CN115830247B

CN115830247B - 髋关节旋转中心的拟合方法和装置、处理器及电子设备

Info

Publication number: CN115830247B
Application number: CN202310125594.8A
Authority: CN
Inventors: 申一君; 王静芝
Original assignee: Beijing Yidian Lingdong Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Yidian Lingdong Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-14
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2043-02-14
Also published as: CN115830247A

Abstract

本申请公开了一种髋关节旋转中心的拟合方法和装置、处理器及电子设备。该方法包括：获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围；并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心。通过本申请，解决了相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题。

Description

髋关节旋转中心的拟合方法和装置、处理器及电子设备

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种髋关节旋转中心的拟合方法和装置、处理器及电子设备。

背景技术

在髋、膝关节置换手术中，核心问题是如何更好恢复患者的运动能力。而在下肢关节的运动中的核心是力线的恢复，作为从上肢向下肢力传导的中转站，髋关节在其中起到核心的作用，而髋关节的旋转中心，往往认为是这种力传导的质心。因此髋关节旋转中心的位置确定便成了一个非常重要的问题。

传统上，一般采用两种方案来近似拟合髋关节的旋转中心。一种由髋臼窝出发，尽可能将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心。另一种由股骨头出发，将股骨头拟合成一个球体，同样将该球体作为近似的髋关节旋转中心。但这两种方法都存在部分的局限性。在实际的髋关节转动中，受滑动、非球面结构等因素的影响，髋关节的运动实际上并不等同于一个绝对的同心球的转动。另外对于髋关节患者，其髋关节本身呈现更复杂的情况，因此，通过上述两种方式进行旋转中心拟合时均存在准确度比较低的问题。

针对相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种髋关节旋转中心的拟合方法和装置、处理器及电子设备，以解决相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种髋关节旋转中心的拟合方法。该方法包括：获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于所述目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，所述目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息，并依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心。

进一步地，依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型包括：若所述医疗影像数据为所述目标髋关节的CT影像数据，则依据所述CT影像数据对所述目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

进一步地，对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型的方法为以下至少之一：基于预设的第一软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；对所述初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据所述第二软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据所述第三软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

进一步地，依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度包括：获取所述历史医疗数据，并依据所述历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；依据所述软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

进一步地，基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息包括：依据预设第一数值，对所述内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；依据预设第二数值，对所述前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；依据预设第三数值，对所述股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；将所述多个第一分段运动角度范围、所述多个第二分段运动角度范围和所述多个第三分段运动角度范围映射到所述目标髋关节三维模型中，得到所述多个第一运动位置信息。

进一步地，依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值包括：通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵，并依据所述股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，其中，所述第二运动位置信息对应的位置为所述股骨能够转动到的位置；在所述目标髋关节三维模型中将所述股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；依据所述每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到所述股骨旋转矩阵。

进一步地，对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息的方法为以下之一：将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为所述每个修正后的第二运动位置信息；依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

进一步地，通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵包括：将所述股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据所述初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定所述股骨未运动时的初始力线；依据所述多个第一运动位置信息计算得到所述股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线，并依据所述初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵；依据所述多个第一运动位置信息进行计算，得到以所述初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵确定所述股骨旋转矩阵。

进一步地，在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心之后，所述方法还包括：依据所述目标旋转中心对所述初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种髋关节旋转中心的拟合装置。该装置包括：获取单元，用于获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；模拟单元，用于基于所述目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，所述目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；计算单元，用于基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息，并依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；拟合单元，用于依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心。

进一步地，所述获取单元包括：重建模块，用于若所述医疗影像数据为所述目标髋关节的CT影像数据，则依据所述CT影像数据对所述目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；补偿模块，用于对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

进一步地，对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型的装置为以下至少之一：第一补偿单元，用于基于预设的第一软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；第二补偿单元，用于对所述初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据所述第二软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；第三补偿单元，用于依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据所述第三软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

