个平面的观察视角，无法获得三维环境下股骨头的坏死分布及负重区内坏死率等数据。本发明能够基于CT图像11和MR图像21生成用于分析处理的三维立体图像，并根据三维立体图像的原始股骨头坏死模型100、原始股骨头模型200和髋臼月状面模型300进行综合分析判断，生成准确的坏死分布和负重区内坏死率的数据。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种股骨头完整率的分析装置，至少包括用于采集CT图像(11)的扫描装置(1)和用于采集MR图像(21)的核磁共振装置(2)，其特征在于，所述分析装置还包括数据处理装置(3)，所述数据处理装置(3)被配置为执行以下步骤：

基于CT图像(11)和MR图像(21)形成至少包括原始股骨头坏死模型(100)、原始股骨头模型(200)、髋臼月状面模型(300)的多个模型，并通过虚拟现实设备将上述多个模型进行初始迭代和/或轮廓合并后得到的第一三维立体图像以操作人员的视角进行成像显示，

基于所述三维立体图像获得坏死外侧负重区(101)，并基于所述原始股骨头模型(200)生成股骨外侧负重区(201)，并通过所述虚拟现实设备将所述坏死外侧负重区(101)、股骨外侧负重区(201)与所述第一三维立体图像进行后续迭代和/或空间配准，得到能够以绑定约束或分解独立进行处理的方式成像显示的第二三维立体图像，

基于所述坏死外侧负重区(101)和所述股骨外侧负重区(201)获得第一股骨外侧负重区完整率(400)，从而能够以所述第一股骨外侧负重区完整率(400)为执行虚拟切割、三维交互或三维测量优化一个或多个参数，

所述数据处理装置(3)还包括髋臼月状面测算模块，生成所述髋臼月状面模型(300)的方法至少包括以下步骤：

所述髋臼月状面测算模块基于所述三维立体图像提取髋骨图像并对所述髋骨图像的至少一个顶点进行遍历，在所述顶点沿法线方向构成的线段分别与原始股骨头坏死模型(100)或原始股骨头模型(200)相交的情况下，定义所述顶点为髋臼面点并提取，

在重复提取所述髋臼面点并构成髋臼面点集合的情况下，所述髋臼月状面测算模块通过对所述髋骨图像的至少一个三角面片进行遍历生成由至少三个顶点为所述髋臼面点集合子集的三角面片集合，

基于所述三角面片集合进行孤立噪点剔除生成所述髋臼月状面模型(300)。

2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，所述数据处理装置(3)至少包括坏死股骨头测算模块和正常股骨头测算模块，所述原始股骨头模型(200)对所述原始股骨头坏死模型(100)进行校准的步骤至少包括：

所述坏死股骨头测算模块生成第一坏死负重区(103)，所述正常股骨头测算模块生成第二坏死负重区(104)，

通过对所述第一坏死负重区(103)和所述第二坏死负重区(104)进行布尔求并集运算生成经校准的第三坏死负重区(105)，并通过所述第三坏死负重区(105)提取所述坏死外侧负重区(101)。

3.根据权利要求2所述的分析装置，其特征在于，所述数据处理装置(3)生成所述第一坏死负重区(103)和所述第二坏死负重区(104)的步骤至少包括：

所述坏死股骨头测算模块通过提取所述原始股骨头坏死模型(100)和所述原始股骨头模型(200)不相交重叠部分的区域生成坏死表面模型(102)，并通过与所述髋臼月状面模型(300)比对生成第一坏死负重区(103)，

所述正常股骨头测算模块通过将所述原始股骨头模型(200)与所述髋臼月状面模型(300)比对生成第一股骨头负重区(202)，并按照对所述第一股骨头负重区(202)进行提取噪点的方式生成一个由所述噪点集合构成的第二坏死负重区(104)。

4.根据权利要求3所述的分析装置，其特征在于，生成所述股骨外侧负重区(201)的方法至少包括以下步骤：

所述正常股骨头测算模块能够通过遍历所述第一股骨头负重区(202)的每一个三角面片网格生成独立面片集合，

基于所述独立面片集合进行孤立噪点剔除生成第二股骨头负重区(203)，

基于所述第二股骨头负重区(203)提取并生成股骨外侧负重区(201)。

5.根据权利要求4所述的分析装置，其特征在于，所述三角面片至少包括一条固定边和两条形变边，所述固定边和所述两条形变边共同构成刚体弹性系统。

6.根据权利要求5所述的分析装置，其特征在于，所述第三坏死负重区(105)通过内外侧区分参照面提取所述坏死外侧负重区(101)，

所述第二股骨头负重区(203)通过内外侧区分参照面提取并生成所述股骨外侧负重区(201)。

7.根据权利要求6所述的分析装置，其特征在于，生成第一股骨外侧负重区完整率(400)至少包括以下步骤：

基于所述坏死外侧负重区(101)和所述股骨外侧负重区(201)生成全部外侧负重区，

基于所述股骨外侧负重区(201)与所述全部外侧负重区的面积比例生成所述第一股骨外侧负重区完整率(400)。

8.根据权利要求7所述的分析装置，其特征在于，所述数据处理装置(3)能够通过对所述CT图像进行图像变换并生成第二股骨外侧负重区完整率(401)。

Images