CN114723897B - 用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置 - Google Patents

用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置。其中方法包括：对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；基于参数信息生成截骨导板模型，并获取截骨导板模型的数据；基于所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。本发明可以大幅度减少截骨导板的设计时间，减少患者手术前等待的时间，降低设计难度，可以尽快解决患者的疼痛，可以提高截骨导板设计的准确率，缩短手术的时间，降低手术的风险，实现对患者下肢力线的精准矫正。

Description

用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置。
背景技术
膝关节退行性骨关节病常伴有膝关节内翻畸形，并产生关节内的负重生物应力改变，从而导致下肢力线不平衡，继而加速膝关节软骨磨损。目前，胫骨内侧高位截骨术（HighTibia Osteotomy，简称HTO）是治疗由于膝关节内翻导致的早中期膝关节骨关节病最常见的手术方式。其治疗原理是通过胫骨近端内侧截骨矫形，把膝关节发生磨损的内侧间室压力转移到相对正常的外侧间室，从而通过矫正膝关节轴线和增加关节的稳定性来改善膝关节功能，达到缓解关节疼痛症状的目的。
在HTO手术前，通常需要首先通过电子计算机断层扫描（Computed Tomography，简称CT）采集患者胫骨的三维数据，在计算机上进行手术计划和虚拟手术，然后才应用于患者身上。这其中包括设定大小、对齐位置、切割骨头以及确定最佳的植入位置等。同时需要通过快速成形技术将其转化为手术导引装置，即胫骨高位截骨导板。手术导引装置中汇集的信息使这些装置变成专为患者定制的装置。现有技术在制作胫骨高位截骨导板时先人为利用mimics软件来做术前规划和导板设计，进而根据导板的设计方案对胫骨高位截骨导板进行制作，但是这种设计时间较长，并且需要经验丰富的专家来设计。
发明内容
本发明提供一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置，用以解决现有技术胫骨高位截骨导板的制作方法设计时间较长，并且需要经验丰富的专家来设计的缺陷，可以大幅度减少截骨导板的设计时间，降低设计难度，提高截骨导板设计的准确率，缩短手术的时间，降低手术的风险，实现对患者下肢力线的精准矫正。
第一方面，本发明提供一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，包括：
对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
根据本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，所述基于所述参数信息生成截骨导板模型，包括：
通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面；
通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面；
通过第一关键点和第二关键点做胫骨冠状面的第一垂面，使第一截骨面沿所述第一垂面从胫骨内侧截开所述胫骨，并截止于所述第一平行面和所述第二平行面；
通过所述第一垂面与所述第二平行面的交线，与所述第一垂面呈110 ~130°角做第二截骨面，使所述第二截骨面截透所述胫骨前方的内外侧，并截止于所述第一截骨面；
基于矫正前后下肢力线的位置，确定所述胫骨被所述第一截骨面和所述第二截骨面截开在所述胫骨内部形成的楔形空间角度；
基于所述楔形空间角度、所述第一截骨面和所述第二截骨面生成所述截骨导板模型。
根据本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别腓骨近端与胫骨接触的最高点；将在所述胫骨上与所述最高点接触的点识别为所述参数信息中的所述第一关键点；或者，
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台外侧的最高点；将所述胫骨平台外侧的最高点向下第一预设距离的胫骨截骨位置处识别为所述参数信息中的所述第一关键点；其中，所述第一预设距离的取值大于或等于1.5cm。
根据本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最内侧点；以所识别的最内侧点为圆心，以第二预设距离为半径做圆形，将所做的圆形与胫骨内侧的交点识别为所述参数信息中的所述第二关键点；或者，
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台内侧的最高点；将所述胫骨平台内侧的最高点向下第二预设距离处或者最凹处识别为所述参数信息中的所述第二关键点；其中，所述第二预设距离的取值范围为3cm~4cm。
根据本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；
在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最外侧点；
将所识别的最外侧点向内侧沿图像横轴在与所述最外侧点相距第三预设距离处识别为所述参数信息中的所述第三关键点；其中，所述第三预设距离的取值范围为1cm~1.5cm；
所述通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面，包括：