进一步地，所述第三补偿单元包括：获取模块，用于获取所述历史医疗数据，并依据所述历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；预测模块，用于依据所述软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

进一步地，所述模拟单元包括：第一等分模块，用于依据预设第一数值，对所述内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；第二等分模块，用于依据预设第二数值，对所述前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；第三等分模块，用于依据预设第三数值，对所述股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；映射模块，用于将所述多个第一分段运动角度范围、所述多个第二分段运动角度范围和所述多个第三分段运动角度范围映射到所述目标髋关节三维模型中，得到所述多个第一运动位置信息。

进一步地，所述计算单元包括：确定模块，用于通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵，并依据所述股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，其中，所述第二运动位置信息对应的位置为所述股骨能够转动到的位置；约束模块，用于在所述目标髋关节三维模型中将所述股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；计算模块，用于依据所述每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到所述股骨旋转矩阵。

进一步地，所述约束模块包括：确定子模块，用于将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为所述每个修正后的第二运动位置信息；修正子模块，用于依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

进一步地，所述确定模块包括：设置子模块，用于将所述股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据所述初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定所述股骨未运动时的初始力线；第一计算子模块，用于依据所述多个第一运动位置信息计算得到所述股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线并依据所述初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵，第二计算子模块，用于依据所述多个第一运动位置信息进行计算，得到以所述初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵确定所述股骨旋转矩阵。

进一步地，所述装置还包括：迭代单元，用于在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心之后，依据所述目标旋转中心对所述初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意一项所述的髋关节旋转中心的拟合方法。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电子设备，电子设备包括一个或多个处理器和存储器，存储器用于存储一个或多个处理器实现上述任意一项所述的髋关节旋转中心的拟合方法。

通过本申请，采用以下步骤：获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心，解决了相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题。在本方案中，通过目标髋关节的医疗影像数据构建三维模型，并通过三维模型可以真实模拟髋关节的旋转运动，进而准确得到股骨在目标自由度上的运动角度范围，通过运动角度范围可以得到股骨的多个第一运动位置信息，然后通过运动位置信息可以准确拟合得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值，最后通过股骨中心值进行球心拟合得到目标髋关节的目标旋转中心，进而达到了提高确定髋关节旋转中心的准确度的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法的流程图；

图2是根据本申请实施例提供的第一运动位置信息的示意图；

图3是根据本申请实施例提供的修正后的第二运动位置信息的示意图；

图4是根据本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置的示意图；

图5是根据本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合系统的示意图；

图6是根据本申请实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，本公开所涉及的相关信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。例如，本系统和相关用户或机构间设置有接口，在获取相关信息之前，需要通过接口向前述的用户或机构发送获取请求，并在接收到前述的用户或机构反馈的同意信息后，获取相关信息。

下面结合优选的实施步骤对本发明进行说明，图1是根据本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；

具体地，获取目标髋关节的医疗影像数据，医学影像数据可以是CT影像，也可是核磁影像。利用医疗影像数据进行三维重建得到目标髋关节三维模型。该三维重建过程可采用阈值、区域增长等常见的影像学算法来实现。

需要说明的是，通过核磁影像进行三维重建可以直接得到带有关节软骨的目标髋关节三维模型。通过CT影像进行三维重建得到的三维模型还需要进行软骨补偿才能够得到上述的目标髋关节三维模型。

步骤S102，基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；

具体地，通过目标髋关节三维模型模拟髋关节的旋转运动，确定股骨在三个自由度上的旋转运动的运动角度范围，三个自由度分别为内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度。在确定运动角度范围时，可以通过是否发生碰撞来确定，其中，碰撞可以是股骨与骨盆之间的碰撞等。

步骤S103，基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；

具体地，通过股骨在三个自由度上的旋转运动的运动角度范围可以计算计算得到股骨的多个第一运动位置信息。然后通过这些运动位置信息和目标髋关节三维模型可以准确模拟得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值。

