CN116138937A - 髋关节假体活动角度术前检测方法、可读存储介质及设备 - Google Patents

髋关节假体活动角度术前检测方法、可读存储介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种髋关节假体活动角度的术前检测方法、可读存储介质及设备，所述术前检测方法包括：根据CT影像重建目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型包括股骨模型；去除所述股骨模型中的股骨头并对髋关节假体模型进行摆位，且使所述髋关节假体模型中的股骨柄模型位于已去除股骨头的股骨模型内；股骨模型与髋关节假体模型中的股骨头模型、股骨柄模型共同形成股骨模型组合；使所述股骨模型组合旋转，并在所述股骨模型组合旋转的过程中进行碰撞检测，以获得所述髋关节假体的最大活动角度。该方法可以用于对全髋关节置换术的术前规划方法进行评估，提高手术质量，且为术后评估提供参考。

Description

髋关节假体活动角度术前检测方法、可读存储介质及设备
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种髋关节假体活动角度的术前检测方法、可读存储介质及设备。
背景技术
在全髋关节置换术中，髋关节假体的活动角度是一个重要的术后评价指标。目前，髋关节假体的活动角度一般都在术后进行评估，术前阶段很少涉及，也就是说，现有的全髋关节置换术在进行前，不对规划方案进行术前评估，也就无法对髋关节术后的活动角度进行预先评估，不可预先了解手术质量。并且，现有技术中，在髋关节的术后活动检测时，通常是采用基于刚性物体碰撞检测的方法来进行的，常用的方法包括基于方向包围盒的层次包围盒、射线检测碰撞等。由于对髋关节的活动角度未进行术前评估，因此术后评估时无法有针对性地对一些大致已知的范围进行检测，导致术后检测时间长，工作量大。
现有技术不进行术前检测的原因是刚体碰撞检测算法的计算时间复杂度取决于待检测物体的三角面片的数量，因此对于精细的股骨柄模型和髋臼杯来说，进行一次碰撞检测所需要的时间较长，尤其是在将医学范围内可能的屈曲后伸和内收外展组合应用后进行碰撞检测时，其所需要进行的碰撞检测次数更多，相应的检测时间更长，所以导致迭代计算髋关节假体的最大活动角度的计算量及计算时长都不符合术前规划的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种髋关节假体活动角度的术前检测方法、可读存储介质及设备，旨在在全髋关节置换术前实现对髋关节假体的活动角度进行预先检测，从而评估手术规划方案的可行性，提高手术质量，并对术后的髋关节假体活动角度的检测提供参考。
为实现上述目的，本发明提供了髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，所述术前检测方法包括：
根据CT影像重建目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型包括股骨模型；
去除所述股骨模型中的股骨头并对髋关节假体模型进行摆位，且使所述髋关节假体模型中的股骨柄模型位于已去除股骨头的股骨模型内；股骨模型与髋关节假体模型中的股骨头模型、股骨柄模型共同形成股骨模型组合；
使所述股骨模型组合旋转，并在所述股骨模型组合旋转的过程中进行碰撞检测，以获得所述髋关节假体的最大活动角度。
可选地，采用三角形网格法重建所述目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型还包括盆骨模型；所述髋关节假体模型由三角形网格法建立，所述髋关节假体模型中的髋臼杯假体模型摆放于所述盆骨模型的髋臼窝处；
所述碰撞检测的步骤包括：
在所述股骨模型组合旋转的过程中判断所述股骨模型组合与目标线段集合是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述髋臼杯假体模型发生碰撞，若否，则判定所述股骨模型组合与所述髋臼杯假体模型未发生碰撞；所述目标线段集合是构成所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的多个线段的集合；
以所述股骨模型组合与所述目标线段集合发生碰撞时，所述股骨模型组合当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。
可选地，当所述股骨模型组合中的至少一个三角面片与所述目标线段集合中的至少一个线段相交时，判定所述股骨模型组合与所述目标线段集合发生碰撞；当所述股骨模型组合中的所有三角面片与所述目标线段集合中的所有线段均不相交时，判定所述股骨模型组合与所述目标线段集合未发生碰撞。
可选地，判断三角面片与线段是否相交的步骤包括：
判断线段与三角面片所在的平面是否相交，若否，则判定线段与三角面片不相交，若是，则再判断线段与三角面片所在平面的交点是否在三角面片上，若是，则判定线段与三角面片相交，若否，则判定线段与三角面片不相交。
可选地，获取所述目标线段集合的步骤包括：
