CN116439833B - 骨盆配准处理方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种骨盆配准处理方法、装置、存储介质及电子设备。其中，该方法包括：基于CT数据确定虚拟骨骼模型，目标对象的虚拟骨骼模型，虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位对应的初始定位坐标，其中，多个预定部位包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将多个预定部位对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到第一定位坐标；在髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定实际骨盆定位坐标系下的当前定位坐标；确定第一定位坐标与当前定位坐标之间的误差；根据误差确定骨盆配准校验结果。本发明解决了由于髋关节手术中配准不准确、配准结果发生平移，导致配准结果出现局部最优，假体植入角度与术前规划不一致的技术问题。

Description

骨盆配准处理方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种骨盆配准处理方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

全髋关节置换导航中，骨盆配准注册是影响手术精准性非常重要的一个环节。将术中患者实际骨骼与对应的计算机中骨模型配准，以使实际的物理骨骼的位姿与虚拟骨模型相关联，骨头位姿包括骨头的位置与姿态。通过配准再术中可以根据术前对假体位置和深度的规划辅助髋关节置换过程中的磨削和植入。在传统手术中，患者髋臼暴露有限，不利于术中观察，通过导航系统可以从可视化界面了解当前磨削和植入情况，使得假体植入更精准，且假体植入角度更符合患者实际情况，降低假体磨损与假体脱位风险。而术中可视化精准的前提是真实骨骼与虚拟骨骼的配准精度，只有准确的配准才能使得术中跟踪准确。

传统骨骼点云配准处理方法中，由于算法本身特性和目标函数的约束，算法常易因噪声数据和不良点对信息影响而陷入局部优化解，丢失优化解。由于骨盆髋臼窝是类似半球形，若术中选点分布不均匀或者分布过于集中的情况下，会导致配准结果发生平移。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种骨盆配准处理方法、装置、存储介质及电子设备，以至少解决由于髋关节手术中配准不准确、配准结果发生平移，从而导致配准结果出现局部最优，假体植入角度与术前规划不一致，进而使得术后假体发生脱位、磨损和活动度受限的问题的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种骨盆配准处理方法，包括：基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种骨盆配准处理装置，包括：第一确定模块，用于基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；坐标转换模块，用于将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；第二确定模块，用于在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；第三确定模块，确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；第四确定模块，用于根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，上述非易失性存储介质存储有多条指令，上述指令适于由处理器加载并执行任意一项上述的骨盆配准处理方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括一个或多个处理器和存储器，上述存储器用于存储一个或多个程序，其中，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行时，使得上述一个或多个处理器实现任意一项上述的骨盆配准处理方法。

在本发明实施例中，通过基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果，达到了髋关节手术中对骨盆配准结果进行校验的目的，从而实现了提升患者髋臼侧骨骼和虚拟骨骼模型匹配准确性的技术效果，进而解决了由于髋关节手术中配准不准确、配准结果发生平移，从而导致配准结果出现局部最优，假体植入角度与术前规划不一致，进而使得术后假体发生脱位、磨损和活动度受限的技术问题。

附图说明

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

图1是根据本发明实施例的一种骨盆配准处理方法的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的骨盆配准处理方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间的匹配结果示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的骨盆配准处理方法的示意图；

图5是根据本发明实施例的另一种可选的骨盆配准处理方法的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种骨盆配准处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

根据本发明实施例，提供了一种骨盆配准的方法实施例，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。

图1是根据本发明实施例的骨盆配准处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标。

可选的，上述目标对象可以为将要进行髋关节置换术的患者，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心与双侧髂前上棘，其中双侧股骨头中心包括：左侧股骨头中心和右侧股骨头中心；双侧髂前上棘包括：左侧髂前上棘和右侧髂前上棘。上述虚拟骨盆定位坐标系为基于CT数据获取到的目标对象的虚拟骨骼模型对应的骨盆定位坐标系。