通过所述第三关键点做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为所述第一平行面在所述冠状面图像中的投影，确定所述第一平行面。
根据本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的矢状面投影，得到胫骨的矢状面图像；
在所得到的胫骨的矢状面图像中，识别胫骨近端最前侧点和最后侧点；
在所识别的最前侧点与最后侧点之间沿图像横轴长度方向的第四预设距离且靠近所述最前侧点处识别为所述参数信息中的所述第四关键点，并识别通过所述第四关键点与所述第五关键点确定的直线在所述矢状面图像中的投影；其中，所述通过第四关键点确定的直线与所述最前侧点和所述最后侧点之间的直线垂直；所述第四预设距离的取值范围为1.5cm~2cm；
所述通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面，包括：
通过所识别的直线在所述矢状面图像中的投影做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为所述第二平行面在所述矢状面图像中的投影，确定所述第二平行面。
第二方面，本发明还提供一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置，包括：
图像处理模块，用于对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
参数确定模块，用于对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
模型生成模块，用于基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
导板制作模块，用于基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的步骤。
第四方面，发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的步骤。
第五方面，发明还提供一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的步骤。
本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法和装置，通过对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像，通过对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，根据所确定的胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型，并获取截骨导板模型的数据，根据所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板，可以大幅度减少截骨导板的设计时间，降低设计难度，减少患者手术前等待的时间，可以尽快解决患者的疼痛，可以提高截骨导板设计的准确率，缩短手术的时间，降低手术的风险，实现对患者下肢力线的精准矫正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的流程示意图；
图2是本发明提供的通过对三维图像进行关键点确定胫骨截骨部位的参数信息的流程示意图；
图3A至图3K是本发明提供的确定胫骨截骨部位的参数信息以及根据参数信息生成截骨导板模型的示意图；
图4是本发明提供的根据胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型的流程示意图；
图5A是本发明提供的通过三维图像识别第一关键点的流程示意图；
图5B是采用图5A中的流程识别第一关键点的示意图；
图6A是本发明提供的通过三维图像识别第二关键点的流程示意图；
图6B是采用图6A中的流程识别第二关键点的示意图；
图7A是本发明提供的通过三维图像识别第三关键点并确定第一平行面的流程示意图；
图7B是采用图7A中的流程识别第三关键点并确定第一平行面的示意图；
图8A是本发明提供的通过三维图像识别第四关键点与第五关键点确定的直线的投影并确定第二平行面的流程示意图；
图8B是采用图8A中的流程识别第四关键点与第五关键点确定的直线的投影并确定第二平行面的示意图；
图9是本发明提供的胫骨高位截骨导板的制作装置的组成结构示意图；
图10是本发明提供的电子设备的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图8B描述本发明的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法。
请参阅图1和图2，图1是本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的流程示意图，图1所示的方法可以由用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置执行，如图1所示，该用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法至少包括：
101，对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像。