获取摆位后的所述髋臼杯假体模型的位姿；
根据摆位后的所述髋臼杯假体模型的位姿获取所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的位姿；
根据摆位后的所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的位姿以及所述多个线段的初始位置获取所述目标线段集合。
可选地，采用体素法重建所述目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型还包括盆骨模型；所述髋关节假体模型由体素法建立，所述髋关节假体模型中的髋臼杯假体模型摆放于所述盆骨模型的髋臼窝处，以使得所述髋臼杯假体模型与所述盆骨模型共同形成盆骨模型组合；
所述碰撞检测的步骤包括：
在所述股骨模型组合旋转的过程中，判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞；若否，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合未发生碰撞；
以所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞时，所述股骨模型组合在当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。
可选地，若所述股骨模型组合中的至少一个体素模型与所述盆骨模型组合中的至少一个体素模型发生碰撞，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞；若所述股骨模型组合中的任一个体素模型与所述盆骨模型组合中的所有体素模型均未发生碰撞，则判定所述股骨模型组合所述盆骨模型组合未发生碰撞。
可选地，体素模型为正方体；
判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞的步骤包括：
在体素模型的长、宽、高三个方向上分别检测所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞；或者，
体素模型为球形；
判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞的步骤包括：
计算所述股骨模型组合中的一个体素模型的球心与所述盆骨模型组合中的一个体素模型的球心之间的距离；
判断所述距离是否大于体素模型的直径，若是，则判定相应的两个体素模型之间未发生碰撞；若否，则判定相应的两个体素模型之间发生碰撞。
可选地，在重建所述目标股骨的三维模型之后，以及在去除股骨模型中的股骨头模型并对髋关节假体模型进行摆位之前，所述术前检测方法还包括如下步骤：
对所述目标骨骼的三维模型进行校正，以使得所述目标骨骼的三维模型处于正位。
为实现上述目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，当所述程序被执行时，执行如前任一项所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和如前所述的计算机可读存储介质，所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质上所存储的程序。
与现有技术相比，本发明的髋关节假体活动角度的术前检测方法、可读存储介质及设备具有如下优点：
首先，前述的髋关节假体活动角度的术前检测方法包括如下步骤：根据CT影像重建目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型包括股骨模型；去除所述股骨模型中的股骨头并对髋关节假体进行摆位，使得髋关节假体模型的股骨柄模型位于去除股骨头的股骨模型内，形成股骨模型组合；使所述股骨模型组合旋转，并在所述股骨模型组合旋转的过程中进行碰撞检测，以获得所述髋关节假体的最大活动角度。其中，髋关节假体模型根据术前的规划方案中确定的髋关节假体来获取，以及在摆位时，股骨假体模型中股骨柄模型的摆放角度根据规划方案确定。如此，在执行所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法时，就可以获得规划方案中的髋关节假体的最大活动角度，也即，可以在术前对规划方案进行评估，以确定规划方案的可行性，有利于提高手术质量，并且预先获取髋关节假体的最大活动角度，还可以对术后的髋关节假体活动角度的评估提供参考，有利于缩短术后评估的时间，减少术后评估的工作量。此外，该术前检测方法完全采用计算机完成，不增加任何硬件，因此不会增加检测的经济成本。