步骤S104，依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心。

具体地，通过上述的每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，最终得到目标髋关节的目标旋转中心。球心拟合算法一般基于最小二乘法和最小化误差算法就可以实现。

综上所述，通过目标髋关节的医疗影像数据构建三维模型，并通过三维模型可以真实模拟髋关节的旋转运动，进而准确得到股骨在目标自由度上的运动角度范围，通过运动角度范围可以得到股骨的多个第一运动位置信息，然后通过运动位置信息可以准确拟合得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值，最后通过多个股骨中心值进行球心拟合得到目标髋关节的目标旋转中心，提高了确定髋关节旋转中心的准确度。

为了提高目标髋关节三维模型重建的准确性，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型包括：若医疗影像数据为目标髋关节的CT影像数据，则依据CT影像数据对目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

具体地，在进行三维模型重建时，如果用的医疗影像数据为目标髋关节的CT影像数据，那么通过CT影像数据对目标髋关节进行三维重建的初始髋关节三维模型是不包括软骨信息，因此，需要对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到带有软骨信息的目标髋关节三维模型。

需要说明的是，通过核磁影像进行三维重建可以直接得到带有关节软骨的目标髋关节三维模型。但是为了软骨分布和厚度更加合理，可以对带有关节软骨的目标髋关节三维模型中的软骨厚度进行调整。

为了提高软骨补偿的合理性，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型的方法为以下至少之一：基于预设的第一软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；对初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据第二软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据第三软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度包括：获取历史医疗数据，并依据历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；依据软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

具体地，可以通过以下三种方式对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型：

方式一：基于预设的第一软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。预设的第一软骨厚度补偿为固定值补偿，在重建出的皮质骨之后（即得到初始髋关节三维模型之后），固定补偿一定厚度的软骨。这种方法针对轻症患者较为适用。固定值补偿的值一般为1-3mm。

方式二：初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，针对不同的区域设定不同的软骨补偿值，进行区域特异性补偿。这种方式往往是由人来选择髋臼窝或股骨头表面的部分区域，针对不同的区域设定不同的软骨补偿值。

方式三：基于预测的软骨补偿，收集不同患者的年龄、性别、病情等病人个性化的历史医疗数据，然后通过历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，进而可以通过回归关系对不同患者进行更为精准的软组织评估。

在一可选的实施例中，根据数据量以及预测输出的复杂性，回归模型可以选用线性回归、多项式回归、岭回归等。以及为得到更为精准的预测结果，还可以采用深度学习模型进行进一步的拟合。

在一可选的实施例中，在进行软骨补偿时，可以通过以上三种方式中的任意一种，还可以通过结合上述三种方式中任意两种或者三种来实现软骨厚度的确定。

如何基于运动角度范围得到股骨的多个第一运动位置信息是至关重要的，因此，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息包括：依据预设第一数值，对内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；依据预设第二数值，对前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；依据预设第三数值，对股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；将多个第一分段运动角度范围、多个第二分段运动角度范围和多个第三分段运动角度范围映射到目标髋关节三维模型中，得到多个第一运动位置信息。

具体地，可以根据预设第一数值（例如，将内外翻按照2°切片），对内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；根据预设第二数值（例如，将前后倾按照1°进行切片），对前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；根据预设第三数值（例如，将自旋自由度按照1°进行切片），对股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围。最后将多个第一分段运动角度范围、多个第二分段运动角度范围和多个第三分段运动角度范围映射到目标髋关节三维模型中，得到多个第一运动位置信息，如图2所示的股骨的多个第一运动位置信息。

需要说明的是，通过上述步骤计算得到多个第一运动位置信息为理论值。

综上所述，通过上述步骤可以准确计算得到股骨的多个第一运动位置信息。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值包括：通过多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到股骨旋转矩阵，并依据股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，其中，第二运动位置信息对应的位置为股骨能够转动到的位置；在目标髋关节三维模型中将股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；依据每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到股骨旋转矩阵。