在一种可选的实施例中，上述基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，包括：基于上述CT数据，确定上述目标对象的上述骨骼模型以及上述多个预定部位；基于上述骨骼模型和预设髋关节假体位置，确定上述虚拟骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标。

可选的，上述预设髋关节假体位置为术前规划好的髋关节假体位置，通过虚拟骨骼模型以及预设髋关节假体位置在虚拟骨盆定位坐标系下的双重定位效应，达到提升双侧股骨头中心和患侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标获取准确性的效果。

可选的，生成术前规划，术前规划包含但不限于基于患者CT数据获取患者骨骼模型，以及双侧股骨头中心和双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标，即获取左侧股骨头中心对应的初始定位坐标，右侧股骨头中心对应的初始定位坐标，左侧髂前上棘对应的初始定位坐标/>，右侧髂前上棘对应的初始定位坐标/>。

可选的，在术前策划阶段，对预先制定好的术前策划进行读取与显示，即通过软件方式读取术前策划，显示患者骨骼虚拟模型及策划假体位置，读取预先策划好的双侧股骨头中心和双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标。

步骤S104，将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标。

可选的，上述实际骨盆定位坐标系是基于目标对象在手术中的实际骨盆位置确定的。通过以上方式，得到多个预定部位在实际骨盆定位坐标系下对应的第一定位坐标，用于后续的骨盆配准校验。

步骤S106，在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标。

在一种可选的实施例中，在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标，包括：在上述髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，获取上述实际骨盆定位坐标系下的第一点云集，以及上述双侧髂前上棘分别对应的当前定位坐标，其中，上述第一点云集是在绕髋关节中心旋转上述目标对象的股骨的情况下，通过安装于预定位置的定位工具采集到，上述双侧髂前上棘分别对应的当前定位坐标是通过探针捕获到的；基于上述第一点云集，采用最小二乘拟合法进行拟合处理，得到上述实际骨盆定位坐标系下上述双侧股骨头中心分别对应的当前定位坐标。

可选的，分别在目标对象的双侧股骨远端固定定位工具，在目标对象处于仰卧位下，稳定目标对象骨盆，通过绕髋关节中心旋转目标对象的股骨，采集相应的点云，得到上述第一点云集。可以理解，在实际手术的过程中，双侧股骨头中心无法直接得到，通过以上方式，采集目标对象的股骨绕髋关节中心旋转得到的点云，构成包括有多个点云的第一点云集，基于第一点云集中包括的点云，采用最小二乘拟合法进行拟合处理，可以达到高效获取双侧股骨头中心的当前定位坐标，并且由于最小二乘拟合法是比较成熟的算法，采用该算法获取到的双侧股骨头中心的当前定位坐标具备一定的准确性和可靠性。

在一种可选的实施例中，在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标之前，上述方法还包括：在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标之前，上述方法还包括：确定上述目标对象的髋臼侧骨骼中第一数量的特征点；基于上述第一数量的特征点，对上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型进行第一点云匹配，得到初始匹配结果；确定上述目标对象的髋臼侧骨骼中第二数量的特征点，其中，上述第二数量大于上述第一数量；基于上述第二数量的特征点和上述初始匹配结果，对上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型进行第二点云匹配，得到目标匹配结果；在上述目标匹配结果指示上述髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间对应特征点的位置误差小于预设差值阈值的情况下，确定上述髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过。

可选的，上述第一数量的特征点可以但不限于包括在目标对象的髋臼窝前沿、后沿、上沿分别选择的三个特征点；上述第二数量的特征点可以但不限于包括：髋臼窝内及周围预定范围内均匀选择第二数量的特征点。例如，固定骨盆定位工具，在目标对象的髋臼窝前沿、后沿、上沿分别选择三个特征点进行粗配准，得到初始匹配结果。切换到精配准页面在髋臼窝内及周围均匀选择特征点进行精细配准，得到目标匹配结果；根据目标匹配结果计算髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型对应特征点之间的位置配准误差，若误差小于等于预设误差阈值（如1毫米），则进入下一步特征点选择，若误差大于1mm，则重新进行粗配准和精配准。通过以上方式，在进行目标对象的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间配准时，首先选取少量关键点进行粗配准，在粗配准的基础上选择更多的点进行髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的细配准，由此达到提升髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型配准准确性的目的。