进一步地，采用三角网格法重建所述目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型还包括盆骨模型；所述髋关节假体模型由三角网格法建立，所述髋关节假体还包括髋臼杯假体，髋臼杯假体模型摆放于盆骨模型的髋臼窝处；所述碰撞检测的步骤包括在所述股骨模型组合旋转的过程中判断所述股骨模型组合与目标线段集合是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述髋臼杯假体模型发生碰撞；且以所述股骨模型组合与所述目标线段集合发生碰撞时，所述股骨模型组合在当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度；所述目标线段集合为构成髋臼杯假体模型的边缘曲线的线段的集合。或者，采用体素法重建所述目标骨骼的三维模型，以及所述髋关节假体模型也由体素法建立，并且髋臼杯假体模型与盆骨模型共同形成盆骨模型组合；与之相应地，碰撞检测的步骤包括：在所述股骨模型组合旋转的过程中，判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞，若否，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合未发生碰撞；且以所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞时，所述股骨模型组合在当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应方向上的最大活动角度。这两种碰撞检测方法都大大减少了几何体之间的碰撞检测的计算量，缩短了髋关节假体活动角度的计算时间。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的髋关节假体的结构示意图；
图2本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的髋关节假体的爆炸示意图；
图3是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法的整体流程图；
图4是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的对髋关节假体进行摆位的结构示意图；
图5是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中使用的目标解剖点的示意图；
图6是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中建立校正坐标系时获取冠状面、矢状面的示意图；
图7是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中对目标骨骼的三维模型进行校正的示意图，图中仅示出盆骨模型；
图8是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的股骨模型组合600的旋转示意图，图示中股骨模型组合600围绕X轴旋转；
图9是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的股骨模型组合600的旋转示意图，图示中股骨模型组合600绕Y轴旋转；
图10是人体中髋关节假体活动时，股骨假体绕Y轴旋转以外展的示意图；
图11是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中的股骨模型组合600的旋转示意图，图示中股骨模型组合600绕Z轴旋转；
图12是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中进行碰撞检测的流程图，其中目标骨骼的三维模型及髋关节假体的模型均采用三角网格法建立；
图13是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中获取目标线段集合的示意图；
图14是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中获取的目标线段集合的示意图，虚线所示即为目标线段集合；
图15是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中股骨模型组合600与目标线段集合的示意图；
图16是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中判断股骨模型组合600与线段发生碰撞的示意图；
图17是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中股骨模型组合600与目标线段集合发生碰撞时的示意图；
图18是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中进行检测碰撞的流程图，图示中目标骨骼的三维模型与髋关节假体的模型均采用体素法建立；
图19是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中采用体素法建立的股骨模型，其中的体素模型为正方体；
图20是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中进行碰撞检测的示意图，图示中的体素模型为正方体；