对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息的方法为以下之一：将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为每个修正后的第二运动位置信息；依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

具体地，在得到股骨的多个第一运动位置信息之后，由于多个第一运动位置信息为理论值与实际股骨能够转动到的位置还存在差异性，因此还需要对多个第一运动位置信息进行处理，通过多个第一运动位置信息进行模拟计算可以得到股骨旋转矩阵，利用股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，也就是股骨能够真正转动到的位置信息。

通过在目标髋关节三维模型中将股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，进而得到多个修正后的运动位置信息，如图3所示的贴合后的运动位置信息。通过贴合约束处理能够有效提高计算目标旋转中心的准确性。

贴合约束处理可以通过两种方式进行实现：刚性贴合算法以及弹性贴合算法。

刚性贴合算法认为骨盆以及股骨都是刚体，在贴合过程中无任何形变。因此直接取二者的点云临界交集位置作为贴合约束的最终位置。

弹性贴合算法则考虑软骨的形变，根据弹性形变位移x矫正每个运动位置信息，进而得到最终的位置（即上述的修正后的运动位置信息）。弹性形变位移x可以设置在0.1mm-2mm左右。

需要说明的是，在进行贴合约束的贴合方向为沿力线方向。力线为髋关节中心到膝关节中心的力线。考虑到髋关节旋转中心此时并未确定，因此，可以选择股骨未运动时的股骨头中心作为髋关节旋转中心进行处理。后续如果需要提高贴合的精度，可以将后续通过每个第一运动位置信息下对应的股骨中心计算得到的旋转中心作为这一步的髋关节中心，进行反复迭代收敛。

为了提高股骨旋转矩阵的准确性，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，通过多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到股骨旋转矩阵包括：将股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定股骨未运动时的初始力线；依据多个第一运动位置信息计算得到股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线，并依据初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵；依据多个第一运动位置信息进行计算，得到以初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据第一转换矩阵和第二转换矩阵确定股骨旋转矩阵。

具体地，由于计算过程需要用到髋关节中心到膝关节中心的力线，但是髋关节旋转中心此时并未确定，因此将股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，通过初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定股骨未运动时的初始力线，以及根据多个第一运动位置信息中的内外翻、前后倾的自由度值计算得到股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线。然后依据初始力线和每个目标力线进行计算，得到从初始力线转换到每个目标力线的第一转换矩阵。以及通过第一运动位置信息中的股骨自旋自由度值进行计算得到以初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，然后通过第一转换矩阵和第二转换矩阵确定最后的股骨旋转矩阵。

在一可选的实施例中，可以采用以下公式得到第一转换矩阵和第二转换矩阵，以及通过第一转换矩阵和第二转换矩阵得到股骨能够真正转动到的多个第二运动位置信息：

由初始力线方向n_s与目标力线方向n_t计算得到，计算过程如下：

其中，^符号表示反对称阵：

；I为单位矩阵；内外翻的角度记为θ，i表示第i个内外翻角度；前后倾的角度记为β，j表示第j个前后倾的角度；股骨自旋角度记为γ。θ_rot为初始力线方向n_s与目标力线方向n_t之间的夹角值，N_rot为初始旋转矩阵，T₁为上述的第一转换矩阵。

根据股骨自旋角度γ计算以力线n_s为旋转轴的旋转矩阵T₂（即上述的第二转换矩阵）：

其中，

，为以力线n_s为y轴的局部坐标系的坐标矩阵，/>

。

综上所述，股骨能够真正转动到的多个第二运动位置信息可表示为：

。

为了提高目标髋关节的目标旋转中心的精确度，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法中，在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心之后，还包括：依据目标旋转中心对初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

具体地，将计算得到的目标旋转中心对初始髋关节旋转中心进行替换，然后重复执行依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数（例如，5次）。通过反复迭代能够有效提高目标髋关节的目标旋转中心的精确度。