可选的，可以但不限于采用迭代最近点算法（Iterative Closest Pointalgorithm，ICP）进行目标对象的髋臼侧骨骼和虚拟骨骼模型之间配准，图2是根据本发明实施例的一种可选的骨盆配准处理方法的流程图，如图2所示，具体包括：使用探针在目标对象的髋臼侧选择特征点获取输入点云集；对输入点云集进行预处理得到处理后的输入点云集P；根据处理后的输入点云集P和基于CT数据确定的术前策划得到的虚拟骨骼模型点云X进行迭代配准；构造转换矩阵将输入点云集P和虚拟骨骼模型点云X转换至同一坐标系（如实际骨盆定位坐标系）下，并通过目标函数判断髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的配准结果是否收敛，其中，上述目标函数可以但不限于为阈值判断函数，即通过判断髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型对应特征点之间的位置配准误差是否小于预设差值阈值判断匹配结果是否收敛；如果匹配结果收敛则获取转换矩阵，同时确定上述髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过；如果匹配结果不收敛则重新构造转换矩阵和目标函数判断，直至髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的配准结果收敛。

步骤S108，确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差。

可选的，对目标对象的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间配准结果进行验证，将术前策划获得的双侧股骨头中心分别对应的初始定位坐标和、双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标/>和转到真实骨盆定位工具坐标系下，得到双侧股骨头中心分别对应的第一定位坐标/>和/>、双侧髂前上棘分别对应的第一定位坐标/>和/>，如图3所示，计算双侧股骨头中心分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，具体的计算方式如下。

其中，表示左侧股骨头中心对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，/>表示右侧股骨头中心对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差。

计算双侧髂前上棘分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，具体的计算方式如下。

其中，表示左侧髂前上棘对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，/>表示右侧髂前上棘对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差。

步骤S110，根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

可以理解，在进行髋关节置换术的过程中，需要进行患者髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的配准，保证患者髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的一致性。双侧股骨头中心点坐标，以及双侧髂前上棘点坐标能够很好的反映出目标对象的髋臼侧骨骼的相对位置。在目标对象的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，进一步通过计算双侧股骨头与双侧髂前上棘分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，进行目标对象的骨盆配准校验，由此达到有效保证患者髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型的一致性的目的。

在一种可选的实施例中，上述根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果，包括：判断上述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第一差值阈值；在确定上述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于上述预设第一差值阈值的情况下，判断上述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第二差值阈值；在确定上述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于上述预设第二差值阈值的情况下，确定上述目标对象的髋臼侧骨骼中第三数量的特征点；分别确定上述第三数量的特征点处，探针距离上述目标对象的骨面的距离，得到上述第三数量的特征点处分别对应的骨面距；在确定上述第三数量的特征点处分别对应的骨面距满足预设距离条件的情况下，确定上述骨盆配准校验结果为：上述目标对象的骨盆配准通过。

可选的，若双侧股骨头中心分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差在可接受范围内，则验证双侧髂前上棘第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差是否在可接受范围内，若均在可接受范围内则进入距骨面验证，其中距骨面验证，使用探针在患者髋臼侧骨面选择特征点（扎透软骨），查看探针与骨面的距离，验证实际患者骨骼与虚拟骨骼的配准情况，若距骨面可接受，则进入髋臼磨削和髋臼杯植入；若距骨面不可接受，则重新对骨骼进行配准和特征点选择。通过以上方式，在进行匹配结果验证时，通过多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差、距骨面综合进行配准结果的判定，并且只有在均满足对应条件的情况下才确定目标对象的骨盆配准通过。由此达到从多个方面进行配准结果验证的目的，由此提升目标对象骨盆配准验证的准确性和可靠性。