图21是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中股骨模型组合600绕Z轴旋转以外展时的示意图，图示中的体素模型为球体；
图22是本发明根据一实施例所提供的髋关节假体活动角度的术前检测方法中进行碰撞检测的示意图，图示中的体素模型为球体。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，复数形式“多个”包括两个以上的对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
本发明实施例的目的之一在于提供一种髋关节假体活动角度的术前检测方法，该术前检测方法可用于在全髋关节置换术之前对术前规划方案进行评估。髋关节假体的结构如图1及图2所示，包括髋臼杯假体10、股骨头假体20及股骨柄30，其中髋臼杯假体10包括杯体11和设置于杯体11中的内衬12，股骨头假体20用于可活动地设置在内衬12中，且股骨头假体20与股骨柄30连接。本文中及的髋关节假体可以是现有技术中的任一种髋关节假体，其并不涉及本发明的改进点。此外，后文中述及的髋关节假体模型包括髋臼杯假体模型100、股骨头假体模型200及股骨柄模型300。
图3示出了髋关节假体活动角度的术前检测方法的整体流程示意图，如图1所示，术前检测方法包括如下步骤：
步骤S100：根据目标对象的CT影像重建目标骨骼的三维模型。此步骤中的目标对象可以是人，也可以是人体模型。目标骨骼包括股骨和盆骨，相应地，所重建的三维模型包括股骨模型400和盆骨模型500。
步骤S200：去除股骨模型400中的股骨头并对髋关节假体模型进行摆位。应理解，此步骤根据全髋关节置换术的术前规划方案执行，具体是将术前规划方案中给定型号的髋关节假体的髋臼杯假体10的模型(即给定的髋臼杯假体模型100)放置在盆骨模型500的髋臼窝内，以及将股骨柄模型300放置于已去除股骨头的股骨模型400的内部(如图4所示)。本文中，将股骨头假体模型200、股骨柄模型300与已去除股骨头的股骨模型400整体称之为股骨模型组合600，将髋臼杯假体模型100与盆骨模型500整体称之为盆骨模型组合700。
步骤S300：使股骨模型组合600旋转，并在股骨模型组合600旋转的过程中进行碰撞检测，以获得髋关节假体的最大活动角度。
可以理解，在一些情形下，在采集CT影像时，目标对象处于标准位姿，从而重建的目标骨骼的三维模型处于正位。此时，可以在步骤S100执行完毕之后，直接执行步骤S200。但在另一些情形下，在采集CT影像时，目标对象的位姿偏离标准位姿，导致重建的目标骨骼的三维模型未处于正位。此情形下，需要对目标骨骼的三维模型进行校正，并对校正后的目标骨骼的三维模型执行步骤S200。故而，术前检测方法还包括步骤S400：对目标骨骼的三维模型进行校正，以使得目标骨骼的三维模型处于正位。
需要说明的是，前述的步骤S100、步骤S200、步骤S300及步骤S400仅用于对术前检测方法的各个步骤进行区分，并不表明各个步骤的执行顺序。
还需要说明的是，由于上述步骤均是针对CT图像或虚拟模型执行的操作，因而本发明实施例所提供的髋关节活动角度的术前检测方法可以直接由一控制单元自动执行，无需额外增加硬件设备，不会增加检测成本。本文中，控制单元可以通过无线传输的方式获取CT设备采集的CT图像，也可以由用户手动地将CT图像输入控制单元。
接下去，本文通过具体实施例对术前检测方法做详细说明。
<实施例一>
本实施例中，在执行步骤S100时采用三角网格法重建目标对象的目标骨骼的三维模型。相应地，髋关节假体模型也采用三角网格法建立。如此，目标骨骼的三维模型及髋关节假体模型均包括多个三角面片。
步骤S400可包括步骤S410、步骤S420和步骤S430。步骤S410包括建立校正坐标系。本步骤具体包括：识别CT影像中的目标解剖点，根据实际情况，如图5所示，在一个可选的实现方式中，目标解剖点可以为多个，例如至少包括两个髂前上棘1和耻骨联合2。然后，如图6所示，先通过两个髂前上棘1和耻骨联合2的中点确定冠状面，再以经过两个髂前上棘1连线的中点和耻骨联合2的中点的连线且垂直于冠状面的面为矢状面，之后以垂直于冠状面和矢状面的面为横断面。在其他实现方式中，目标解剖点还可以包括股骨头中心点3、股骨大转子4及股骨小转子5，然后结合这些目标解剖点确定冠状面、矢状面和横断面。接着，如图7所示，根据冠状面、矢状面和横断面建立校正坐标系F(x,y,z)。随后执行步骤S420，步骤S420包括采用常规方法计算校正坐标系与CT影像的原始坐标系F(x’,y’,z’)之间的转换矩阵。最后执行步骤S430，步骤S430包括根据转换矩阵对目标骨骼的三维模型进行校正，使得目标骨骼的三维模型处于正位。步骤S430中，也可以同时的CT影像进行校正，以便于在后续的过程中通过CT影像对检测过程进行观察。
步骤S200按照术前规划方案执行。