在本发明实施例中，在实施胫骨内侧高位截骨术之前，可以通过医学图像采集设备获取患者人体下肢骨骼的医学图像，本发明实施例对所获取的人体下肢骨骼医学图像的类型以及获取人体下肢骨骼医学图像的实现方式不作限定，例如，可以通过CT机对患者的下肢进行扫描，获取患者下肢骨骼全长的CT图像。在获得人体下肢骨骼的医学图像之后，可以对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割，并对分割后的图像进行三维图像重建，从而得到包含胫骨与腓骨的三维图像，本发明实施例对图像分割和三维图像重建的实现方法不作限定。
在一些可选的例子中，可以通过人工智能 (Artificial Intelligence，简称AI)技术对人体下肢骨骼的CT图像进行图像分割，得到包含胫骨与腓骨的图像，然后通过人工智能技术对分割得到的包含胫骨与腓骨的图像进行三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像。本发明实施例对实现图像分割和三维图像重建所采用的人工智能技术的具体形式不作限定。可选地，可以采用相同的人工智能技术来实现图像分割和三维图像重建，例如，可以采用人工神经网络等机器学习技术；或者也可以采用不同的人工智能技术来实现图像分割、和三维图像重建。
102，对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息。
在本发明实施例中，在对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割及三维图像重建之后，可以根据所得到的包含胫骨与腓骨的三维图像，通过对三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，例如，所确定的胫骨截骨部位的参数信息可以是用来规划截骨部位的截骨面和截骨角度的关键点，本发明实施例对所确定的胫骨截骨部位的参数信息的类型以及通过对三维图像进行关键点识别确定截骨部位的参数信息的实现方法不作限定。
在一些可选的例子中，可以通过人工智能技术对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息。本发明实施例对进行关键点识别所采用的人工智能技术的具体形式不作限定。可选地，可以采用与图像分割和三维图像重建相同的人工智能技术来进行关键点识别，例如，可以采用人工神经网络等机器学习技术；或者也可以采用与图像分割和三维图像重建不同的人工智能技术来进行关键点识别。
103，基于参数信息生成截骨导板模型，并获取截骨导板模型的数据。
在本发明实施例中，在对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别确定胫骨截骨部位的参数信息之后，可以根据所确定的胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型，并根据所生成的截骨导板模型获取截骨导板模型的数据，作为胫骨高位截骨导板的设计数据，用来制作胫骨高位截骨导板，本发明实施例对根据胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型的实现方法不作限定，例如，可以根据所确定的胫骨截骨部位的关键点在截骨部位规划截骨面和截骨角度，根据所规划的截骨面和截骨角度生成与所规划的截骨面和截骨角度相适配的截骨导板模型。
104，基于所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
在本发明实施例中，在生成截骨导板模型并获取截骨导板模型的数据之后，可以将所获取的截骨导板模型的数据作为胫骨高位截骨导板的设计数据，根据所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印来制作胫骨高位截骨导板，本发明实施例对所获取的截骨导板模型的数据的类型不作限定，例如，所获取的截骨导板模型的数据可以包括与截骨面和截骨角度相适配的截骨导板模型的长度、宽度、厚度、夹角以及固定孔的尺寸和位置等数据。
本发明实施例提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，通过对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像，通过对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，根据所确定的胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型，并获取截骨导板模型的数据，根据所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板，可以大幅度减少截骨导板的设计时间，降低设计难度，减少患者手术前等待的时间，可以尽快解决患者的疼痛，可以提高截骨导板设计的准确率，缩短手术的时间，降低手术的风险，实现对患者下肢力线的精准矫正。
请参阅图2，图2是本发明提供的通过对三维图像进行关键点确定胫骨截骨部位的参数信息的流程示意图，如图2所示，对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息至少包括：
201，在胫骨平台外侧从最高点向下第一预设距离的胫骨截骨位置处识别第一关键点。
在本发明实施例中，如图3A所示，可以根据患者胫骨上的截骨位置，在三维图像中识别胫骨平台，即胫骨近端，外侧从最高点向下第一预设距离的第一关键点H，也可以称为轴点，其中第一关键点H的位置可以根据患者胫骨上截骨位置的不同而发生变化，例如，第一预设距离的取值范围大于或等于1.5cm，即第一关键点H可以位于胫骨平台外侧从最高点向下至少1.5cm处。本发明实施例对在胫骨平台的外侧识别第一关键点的实现方法不作限定。
202，在胫骨平台内侧从最高点向下第二预设距离处或者最凹处识别第二关键点。