在一种可选的实施例中，上述方法还包括：在确定上述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差大于上述预设第一差值阈值的情况下，计算上述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标在多个坐标方向上的位置误差，得到多个第一位置误差；确定上述多个第一位置误差中最大的第一位置误差，以及上述最大的第一位置误差对应的第一调整方向；按照上述第一调整方向对上述目标对象的上述髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的髋臼侧骨骼对应的上述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的新的误差小于或等于上述预设第一差值阈值。

可选的，上述多个坐标方向可以但不限于包括：X方向、Y方向、Z方向。若双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差不在可接受范围内，则计算双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标在X，Y，Z方向上的位置误差，得到X，Y，Z方向分别对应的第一位置误差（依次为O1，O2，O3），确定O1，O2，O3中最大的误差以及对应的第一调整方向，按照上述第一调整方向对髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的误差在可接受范围内，通过以上方式可以快速确定出最大误差，并基于最大的第一位置误差对应方向进行方向的调整，由此达到降低目标对象的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间的位置偏差，提升配准准确度的效果。

在一种可选的实施例中，上述方法还包括：在确定上述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差大于上述预设第二差值阈值的情况下，计算上述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标在多个坐标方向上的位置误差，得到多个第二位置误差；确定上述多个第二位置误差中最大的第二位置误差，以及上述最大的第二位置误差对应的第二调整方向；按照上述第二调整方向对上述目标对象的上述髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的髋臼侧骨骼对应的上述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的新的误差小于或等于上述预设第二差值阈值。

可选的，若双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差不在可接受范围内，则计算双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标在X，Y，Z方向上的位置误差，得到X，Y，Z方向分别对应的第二位置误差（依次为O4，O5，O6），确定O4，O5，O6中最大的误差以及对应的第二调整方向，按照上述第二调整方向对髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的误差在可接受范围内，通过以上方式可以快速确定出最大误差，并基于最大的第二位置误差对应方向进行方向的调整，由此达到降低目标对象的髋臼侧骨骼与虚拟骨骼模型之间的位置偏差，提升配准准确度的效果。

本发明实施例提供的骨盆配准处理方法，应用于髋关节置换术中，通过上述步骤S102至步骤S110，可以达到在髋关节手术中对骨盆配准结果进行校验的目的，从而实现提升患者髋臼侧骨骼和虚拟骨骼模型匹配准确性的技术效果，进而解决由于髋关节手术中配准不准确、配准结果发生平移，从而导致配准结果出现局部最优，假体植入角度与术前规划不一致，进而使得术后假体发生脱位、磨损和活动度受限的问题的技术问题。

基于上述实施例和可选实施例，本发明提出一种可选实施方式，图4和5是根据本发明实施例的一种可选的骨盆配准处理方法的流程图，如图4和5所示，该方法包括：

步骤S1，生成术前规划，术前规划包含但不限于基于患者CT数据获取患者骨骼模型、双侧股骨头中心分别对应的初始定位坐标和/>，双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标/>和/>。

步骤S2，术前策划读取与显示，软件读取术前策划，显示患者骨骼虚拟模型及策划假体位置，读取策划的双侧股骨头中心分别对应的初始定位坐标和，双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标/>和。

步骤S3，ICP配准，使用探针在患者髋臼侧选择特征点获取输入点云集P，根据处理后的输入点云集P和基于CT数据确定的术前策划得到的虚拟骨骼模型点云X进行迭代配准，获取最优配准结果。

步骤S4，在确定点云配准通过的情况下，进行特征点选择，分别在患者双侧股骨远端固定定位工具，在仰卧位下，稳定患者骨盆，通过绕髋关节中心旋转患者股骨，利用最小二乘法拟合股骨头中心，判断所拟合股骨头中心误差是否可接受，获得双侧股骨头中心分别在实际骨盆定位坐标系下的当前定位坐标和/>。