步骤S300中，股骨模型组合600需要绕不同的方向旋转，以分别获取髋关节假体在不同方向上的最大活动角度。实践中，股骨模型组合600需要在矢状面上绕X轴旋转(如图8所示，)以进行屈曲运动和伸展运动、在冠状面上饶Y轴旋转(如图9及图10所示)以进行外展运动和内收运动、以及在横断面上饶Z轴旋转(如图11所示)以进行内旋运动和外旋运动。本领域技术人员应理解，这些旋转运动的旋转中心均为髋臼杯假体模型100的旋转中心。因此，步骤S300中需要在股骨模型组合600的绕X轴的旋转过程中进行碰撞检测，以获得髋关节假体进行屈曲运动和伸展运动时的最大活动角度，在股骨模型组合600的绕Y轴的旋转过程中进行碰撞检测，以获得髋关节假体进行外展运动和内收运动时的最大活动角度，以及在股骨模型组合600的绕Z轴的旋转过程中进行碰撞检测，以获得髋关节假体在进行内旋运动和外旋运动时的最大活动角度。可以理解，在使股骨模型进行旋转时，以医学中股骨的屈曲、伸展、外展、后伸、内旋、外旋时可能达到的最大角度作为限制条件。
本实施例中，如图12所示，在股骨模型组合600旋转过程中，通过检测股骨模型组合600上的三角面片与目标线段集合6(如图13至图16所示)是否发生碰撞来判断股骨模型组合600与盆骨模型组合700是否发生碰撞。此处的“目标线段集合6”是构成髋臼杯假体的边缘曲线的多个线段的集合。
实际操作中，是在股骨模型组合600旋转的过程中，遍历股骨模型组合600中的所有三角面片与目标线段集合6中的所有线段，并判断三角面片与线段是否相交。当股骨模型组合600中的至少一个三角面片与目标线段集合6中的至少一个线段相交(如图17所示)时，认为股骨模型组合600与目标线段集合发生碰撞。当股骨模型组合600中的所有三角面片与线段集合6中的所有线段均不相交时，认为股骨模型组合600与目标线段集合6未发生碰撞。
具体的判断方法为：首先判断线段与三角面片所在的平面是否相交，若否，则判定线段与三角面片不相交。若是，再判断线段与三角面片所在的平面的交点是否在三角面片上，若是，则判定线段与三角面片相交，若否，则判定线段与三角面片不相交。此处，“判断线段与三角面片所在的平面的交点是否在三角面片上”既包括判断线段与三角面片所在的平面的交点是否在三角面片的轮廓线上，也包括判断线段与三角面片所在的平面的交点是否在三角面片的轮廓线的内侧的区域。也就是说，当线段与三角面片所在的平面的交点在三角面片的轮廓线上或者在三角面片的轮廓线的内侧的区域时，判定线段与三角面片的交点在三角面片上。当线段与三角面片所在的平面的交点既不在三角面片的轮廓线上也不在三角面片的轮廓线的内侧的区域时，才判定线段与三角面片不相交。
可以理解，若股骨模型组合600与目标线段集合6未发生碰撞，则判定股骨模型组合600与髋臼杯假体模型100未发生碰撞，此时，继续使股骨模型组合600旋转，并继续实时检测股骨模型组合600与目标线段是否发生碰撞。若股骨模型组合600与目标线段集合6发生碰撞，则判定股骨模型组合600与髋臼杯假体模型100发生碰撞，此时使股骨模型组合600停止旋转，并以股骨模型组合600在当前旋转方向上的旋转角度作为髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。举例来说，股骨模型组合600沿图9中的方向S1旋转以进行外展运动，沿方向S2旋转以进行内收运动。当股骨模型组合600从初始位置沿方向S1旋转α角度时，股骨模型组合600与目标线段集合6发生碰撞，则认为髋关节假体进行外展运动时的最大角度为α。同理，当股骨模型组合600从初始位置沿方向S2旋转β角度时，股骨模型组合600与目标线段集合6发生碰撞，则认为髋关节假体进行内收运动时的最大角度为β。此处的“初始位置”可由用户自定义。
另外，本领域技术人员知晓，髋臼杯假体的边缘曲线是由线段构成的类圆形曲线，每个线段均为有向线段。因此本实施例中，可通过如下的方式获取目标线段集合6：首先获取摆位后的髋臼杯假体模型100的位姿。然后根据摆位后的髋臼杯假体模型100的位姿获取摆位后的髋臼杯假体模型100的边缘曲线的位姿。最后根据摆位后的髋臼杯假体模型100的边缘曲线的位姿和多个线段的初始位置(即摆位前的多个线段的位置)获取目标线段集合6。多个线段的初始位置为可以直接调用的已知值。
本实施例中，从髋关节的生理结构出发，提取髋臼的边缘曲线并得到构成该边缘曲线的线段集合，通过计算股骨模型组合600中的三角面片与目标线段集合6之间的碰撞来代替股骨模型组合600的三角面片与盆骨模型组合700的三角面片之间的面与面的碰撞，大幅减少几何体间碰撞检测的计算量，提高计算速度，缩短髋关节假体活动角度的计算时间。
<实施例二>
本实施例与实施例一的区别之处在于，步骤S100中采用体素法重建目标骨骼的三维模型。以及步骤S300中，通过对股骨模型组合600与盆骨模型进行碰撞检测来获取髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。
本实施例中，如图18所示，对股骨模型组合600与盆骨模型组合700进行碰撞检测实际就是在股骨模型组合600旋转的过程中，遍历股骨模型组合600中的体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型，并对股骨模型中的体素模型和盆骨模型组合700中的体素模型进行碰撞检测。若股骨模型组合600中体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型未发生碰撞，则认为股骨模型组合600未与盆骨模型组合700发生碰撞。反之，若股骨模型组合600中的体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型发生碰撞，则认为股骨模型组合600与盆骨模型组合700发生碰撞，此时可以以股骨模型组合600与盆骨模型组合700发生碰撞时，股骨模型组合600在当前旋转方向上所旋转的角度作为髋关节假体在相应旋转方向上的最大活动角度。