在本发明实施例中，如图3A所示，可以在三维图像中识别胫骨平台，即胫骨近端，内侧从最高点向下第二预设距离处或者最凹处的第二关键点A，也可以称为横向截骨点，例如，第二预设距离的取值范围为3cm~4cm，即第二关键点A可以位于胫骨平台内侧从最高点向下至少3cm~4cm处。本发明实施例对在胫骨平台的内侧识别第二关键点的实现方法不作限定。
203，在胫骨平台距离外侧边缘第三预设距离处识别第三关键点。
在本发明实施例中，如图3B所示，可以在三维图像中识别胫骨平台，即胫骨近端，距离外侧边缘第三预设距离处的第三关键点D，例如，第三预设距离的取值范围为1cm~1.5cm，即第三关键点D可以位于胫骨平台上，与胫骨平台的外侧相距1cm~1.5cm处。本发明实施例对在胫骨平台上识别第三关键点的实现方法不作限定。
204，在胫骨平台中前部第四预设距离处识别第四关键点。
在本发明实施例中，如图3C所示，可以在三维图像中识别胫骨平台，即胫骨近端，中前部第四预设距离处的第四关键点M和N，例如，第四预设距离的取值范围为1.5cm~2cm，即第四关键点M和N可以选取胫骨平台上中前部1.5cm~2cm处的两个点，并使这两个点的连线MN与胫骨冠状面平行。本发明实施例对在胫骨平台上识别第四关键点的实现方法不作限定。
请参阅图4，图4是本发明提供的根据胫骨截骨部位的参数信息生成截骨导板模型的流程示意图，如图4所示，基于参数信息生成截骨导板模型至少包括：
401，通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面。
在本发明实施例中，如图3B所示，在三维图像中识别出胫骨平台上，即胫骨近端，距离外侧边缘第三预设距离处的第三关键点D之后，可以通过第三关键点D做胫骨矢状面的第一平行面G，本发明实施例对通过第三关键点确定第一平行面的实现方法不作限定。
402，通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面。
在本发明实施例中，如图3C所示，在三维图像中识别出胫骨平台上，即胫骨近端，中前部第四预设距离处的第四关键点M和N之后，可以通过第四关键点M和N做胫骨冠状面的第二平行面F，例如，通过连线MN生成胫骨冠状面的第二平行面F ，本发明实施例对通过第四关键点确定第二平行面的实现方法不作限定。
403，通过第一关键点和第二关键点做胫骨冠状面的第一垂面，使第一截骨面沿第一垂面从胫骨内侧截开胫骨，并截止于第一平行面和第二平行面。
在本发明实施例中，如图3D所示，可以在三维图像中通过第一关键点H和第二关键点A做胫骨冠状面的第一垂面P，使第一截骨面P沿第一垂面E从胫骨内侧截开胫骨，并截止于第一平行面G和第二平行面F，例如，可以通过第一关键点H和第二关键点A的连线HA做胫骨冠状面的第一垂面E，第一垂面E为与胫骨平台保持一定倾斜角度的平面，第一截骨面P沿第一垂面E从胫骨内侧截开胫骨，截透胫骨后侧，不截透胫骨外侧和前侧，截骨深度至第一平行面G和第二平行面F为止。
404，通过第一垂面与第二平行面的交线，与第一垂面呈110 ~130°角做第二截骨面，使第二截骨面截透胫骨前方的内外侧，并截止于第一截骨面。
在本发明实施例中，如图3E所示，可以在三维图像中通过第一垂面E与第二平行面F的交线L，在与第一垂面E呈110-130°角做第二截骨面Q，使第二截骨面Q截透胫骨前方的内外侧，并截止于第一截骨面P，例如，可以通过第一垂面E与第二平行面F的交线L，在与第一垂面呈110-130°角的方向上做第二截骨面Q，使第二截骨面Q横向截透胫骨前方的内外侧，纵向截骨深度至第一截骨面P为止。其中，第一截骨面P与第二截骨面Q均为平面，
405，基于矫正前后下肢力线的位置，确定胫骨被第一截骨面截和第二截骨面开在胫骨内部形成的楔形空间角度。
在本发明实施例中，如图3G和图3H所示，可以通过矫正前后下肢力线位置的变换，计算胫骨被第一截骨面P和第二截骨面Q截开在胫骨内部形成的楔形空间角度α，例如，在胫骨被第一截骨面P和第二截骨面Q截开后，可以通过间隙测量块精准测量在胫骨内部形成的楔形空间角度α。
406，基于楔形空间角度、第一截骨面和第二截骨面生成截骨导板模型。
在本发明实施例中，如图3I、图3J和图3K所示，可以根据楔形空间角度α、第一截骨面P和第二截骨面Q生成与楔形空间角度α、第一截骨面P和第二截骨面Q相适配的截骨导板模型，例如，可以根据第一截骨面P和第二截骨面Q生成截骨导板，为满足楔形空间角度α截骨槽的宽度可以1.5mm，所生成的截骨导板与胫骨前侧拟合，并固定于胫骨内侧。请参阅图5A，图5A是本发明提供的通过三维图像识别第一关键点的流程示意图，如图5A所示，在胫骨平台外侧从最高点向下第一预设距离的胫骨截骨位置处识别第一关键点至少包括：
501，在包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别腓骨近端与胫骨接触的最高点。
502，将在胫骨上与最高点接触的点识别为第一关键点。
在本发明实施例中，如图5B所示，对于包含胫骨与腓骨的三维图像，可以以左上角为坐标原点，以胫骨外侧到内侧的方向为X轴的正方向，以胫骨前侧到后侧的方向为Y轴的正方向，建立三维直角坐标系。然后计算包含胫骨与腓骨的三维图像中腓骨部分所有像素点的三位直角坐标（x，y，z），对腓骨部分所有像素点的z坐标按照从小到大的顺序进行排列，将其中z坐标最小的点识别为腓骨近端与胫骨接触的最高点H′。在识别出腓骨近端的最高点H′之后，可以将包含胫骨与腓骨的三维图像中胫骨部分与最高点H′接触的点识别为第一关键点H。
请参阅图6A，图6A是本发明提供的通过三维图像识别第二关键点的流程示意图，如图6A所示，在胫骨平台内侧从最高点向下第二预设距离处或者最凹处识别第二关键点至少包括：
601，对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像。