步骤S5，特征点选择，使用探针捕获双侧髂前上棘分别在实际骨盆定位坐标系下的当前定位坐标和/>。

步骤S6，验证配准结果，将术前策划获得的双侧股骨头中心分别对应的初始定位坐标和/>、双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标和/>转到实际骨盆定位坐标系下，得到双侧股骨头中心分别对应的第一定位坐标/>和/>、双侧髂前上棘分别对应的第一定位坐标/>和/>，计算真实双侧股骨头中心和策划双侧股骨头中心之间的误差，如下：

分别计算双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标在X，Y，Z方向上的位置误差，判断误差是否可接受，若不可接受，则选择误差最大的方向进行修正，直到误差可接受进入下一步验证。

步骤S7，计算真实双侧髂前上棘和策划双侧髂前上棘之间的误差，如下：

分别计算双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标在X，Y，Z方向上的位置误差，判断误差是否可接受，若不可接受，则选择误差最大的方向进行修正，直到误差可接受进入下一步距骨面验证。

步骤S8，距骨面验证，使用探针在患者髋臼侧骨面选择特征点（扎透软骨），查看探针与骨面的距离，验证实际患者骨骼与虚拟骨骼的配准情况，若距骨面可接受，则进入髋臼磨削和髋臼杯植入，若距骨面不可接受，则重新对骨骼进行配准和特征点选择。

本发明实施例中，基于CT数据进行术前规划；本申请基于点云配准算法解决术中骨盆配准的平移问题，实现更精准的可视化追踪；针对现有技术中存在的缺陷，本申请旨在提供一种具有更高精准度的软件系统、控制方法以及电子设备,以指导医生更准确地磨削和植入；针对传统手术方法存在的缺陷，本申请旨在实现更精准的配准校准方法及软件系统，实现假体植入的精准性，降低假体磨损和术后脱位率，给患者术后最大的活动空间。

基于上述实施例和可选实施例，本发明提出另一种可选实施方式，具体包括：

步骤S11，启动软件读取术前策划计算得到虚拟骨盆定位坐标系下双侧股骨头中心分别对应的初始定位坐标，双侧髂前上棘分别对应的初始定位坐标和/>，固定骨盆定位工具，在患者髋臼窝前沿、后沿、上沿分别选择三个特征点进行粗配准。切换到精配准页面在髋臼窝内及周围均匀选择特征点进行精细配准，计算配准误差，若误差小于等于1mm，则进入下一步特征点选择，若误差大于1mm，则重新进行粗配准和精配准。

步骤S12，若精配准通过，则分别在患者双侧股骨远端固定定位工具，在仰卧位下，稳定患者骨盆，绕髋关节中心旋转患者股骨，得到虚拟骨盆定位坐标系下双侧股骨头中心分别对应的当前定位坐标和/>，使用探针选择虚拟骨盆定位坐标系下双侧髂前上棘分别对应的当前定位坐标/>和，从而计算得到/>、/>、/>、/>。

步骤S13，软件显示、/>、/>、/>，判断/>、/>、/>、/>

是否在可接受范围内，比如是否在±1mm内，若不可接受，则点击修正按钮分别对、/>、/>、/>进行修正，软件界面显示修正后计算的/>、/>、/>、，继续判断/>、/>、/>、/>的值，直到认为角度可接受则进入距骨面验证。

步骤S14，使用探针在患者骨面采集特征点（扎透软骨），若距骨面显示均小于1mm，且平均误差小于1mm，则配准通过进入磨削和植杯，若距骨面不满足要求则重新进行配准及后续步骤。

步骤S15，根据页面导航提示进行磨削和臼杯植入。

需要说明的是，本发明实施例基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的术前CT数据进行术前策划。需要说明的是，本发明实施例不指导股骨侧置换，并且所实现的方法不限假体型号及品牌。

在本实施例中还提供了一种骨盆配准处理装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”“装置”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述骨盆配准处理方法的装置实施例，图6是根据本发明实施例的一种骨盆配准处理装置的结构示意图，如图6所示，上述骨盆配准处理装置，包括：第一确定模块600、坐标转换模块602、第二确定模块604、第三确定模块606、第四确定模块608，其中：

