CN117084787B - 一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备，通过使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，此时拟合得到的交线与胫骨假体前后轴平行，因此通过将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，可计算胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量，从而计算胫骨假体安装的内外旋角，操作简单快捷，并且能够实现在术中对胫骨假体安装的内外旋角进行快捷、准确的检验。

Description

一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备
技术领域
本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备。
背景技术
单髁置换手术的某一个过程需要对胫骨进行截骨，其中胫骨截骨需要完成两个面的截骨，分别为胫骨水平面和胫骨内侧的垂直面，截骨完成后再将对应的假体、衬垫进行安装，完成假体的植入。其中胫骨假体的内外旋对膝关节生物力学和运动学影响至关重要，然而目前无论传统手术还是机器人辅助手术，都无法在术中获取胫骨假体安装的内外旋角，目前获取胫骨假体内外旋的方法是通过术后拍CT影像进行检验。
因此，亟需一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，以解决医生无法在手术过程中评估患者胫骨假体安装的内外旋角的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中描述的现有技术方案的缺点，提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备，能够实现术中对胫骨假体安装的内外旋角进行快捷、准确的计算和检验。
本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供了一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，包括以下步骤：
S101，获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
S102，通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
S103，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
S104，将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
S105，使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
S106，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角。
进一步地，所述获取的膝关节目标位置的医学图像为CT图像或者MRI图像中的一种。
进一步地，S101中所述获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型，包括：
获取膝关节目标位置的医学图像；
基于获取的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割，其中，所述深度学习算法采用分割神经网络模型；
基于分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
进一步地，所述分割神经网络模型采用U-Net模型。
进一步地，S102中所述在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系，包括：
通过规划软件，在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型；
选取胫骨三维模型的胫骨干与胫骨平台的交点作为胫骨坐标系的原点，胫骨三维模型机械轴为z轴，胫骨三维模型前后轴为y*轴，z轴与y*轴叉乘得到x轴，z轴与x轴叉乘得到y轴。
进一步地，S104中所述胫骨光学定位装置包括定位支架以及3个示踪结构，所述示踪结构分别可拆卸设置于所述定位支架上，且所述示踪结构能够被双目相机识别并定位。
进一步地，S104中所述将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系，包括：
将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内；
建立胫骨光学定位装置坐标系和胫骨模型坐标系；
其中，所述胫骨光学定位装置坐标系由3个示踪结构的位置来确定：根据三个示踪结构圆心位置确定胫骨光学定位装置的中心点，并将中心点作为胫骨光学定位装置坐标系的原点，三个示踪结构圆心点所在的平面为XOY平面，垂直该平面向外的轴为Z轴，原点到任意一个示踪结构圆心点的连线的延长线为Y轴，通过叉乘确定X轴的方向；所述胫骨模型坐标系与S102中建立胫骨坐标系的方式一致；
双目相机识别胫骨光学定位装置的示踪结构，获取胫骨光学定位装置在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨光学定位装置坐标系与双目相机坐标系的转换关系；其中所述双目相机坐标系以所述双目相机的左眼为中心，平行于相机面的水平轴线为x轴，平行于相机面的竖直轴线为z轴；
使用探针采集胫骨模型表面的点集数据，同时将胫骨模型点集数据和胫骨三维模型的点云数据进行配准；
双目相机识别探针上的阵列，获取胫骨模型在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨模型坐标系与双目相机坐标系的转换关系；
计算胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系。
进一步地，S105中所述使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，包括：
使用探针沿着所述胫骨模型垂直截面和水平截面的交线划动，并采集划动过程中交线的点集数据；
将采集的点集数据在胫骨光学定位装置坐标系下的坐标转换为在胫骨模型坐标系下的坐标；
针对采集的点集数据使用直线拟合的方法拟合出胫骨模型垂直截面和水平截面的交线。
进一步地，针对采集的点集数据进行直线拟合的方法采用最小二乘法。
进一步地，S106中所述将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角，包括：
所述胫骨假体前后轴沿着拟合得到的胫骨模型垂直截面和水平截面的交线植入对应的胫骨模型；
将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，获取胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上的投影，以及胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量；
结合胫骨模型前后轴在胫骨模型坐标系下的坐标表示，得到胫骨模型前后轴的单位向量；
利用两个向量点积计算两个向量的夹角，所述夹角即为胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角；
对胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角进行检验。
第二方面，本发明还提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验装置，该装置包括：
获取模块，用于获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
规划模块，用于通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