602，在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最内侧点。
603，以所识别的最内侧点为圆心，以第二预设距离为半径做圆形，将所做的圆形与胫骨内侧的交点识别为第二关键点。
在本发明实施例中，如图6B所示，可以对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像，可以以冠状面图像左上角为坐标原点，以图像横轴方向为X轴的正方向，以图像纵轴方向为Z轴的正方向，建立二维直角坐标系。然后计算冠状面图像上胫骨部分所有像素点的x坐标，并按照从大到小的顺序进行排列，将其中x坐标最大的点识别为胫骨最内侧点A’。在识别出胫骨最内侧点A’之后，以胫骨最内侧点A’为圆心，以第二预设距离为半径画圆形，例如第二预设距离为30mm，将所画的圆形在冠状面图像中与胫骨内侧的交点识别为第二关键点A。
请参阅图7A，图7A是本发明提供的通过三维图像识别第三关键点并确定第一平行面的流程示意图，如图7A所示，在胫骨平台距离外侧边缘第三预设距离处识别第三关键点，通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面至少包括：
701，对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像。
702，在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最外侧点。
703，从所识别的最外侧点向内侧沿图像横轴在与最外侧点相距第三预设距离处识别第三关键点。
704，通过第三关键点做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为第一平行面在冠状面图像中的投影，确定第一平行面。
在本发明实施例中，如图7B所示，可以对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像，可以以冠状面图像左上角为坐标原点，以图像横轴方向为X轴的正方向，以图像纵轴方向为Z轴的正方向，建立二维直角坐标系。然后计算冠状面图像上胫骨部分所有像素点的x坐标，并按照从小到大的顺序进行排列，将其中x坐标最小的点识别为胫骨最外侧点D’。在识别出胫骨最外侧点D’之后，将从D’点向胫骨内侧沿图像横轴移动第三预设距离处胫骨上的点识别为第三关键点D，例如第三预设距离为1cm。通过第三关键点D做一条平行于图像纵轴的直线，以这条直线作为第一平行面G在冠状面图像中的投影，来确定第一平行面G。
请参阅图8A，图8A是本发明提供的通过三维图像识别第四关键点与第五关键点确定的直线的投影并确定第二平行面的流程示意图，如图8A所示，在胫骨平台中前部第四预设距离处识别第四关键点和第五关键点，通过第四关键点和第五关键点做胫骨冠状面第二平行面至少包括：
801，对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的矢状面投影，得到胫骨的矢状面图像。
802，在所得到的胫骨的矢状面图像中，识别胫骨近端最前侧点和最后侧点。
803，在所识别的最前侧点与最后侧点之间沿图像横轴长度的第四预设距离处且靠近最前侧点处识别第四关键点，并识别通过第四关键点确定的直线在矢状面图像中的投影。
804，通过所识别的直线在矢状面图像中的投影做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为第二平行面在矢状面图像中的投影，确定第二平行面。
在本发明实施例中，如图8B所示，可以对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的矢状面投影，得到胫骨的矢状面图像，可以以矢状面图像右上角为坐标原点，以图像横轴方向为Y轴的正方向，以图像纵轴方向为Z轴的正方向，建立二维直角坐标系。然后计算矢状面图像上胫骨部分所有像素点的y坐标，并按照从小到大的顺序进行排列，将其中y坐标最小的点识别为胫骨最前侧点P，将其中y坐标最大的点识别为胫骨最后侧点Q。在识别出胫骨最前侧点P和胫骨最后侧点Q之后，计算沿图像横轴胫骨最前侧点P与胫骨最后侧点Q之间的距离h，将位于Q点左侧第四预设距离*h处胫骨上的点识别为第四关键点M和N的连线MN在矢状面图像中的投影，例如第四预设距离为1/3。通过连线MN在矢状面图像中的投影做一条平行于图像纵轴的直线，以这条直线作为第二平行面F在矢状面图像中的投影，来确定第二平行面F。
下面对本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置进行描述，下文描述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置与上文描述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法可相互对应参照。
请参阅图9，图9是本发明提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置的组成结构示意图，图9所示的用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置可用来执行图1的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，如图9所示，该用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置至少包括：
图像处理模块910，用于对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像。