本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合方法，通过获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心，解决了相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题。在本方案中，通过目标髋关节的医疗影像数据构建三维模型，并通过三维模型可以真实模拟髋关节的旋转运动，进而准确得到股骨在目标自由度上的运动角度范围，通过运动角度范围可以得到股骨的多个第一运动位置信息，然后通过运动位置信息可以准确拟合得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值，最后通过股骨中心值进行球心拟合得到目标髋关节的目标旋转中心，进而达到了提高确定髋关节旋转中心的准确度的效果。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例还提供了一种髋关节旋转中心的拟合装置，需要说明的是，本申请实施例的髋关节旋转中心的拟合装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于髋关节旋转中心的拟合方法。以下对本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置进行介绍。

图4是根据本申请实施例的髋关节旋转中心的拟合装置的示意图。如图4所示，该装置包括：获取单元401，模拟单元402，计算单元403和拟合单元404。

获取单元401，用于获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；

模拟单元402，用于基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；

计算单元403，用于基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；

拟合单元404，用于依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心。

本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置，通过获取单元401获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；模拟单元402基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；计算单元403基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；拟合单元404，用于依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心，解决了相关技术中通过将髋臼窝拟合成一个球体，将球心作为近似髋关节旋转中心，导致确定髋关节旋转中心的准确度比较低的问题。在本方案中，通过目标髋关节的医疗影像数据构建三维模型，并通过三维模型可以真实模拟髋关节的旋转运动，进而准确得到股骨在目标自由度上的运动角度范围，通过运动角度范围可以得到股骨的多个第一运动位置信息，然后通过运动位置信息可以准确拟合得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值，最后通过股骨中心值进行球心拟合得到目标髋关节的目标旋转中心，进而达到了提高确定髋关节旋转中心的准确度的效果。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，获取单元包括：重建模块，用于若医疗影像数据为目标髋关节的CT影像数据，则依据CT影像数据对目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；补偿模块，用于对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型的装置为以下至少之一：第一补偿单元，用于基于预设的第一软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；第二补偿单元，用于对初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据第二软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；第三补偿单元，用于依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据第三软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，第三补偿单元包括：获取模块，用于获取历史医疗数据，并依据历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；预测模块，用于依据软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，模拟单元包括：第一等分模块，用于依据预设第一数值，对内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；第二等分模块，用于依据预设第二数值，对前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；第三等分模块，用于依据预设第三数值，对股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；映射模块，用于将多个第一分段运动角度范围、多个第二分段运动角度范围和多个第三分段运动角度范围映射到目标髋关节三维模型中，得到多个第一运动位置信息。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，计算单元包括：确定模块，用于通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵，并依据所述股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，其中，所述第二运动位置信息对应的位置为所述股骨能够转动到的位置；约束模块，用于在目标髋关节三维模型中将股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；计算模块，用于依据每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到股骨旋转矩阵。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，约束模块包括：确定子模块，用于将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为每个修正后的第二运动位置信息；修正子模块，用于依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，确定模块包括：设置子模块，用于将股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定股骨未运动时的初始力线和股骨在每个修正后的第二运动位置信息时的目标力线；第一计算子模块，用于依据所述多个第一运动位置信息计算得到所述股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线并依据所述初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵，第二计算子模块，用于依据所述多个第一运动位置信息进行计算，得到以所述初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵确定所述股骨旋转矩阵。

可选地，在本申请实施例提供的髋关节旋转中心的拟合装置中，装置还包括：迭代单元，用于在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心之后，依据目标旋转中心对初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