上述第一确定模块600，用于基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；

上述坐标转换模块602，连接于上述第一确定模块600，用于将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；

上述第二确定模块604，连接于上述坐标转换模块602，用于在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；

上述第三确定模块606，连接于上述第二确定模块604，确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；

上述第四确定模块608，连接于上述第三确定模块604，用于根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

在本发明实施例中，通过设置上述第一确定模块600，用于基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；上述坐标转换模块602，连接于上述第一确定模块600，用于将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；上述第二确定模块604，连接于上述坐标转换模块602，用于在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；上述第三确定模块606，连接于上述第二确定模块604，确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；上述第四确定模块608，连接于上述第三确定模块604，用于根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。达到了在髋关节手术中对骨盆配准结果进行校验的目的，从而实现了提升患者髋臼侧骨骼和虚拟骨骼模型匹配准确性的技术效果，进而解决了由于髋关节手术中配准不准确、配准结果发生平移，从而导致配准结果出现局部最优，假体植入角度与术前规划不一致，进而使得术后假体发生脱位、磨损和活动度受限的问题的技术问题。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，例如，对于后者，可以通过以下方式实现：上述各个模块可以位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的方式位于不同的处理器中。

此处需要说明的是，上述第一确定模块600、坐标转换模块602、第二确定模块604、第三确定模块606、第四确定模块608对应于实施例中的步骤S102至步骤S110，上述模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在计算机终端中。

需要说明的是，本实施例的可选或优选实施方式可以参见实施例中的相关描述，此处不再赘述。

上述的骨盆配准处理装置还可以包括处理器和存储器，上述第一确定模块600、坐标转换模块602、第二确定模块604、第三确定模块606、第四确定模块608等均作为程序模块存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序模块来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序模块，上述内核可以设置一个或以上。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。

根据本申请实施例，还提供了一种非易失性存储介质的实施例。可选的，在本实施例中，上述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序运行时控制上述非易失性存储介质所在设备执行上述任意一种骨盆配准处理方法。

可选的，在本实施例中，上述非易失性存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中，上述非易失性存储介质包括存储的程序。

可选的，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以下功能：基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位 分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定所述实际骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

根据本申请实施例，还提供了一种处理器的实施例。可选的，在本实施例中，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述任意一种骨盆配准处理方法。

根据本申请实施例，还提供了一种计算机程序产品的实施例，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有上述任意一种的骨盆配准处理方法步骤的程序。

可选的，上述计算机程序产品，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：基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位 分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、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：基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定上述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位 分别对应的初始定位坐标，其中，上述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；将上述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；在上述目标对象的髋臼侧骨骼与上述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定上述实际骨盆定位坐标系下上述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；确定上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；根据上述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定上述目标对象的骨盆配准校验结果。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个模块上。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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

上述集成的模块如果以软件功能模块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非易失性存储介质中。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全部或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非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的非易失性存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种骨盆配准处理方法，其特征在于，包括：

基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定所述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，所述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；

将所述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；

在所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定所述实际骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；

确定所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；

根据所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定所述目标对象的骨盆配准校验结果；

其中，所述根据所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定所述目标对象的骨盆配准校验结果，包括：判断所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第一差值阈值；在确定所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于所述预设第一差值阈值的情况下，判断所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第二差值阈值；在确定所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于所述预设第二差值阈值的情况下，确定所述目标对象的髋臼侧骨骼中第三数量的特征点；分别确定所述第三数量的特征点处，探针距离所述目标对象的骨面的距离，得到所述第三数量的特征点处分别对应的骨面距；在确定所述第三数量的特征点处分别对应的骨面距满足预设距离条件的情况下，确定所述骨盆配准校验结果为：所述目标对象的骨盆配准通过。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定所述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，包括：