参数确定模块920，用于对包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息。
模型生成模块930，用于基于参数信息生成截骨导板模型，并获取截骨导板模型的数据。
导板制作模块940，用于基于所获取的截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
可选地，模型生成模块930包括：
第一平行面生成单元，用于通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面。
第二平行面生成单元，用于通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面。
第一截骨面生成单元，用于通过第一关键点和第二关键点做胫骨冠状面的第一垂面，使第一截骨面沿第一垂面从胫骨内侧截开胫骨，并截止于第一平行面和第二平行面。
第二截骨面生成单元，用于通过第一垂面与第二平行面的交线，与第一垂面呈110~130°角做第二截骨面，使第二截骨面截透胫骨前方的内外侧，并截止于第一截骨面。
楔形空间角度生成单元，用于基于矫正前后下肢力线的位置，确定胫骨被第一截骨面和第二截骨面截开在胫骨内部形成的楔形空间角度。
截骨导板模型生成单元，用于基于楔形空间角度、第一截骨面和第二截骨面生成截骨导板模型。
可选地，参数确定模块920包括：
第一关键点识别单元，用于在包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别腓骨近端与胫骨接触的最高点；将在胫骨上与最高点接触的点识别为参数信息中的第一关键点；或者，
在包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台外侧的最高点；将胫骨平台外侧的最高点向下第一预设距离的胫骨截骨位置处识别为参数信息中的第一关键点；其中，第一预设距离的取值大于或等于1.5cm。
可选地，参数确定模块920包括：
第二关键点识别单元，用于对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最内侧点；以所识别的最内侧点为圆心，以第二预设距离为半径做圆形，将所做的圆形与胫骨内侧的交点识别为参数信息中的第二关键点；或者，
在包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台内侧的最高点；将胫骨平台内侧的最高点向下第二预设距离处或者最凹处识别为参数信息中的第二关键点；其中，第二预设距离的取值范围为3cm~4cm。
可选地，参数确定模块920包括：
第三关键点识别单元，用于对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最外侧点；将所识别的最外侧点向内侧沿图像横轴在与最外侧点相距第三预设距离处识别为参数信息中的第三关键点；其中，第三预设距离的取值范围为1cm~1.5cm。
第一平行面生成单元，用于通过第三关键点做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为第一平行面在冠状面图像中的投影，确定第一平行面。
可选地，参数确定模块920包括：
第四关键点识别单元，用于对包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的矢状面投影，得到胫骨的矢状面图像；在所得到的胫骨的矢状面图像中，识别胫骨近端最前侧点和最后侧点；在所识别的最前侧点与最后侧点之间沿图像横轴长度方向的第四预设距离且靠近最前侧点处识别为参数信息中的第四关键点，并识别通过第四关键点确定的直线在矢状面图像中的投影，其中，通过第四关键点确定的直线与最前侧点和最后侧点之间的直线垂直；第四预设距离的取值范围为1.5cm~2cm。
第二平行面生成单元，用于通过所识别的直线在矢状面图像中的投影做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为第二平行面在矢状面图像中的投影，确定第二平行面。
图10示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图10所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(CommunicationsInterface)1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，该方法包括：
对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
此外，上述的存储器1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，该方法包括：
对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法实施例提供的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，该方法包括：
对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，其特征在于，包括：
对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板；
所述基于所述参数信息生成截骨导板模型，包括：
通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面；