本文中，股骨模型组合600中的体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型未发生碰撞是指股骨模型组合600中的任一个体素模型与盆骨模型组合700中的所有体素模型均未发生碰撞。股骨模型组合600中的体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型发生碰撞是指股骨模型组合600中的至少一个体素模型与盆骨模型组合700中的至少一个体素模型发生碰撞。
本实施例中可采用的体素模型的形状包括正方体、球体或其他任意合适的规则形状。图19示出了采用正方体建立的股骨模型。对于体素模型为正方体的情形，在判断股骨模型组合600中的体素模型与盆骨模型组合700中的体素模型是否发生碰撞时，需要从正方体的长、宽、高三个方向来进行判断。图20中示出了股骨模型组合600中的一个体素模型和盆骨模型组合700中的一个体素模型，将股骨模型组合600中的体素模型记为第一体素模型30，将盆骨模型组合700中的体素模型记为第二体素模型40，判断第一体素模型30与第二体素模型40是否发生碰撞时，就需要从长度(X轴方向)、宽度(Y轴方向)及高度(Z轴方向)分别进行判断，只有第一体素模型20和第二体素模型30在这三个方向上均不发生碰撞时，才可以判定第一体素模型20和第二体素模型30未发生碰撞。
图21示出体素模型为球体时的情况，图22示出当体素模型为球体时的碰撞检测原理示意图。此种情形下，检测碰撞的步骤包括：计算股骨模型组合600中的一个体素模型(该体素模型被称之为第三体素模型40，如图22所示)的球心与盆骨模型组合700中的一个体素模型(该体素模型被称之为第四体素模型50，如图22中所示)的球心之间的距离。然后判断第三体素模型40的球心与第四体素模型40的球心之间的距离(图22中标记为D)是否大于体素模型的直径(图22中标记为R)，若是，则判定第三体素模型40与第四体素模型50之间未发生碰撞，若否，则判定第三体素模型40与第四体素模型50之间发生碰撞。
本实施例中，通过采用体素法建模替代传统的三角网格法建模，使得模型的空间复杂度和几何复杂度大大降低，如此，股骨模型组合600和盆骨模型组合700之间的碰撞检测可以由大规模的三角面群的碰撞检测替换为标准几何体之间的碰撞检测，极大地降低计算量。此外，相比于体素模型为正方体的情况，当体素模型为球体时，对股骨模型组合600和盆骨模型组合700进行碰撞检测的过程中计算量更少，因此计算时间更短。
进一步地，本发明实施例的目的之二在于提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有程序，当程序被执行时，执行如前的髋关节假体活动角度的术前检测方法。
更进一步地，本发明实施例的目的之三在于提供一种电子设备，该电子设备包括处理器和前述的计算机可读存储介质，处理器用于执行计算机可读存储介质上所存储的程序。
虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，所述术前检测方法包括：
根据CT影像重建目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型包括股骨模型；
去除所述股骨模型中的股骨头并对髋关节假体模型进行摆位，且使所述髋关节假体模型中的股骨柄模型位于已去除股骨头的股骨模型内；股骨模型与髋关节假体模型中的股骨头模型、股骨柄模型共同形成股骨模型组合；
使所述股骨模型组合旋转，并在所述股骨模型组合旋转的过程中进行碰撞检测，以获得所述髋关节假体的最大活动角度。
2.根据权利要求1所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，采用三角形网格法重建所述目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型还包括盆骨模型；所述髋关节假体模型由三角形网格法建立，所述髋关节假体模型中的髋臼杯假体模型摆放于所述盆骨模型的髋臼窝处；
所述碰撞检测的步骤包括：
在所述股骨模型组合旋转的过程中判断所述股骨模型组合与目标线段集合是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述髋臼杯假体模型发生碰撞，若否，则判定所述股骨模型组合与所述髋臼杯假体模型未发生碰撞；所述目标线段集合是构成所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的多个线段的集合；