髋关节旋转中心的拟合装置包括处理器和存储器，上述的获取单元401，模拟单元402，计算单元403和拟合单元404等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现对髋关节旋转中心的拟合。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本申请实施例还提供了一种髋关节旋转中心的拟合系统，如图5所示，该拟合系统包括术前影像学骨骼三维重建模块（简称三维重建模块），软组织评估模块，运动学模拟模块，旋转中心拟合模块。软组织评估模块用于对关节软骨的状况进行评估，包括髋臼窝、股骨头等的软骨分布、软骨厚度等软骨状况。

运动学模拟模块分为运动策划，运动遍历以及贴合约束三个模块。其中运动策划模块主要用于策划患者的髋关节的旋转运动，确定股骨在三个自由度上的旋转运动，分为内外翻、前后倾以及股骨自旋三个角度。运动策划模块的输出将作为运动遍历扫描的输入，决定运动遍历扫描的角度范围。

运动遍历模块对输入的角度值进行切分，均匀分布到三维空间中。例如，内外翻的角度范围为0°到10°，记为θ，前后倾的角度范围为0°度到5°，记为β，如果将内外翻按照2°切片，前后倾按照1°切片，股骨自旋角度范围为0°度到3°，记为γ，股骨自旋角度，在空间中产生 5x5x3个位置。运动遍历模块将遍历这75个的位置。运动遍历模块输出的位置N作为贴合约束子模块的输入。贴合约束模块进行贴合约束重新调整得到调整后的位置N，并根据调整后的位置N得到每个位置对应的股骨中心值。

旋转中心拟合模块汇总遍历的多个股骨中心值，进行球心拟合。球心拟合算法一般基于最小二乘法，最小化误差等，

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现髋关节旋转中心的拟合方法。

本发明实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行髋关节旋转中心的拟合方法。

如图6所示，本发明实施例提供了一种电子设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心。

可选地，依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型包括：若医疗影像数据为目标髋关节的CT影像数据，则依据CT影像数据对目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

可选地，对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型的方法为以下至少之一：基于预设的第一软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；对初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据第二软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型；依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据第三软骨厚度对初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到目标髋关节三维模型。

可选地，依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度包括：获取历史医疗数据，并依据历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；依据软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

可选地，基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息包括：依据预设第一数值，对内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；依据预设第二数值，对前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；依据预设第三数值，对股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；将多个第一分段运动角度范围、多个第二分段运动角度范围和多个第三分段运动角度范围映射到目标髋关节三维模型中，得到多个第一运动位置信息。

可选地，依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值包括：在目标髋关节三维模型中将股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；依据每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到股骨旋转矩阵。

可选地，对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息的方法为以下之一：将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为每个修正后的第二运动位置信息；依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

可选地通过多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到股骨旋转矩阵包括：将股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定股骨未运动时的初始力线；依据多个第一运动位置信息计算得到股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线，并依据初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵；依据多个第一运动位置信息进行计算，得到以初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据第一转换矩阵和第二转换矩阵确定股骨旋转矩阵。

可选地，在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心之后，该方法还包括：依据目标旋转中心对初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值以及依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据医疗影像数据进行三维重建，得到目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；基于目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；基于运动角度范围进行计算，得到股骨的多个第一运动位置信息，并依据多个第一运动位置信息和目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到目标髋关节的目标旋转中心。

可选地，通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵包括：将所述股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据所述初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定所述股骨未运动时的初始力线；依据所述多个第一运动位置信息计算得到所述股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线，并依据所述初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵；依据所述多个第一运动位置信息进行计算，得到以所述初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵确定所述股骨旋转矩阵。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种髋关节旋转中心的拟合方法，其特征在于，包括：

获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；

基于所述目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，所述目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；

基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息，并依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；

依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心；

其中，基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息包括：

依据预设第一数值，对所述内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；

依据预设第二数值，对所述前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；

依据预设第三数值，对所述股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；

将所述多个第一分段运动角度范围、所述多个第二分段运动角度范围和所述多个第三分段运动角度范围映射到所述目标髋关节三维模型中，得到所述多个第一运动位置信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型包括：