通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面；
通过第一关键点和第二关键点做胫骨冠状面的第一垂面，使第一截骨面沿所述第一垂面从胫骨内侧截开所述胫骨，并截止于所述第一平行面和所述第二平行面；
通过所述第一垂面与所述第二平行面的交线，与所述第一垂面呈110 ~130°角做第二截骨面，使所述第二截骨面截透所述胫骨前方的内外侧，并截止于所述第一截骨面；
基于矫正前后下肢力线的位置，确定所述胫骨被所述第一截骨面和所述第二截骨面截开在所述胫骨内部形成的楔形空间角度；
基于所述楔形空间角度、所述第一截骨面和所述第二截骨面生成所述截骨导板模型。
2.根据权利要求1所述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，其特征在于，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别腓骨近端与胫骨接触的最高点；将在所述胫骨上与所述最高点接触的点识别为所述参数信息中的所述第一关键点；或者，
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台外侧的最高点；将所述胫骨平台外侧的最高点向下第一预设距离的胫骨截骨位置处识别为所述参数信息中的所述第一关键点；其中，所述第一预设距离的取值大于或等于1.5cm。
3.根据权利要求1所述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，其特征在于，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最内侧点；以所识别的最内侧点为圆心，以第二预设距离为半径做圆形，将所做的圆形与胫骨内侧的交点识别为所述参数信息中的所述第二关键点；或者，
在所述包含胫骨与腓骨的三维图像中，识别胫骨平台内侧的最高点；将所述胫骨平台内侧的最高点向下第二预设距离处或者最凹处识别为所述参数信息中的所述第二关键点；其中，所述第二预设距离的取值范围为3cm~4cm。
4.根据权利要求1所述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，其特征在于，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的冠状面投影，得到胫骨的冠状面图像；
在所得到的胫骨的冠状面图像中，识别胫骨近端最外侧点；
将所识别的最外侧点向内侧沿图像横轴在与所述最外侧点相距第三预设距离处识别为所述参数信息中的所述第三关键点；其中，所述第三预设距离的取值范围为1cm~1.5cm；
所述通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面，包括：
通过所述第三关键点做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为所述第一平行面在所述冠状面图像中的投影，确定所述第一平行面。
5.根据权利要求1所述的用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法，其特征在于，所述对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息，包括：
对所述包含胫骨与腓骨的三维图像做胫骨的矢状面投影，得到胫骨的矢状面图像；
在所得到的胫骨的矢状面图像中，识别胫骨近端最前侧点和最后侧点；
在所识别的最前侧点与最后侧点之间沿图像横轴长度方向的第四预设距离处且靠近所述最前侧点处识别为所述参数信息中的所述第四关键点，并识别通过所述第四关键点确定的直线在所述矢状面图像中的投影；其中，所述通过第四关键点确定的直线与所述最前侧点和所述最后侧点之间的直线垂直；所述第四预设距离的取值范围为1.5cm~2cm；
所述通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面，包括：
通过所识别的直线在所述矢状面图像中的投影做一条平行于图像纵轴的直线，以所做的直线为所述第二平行面在所述矢状面图像中的投影，确定所述第二平行面。
6.一种用于胫骨截骨智能导航系统的规划装置，其特征在于，包括：
图像处理模块，用于对人体下肢骨骼的医学图像进行图像分割和三维图像重建，得到包含胫骨与腓骨的三维图像；
参数确定模块，用于对所述包含胫骨与腓骨的三维图像进行关键点识别，确定胫骨截骨部位的参数信息；
模型生成模块，用于基于所述参数信息生成截骨导板模型，并获取所述截骨导板模型的数据；
导板制作模块，用于基于所获取的所述截骨导板模型的数据通过3D打印制作胫骨高位截骨导板，
模型生成模块包括：
第一平行面生成单元，用于通过第三关键点做胫骨矢状面的第一平行面；
第二平行面生成单元，用于通过第四关键点做胫骨冠状面的第二平行面；
第一截骨面生成单元，用于通过第一关键点和第二关键点做胫骨冠状面的第一垂面，使第一截骨面沿第一垂面从胫骨内侧截开胫骨，并截止于第一平行面和第二平行面；
第二截骨面生成单元，用于通过第一垂面与第二平行面的交线，与第一垂面呈110 ~130°角做第二截骨面，使第二截骨面截透胫骨前方的内外侧，并截止于第一截骨面；
楔形空间角度生成单元，用于基于矫正前后下肢力线的位置，确定胫骨被第一截骨面和第二截骨面截开在胫骨内部形成的楔形空间角度；
截骨导板模型生成单元，用于基于楔形空间角度、第一截骨面和第二截骨面生成截骨导板模型。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述用于胫骨截骨智能导航系统的规划方法的步骤。
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