以所述股骨模型组合与所述目标线段集合发生碰撞时，所述股骨模型组合当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。
3.根据权利要求2所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，当所述股骨模型组合中的至少一个三角面片与所述目标线段集合中的至少一个线段相交时，判定所述股骨模型组合与所述目标线段集合发生碰撞；当所述股骨模型组合中的所有三角面片与所述目标线段集合中的所有线段均不相交时，判定所述股骨模型组合与所述目标线段集合未发生碰撞。
4.根据权利要求3所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，判断三角面片与线段是否相交的步骤包括：
判断线段与三角面片所在的平面是否相交，若否，则判定线段与三角面片不相交，若是，则再判断线段与三角面片所在平面的交点是否在三角面片上，若是，则判定线段与三角面片相交，若否，则判定线段与三角面片不相交。
5.根据权利要求2所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，获取所述目标线段集合的步骤包括：
获取摆位后的所述髋臼杯假体模型的位姿；
根据摆位后的所述髋臼杯假体模型的位姿获取所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的位姿；
根据摆位后的所述髋臼杯假体模型的边缘曲线的位姿以及所述多个线段的初始位置获取所述目标线段集合。
6.根据权利要求1所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，采用体素法重建所述目标骨骼的三维模型，所述目标骨骼的三维模型还包括盆骨模型；所述髋关节假体模型由体素法建立，所述髋关节假体模型中的髋臼杯假体模型摆放于所述盆骨模型的髋臼窝处，以使得所述髋臼杯假体模型与所述盆骨模型共同形成盆骨模型组合；
所述碰撞检测的步骤包括：
在所述股骨模型组合旋转的过程中，判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞，若是，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞；若否，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合未发生碰撞；
以所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞时，所述股骨模型组合在当前旋转方向上的旋转角度作为所述髋关节假体在相应的旋转方向上的最大活动角度。
7.根据权利要求6所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，若所述股骨模型组合中的至少一个体素模型与所述盆骨模型组合中的至少一个体素模型发生碰撞，则判定所述股骨模型组合与所述盆骨模型组合发生碰撞；若所述股骨模型组合中的任一个体素模型与所述盆骨模型组合中的所有体素模型均未发生碰撞，则判定所述股骨模型组合所述盆骨模型组合未发生碰撞。
8.根据权利要求6所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，体素模型为正方体；
判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞的步骤包括：
在体素模型的长、宽、高三个方向上分别检测所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞；或者，体素模型为球形；
判断所述股骨模型组合中的体素模型与所述盆骨模型组合中的体素模型是否发生碰撞的步骤包括：
计算所述股骨模型组合中的一个体素模型的球心与所述盆骨模型组合中的一个体素模型的球心之间的距离；
判断所述距离是否大于体素模型的直径，若是，则判定相应的两个体素模型之间未发生碰撞；若否，则判定相应的两个体素模型之间发生碰撞。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法，其特征在于，在重建所述目标股骨的三维模型之后，以及在去除股骨模型中的股骨头模型并对髋关节假体模型进行摆位之前，所述术前检测方法还包括如下步骤：
对所述目标骨骼的三维模型进行校正，以使得所述目标骨骼的三维模型处于正位。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，当所述程序被执行时，执行如权利要求1-9中任一项所述的髋关节假体活动角度的术前检测方法。
11.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和如权利要求10所述的计算机可读存储介质，所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质上所存储的程序。
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