若所述医疗影像数据为所述目标髋关节的CT影像数据，则依据所述CT影像数据对所述目标髋关节进行三维重建，得到初始髋关节三维模型；

对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型的方法为以下至少之一：

基于预设的第一软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；

对所述初始髋关节三维模型中的不同区域设置不同的第二软骨厚度，并依据所述第二软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型；

依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度，并依据所述第三软骨厚度对所述初始髋关节三维模型进行软骨补偿，得到所述目标髋关节三维模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，依据历史医疗数据进行预测得到第三软骨厚度包括：

获取所述历史医疗数据，并依据所述历史医疗数据建立软骨分布与软骨厚度之间的回归关系；

依据所述软骨分布与软骨厚度之间的回归关系，预测得到第三软骨厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值包括：

通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到股骨旋转矩阵，并依据所述股骨旋转矩阵确定每个第一运动位置信息对应的第二运动位置信息，其中，所述第二运动位置信息对应的位置为所述股骨能够转动到的位置；

在所述目标髋关节三维模型中将所述股骨转动至每个第二运动位置信息，并对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息；

依据所述每个修正后的第二运动位置信息进行计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型进行贴合约束处理，得到每个修正后的第二运动位置信息的方法为以下之一：

将每个第二运动位置信息对应的目标髋关节三维模型中骨盆的点云数据和股骨点云数据的临界交集位置作为所述每个修正后的第二运动位置信息；

依据预设的弹性形变位移对每个第二运动位置信息进行修正处理，得到每个修正后的第二运动位置信息。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述多个第一运动位置信息进行模拟计算，得到所述股骨旋转矩阵包括：

将所述股骨未运动时的中心位置设置为初始髋关节旋转中心，并依据所述初始髋关节旋转中心和膝关节中心确定所述股骨未运动时的初始力线；

依据所述多个第一运动位置信息计算得到所述股骨在每个第一运动位置信息时的目标力线，并依据所述初始力线和每个目标力线进行计算，得到第一转换矩阵；

依据所述多个第一运动位置信息进行计算，得到以所述初始力线为旋转轴的第二转换矩阵，并依据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵确定所述股骨旋转矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心之后，所述方法还包括：

依据所述目标旋转中心对所述初始髋关节旋转中心进行替换，并重新执行依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心直至达到预设的迭代次数。

9.一种髋关节旋转中心的拟合装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取目标髋关节的医疗影像数据，并依据所述医疗影像数据进行三维重建，得到所述目标髋关节对应的目标髋关节三维模型；

模拟单元，用于基于所述目标髋关节三维模型，模拟髋关节的旋转运动，以确定股骨在目标自由度上的运动角度范围，其中，所述目标自由度至少包括：内外翻自由度、前后倾自由度和股骨自旋自由度；

计算单元，用于基于所述运动角度范围进行计算，得到所述股骨的多个第一运动位置信息，并依据所述多个第一运动位置信息和所述目标髋关节三维模型进行模拟计算，得到每个第一运动位置信息对应的股骨中心值；

拟合单元，用于依据每个第一运动位置信息对应的股骨中心值进行球心拟合，得到所述目标髋关节的目标旋转中心；

其中，所述模拟单元包括：第一等分模块，用于依据预设第一数值，对所述内外翻自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第一分段运动角度范围；第二等分模块，用于依据预设第二数值，对所述前后倾自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第二分段运动角度范围；第三等分模块，用于依据预设第三数值，对所述股骨自旋自由度对应的运动角度范围进行等分处理，得到多个第三分段运动角度范围；映射模块，用于将所述多个第一分段运动角度范围、所述多个第二分段运动角度范围和所述多个第三分段运动角度范围映射到所述目标髋关节三维模型中，得到所述多个第一运动位置信息。

10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至8中任意一项所述的髋关节旋转中心的拟合方法。

11.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1至8中任意一项所述的髋关节旋转中心的拟合方法。