基于所述CT数据，确定所述目标对象的所述骨骼模型以及所述多个预定部位；

基于所述骨骼模型和预设髋关节假体位置，确定所述虚拟骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的初始定位坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定所述实际骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的当前定位坐标，包括：

在所述髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，获取所述实际骨盆定位坐标系下的第一点云集，以及所述双侧髂前上棘分别对应的当前定位坐标，其中，所述第一点云集是在绕髋关节中心旋转所述目标对象的股骨的情况下，通过安装于预定位置的定位工具采集到，所述双侧髂前上棘分别对应的当前定位坐标是通过探针捕获到的；

基于所述第一点云集，采用最小二乘拟合法进行拟合处理，得到所述实际骨盆定位坐标系下所述双侧股骨头中心分别对应的当前定位坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定所述实际骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的当前定位坐标之前，所述方法还包括：

确定所述目标对象的髋臼侧骨骼中第一数量的特征点；

基于所述第一数量的特征点，对所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型进行第一点云匹配，得到初始匹配结果；

确定所述目标对象的髋臼侧骨骼中第二数量的特征点，其中，所述第二数量大于所述第一数量；

基于所述第二数量的特征点和所述初始匹配结果，对所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型进行第二点云匹配，得到目标匹配结果；

在所述目标匹配结果指示所述髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间对应特征点的位置误差小于预设差值阈值的情况下，确定所述髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差大于所述预设第一差值阈值的情况下，计算所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标在多个坐标方向上的位置误差，得到多个第一位置误差；

确定所述多个第一位置误差中最大的第一位置误差，以及所述最大的第一位置误差对应的第一调整方向；

按照所述第一调整方向对所述目标对象的所述髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的髋臼侧骨骼对应的所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的新的误差小于或等于所述预设第一差值阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差大于所述预设第二差值阈值的情况下，计算所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标在多个坐标方向上的位置误差，得到多个第二位置误差；

确定所述多个第二位置误差中最大的第二位置误差，以及所述最大的第二位置误差对应的第二调整方向；

按照所述第二调整方向对所述目标对象的所述髋臼侧骨骼进行调整，直至调整后的髋臼侧骨骼对应的所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的新的误差小于或等于所述预设第二差值阈值。

7.一种骨盆配准处理装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于基于目标对象的髋臼侧骨骼对应的电子计算机断层扫描CT数据，确定所述目标对象的虚拟骨骼模型，以及虚拟骨盆定位坐标系下多个预定部位分别对应的初始定位坐标，其中，所述多个预定部位至少包括：双侧股骨头中心、双侧髂前上棘；

坐标转换模块，用于将所述多个预定部位分别对应的初始定位坐标旋转至实际骨盆定位坐标系，得到所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标；

第二确定模块，用于在所述目标对象的髋臼侧骨骼与所述虚拟骨骼模型之间配准通过的情况下，确定所述实际骨盆定位坐标系下所述多个预定部位分别对应的当前定位坐标；

第三确定模块，确定所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差；

第四确定模块，用于根据所述多个预定部位分别对应的第一定位坐标与对应的当前定位坐标之间的误差，确定所述目标对象的骨盆配准校验结果；

其中，所述第四确定模块还用于：判断所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第一差值阈值；在确定所述双侧股骨头中心与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于所述预设第一差值阈值的情况下，判断所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差是否小于或等于预设第二差值阈值；在确定所述双侧髂前上棘与对应的当前定位坐标之间的误差小于或等于所述预设第二差值阈值的情况下，确定所述目标对象的髋臼侧骨骼中第三数量的特征点；分别确定所述第三数量的特征点处，探针距离所述目标对象的骨面的距离，得到所述第三数量的特征点处分别对应的骨面距；在确定所述第三数量的特征点处分别对应的骨面距满足预设距离条件的情况下，确定所述骨盆配准校验结果为：所述目标对象的骨盆配准通过。

8.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1至6中任意一项所述的骨盆配准处理方法。

9.一种电子设备，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6中任意一项所述的骨盆配准处理方法。