模拟截骨模块，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
计算模块，用于将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
拟合模块，用于使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
检验模块，用于将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角；
其中，所述获取模块包括获取图像单元、图像分割单元和三维重建单元；
所述获取图像单元用于获取膝关节目标位置的医学图像；
所述图像分割单元用于针对获取的膝关节目标位置的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割；
所述三维重建单元用于针对分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
所述装置中的各个模块/单元具有实现胫骨假体安装的内外旋角的检验方法中各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果。
第三方面，本发明还提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验设备，所述设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序指令，其中，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述所述胫骨假体安装的内外旋角的检验方法。
第四方面，本发明提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述所述胫骨假体安装的内外旋角的检验方法。
本发明提供了一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备，通过使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，此时拟合得到的交线与胫骨假体前后轴平行，因此通过将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，可计算胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量，从而计算胫骨假体安装的内外旋角，操作简单快捷，并且能够实现在术中对胫骨假体安装的内外旋角进行快捷、准确的检验。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明实施例提供的胫骨假体安装的内外旋角的检验方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的使用探针对胫骨模型进行划线的示意图；
图3是本发明实施例提供的胫骨假体安装的内外旋角的检验装置示意图；
图4是本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图；
附图标记说明：1.胫骨模型垂直截面；2.胫骨模型水平截面；3.胫骨模型垂直截面和胫骨水平截面交线；4.胫骨模型前后轴；5.探针。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开 的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开， 而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体 细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本 公开的示例来提供对本公开更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
图1是本发明实施例提供的胫骨假体安装的内外旋角的检验方法流程示意图。
如图1所示，本发明提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，包括以下步骤：
S101，获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
S102，通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
S103，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
S104，将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
S105，使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
S106，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角。
作为一种可选的实施方式，所述获取的膝关节目标位置的医学图像为CT图像或者MRI图像中的一种。
其中，CT（Computed Tomography）图像为电子计算机断层扫描图像数据，是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查。MRI（magnetic resonance imaging）图像为磁共振成像图像数据，是利用磁共振现象从人体内获得电磁信号并重建出人体信息的一种检查技术。
作为一种可选的实施方式，其他关于膝关节的医学影像数据也可以为本发明所使用。
作为一种可选的实施方式，S101中所述获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型，包括：
获取膝关节目标位置的医学图像；
基于获取的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割；
基于分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
其中，深度学习(Deep Learning，缩写DL)是机器学习(Machine Learning，缩写ML)领域中一个新的研究方向，是学习样本数据的内在规律和表示层次，这些学习过程中获得的信息对诸如文字，图像和声音等数据的解释有很大的帮助。它的最终目标是让机器能够像人一样具有分析学习能力，能够识别文字、图像和声音等数据。
作为一种可选的实施方式，所述深度学习算法采用分割神经网络模型，具体的，所述分割神经网络模型采用U-Net模型。
作为一种可选的实施方式，所述分割神经网络模型也可采用其他模型，例如FCN、SegNet等。
作为一种可选的实施方式，S102中所述在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系，包括：
通过规划软件，在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型；
选取胫骨三维模型的胫骨干与胫骨平台的交点作为胫骨坐标系的原点，胫骨三维模型机械轴为z轴，胫骨三维模型前后轴为y*轴，z轴与y*轴叉乘得到x轴，z轴与x轴叉乘得到y轴。
其中，胫骨三维模型机械轴为胫骨三维模型的胫骨近端中心至踝关节中心连线。胫骨三维模型前后轴为垂直于经股骨上髁轴且经过后交叉韧带中点的直线。
作为一种可选的实施方式，所述胫骨坐标系也可采用其他的建立方式，在导航技术辅助关节置换手术的系统中，使用相对位姿关系，坐标系的定义不影响技术实现，由系统设计人员根据实际情况自行确定。
作为一种可选的实施方式，S104中所述胫骨光学定位装置包括定位支架以及3个示踪结构，所述示踪结构分别可拆卸设置于所述定位支架上，且所述示踪结构能够被双目相机识别并定位。
作为一种可选的实施方式，S104中所述将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系，包括：
将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内；
建立胫骨光学定位装置坐标系和胫骨模型坐标系；
双目相机识别胫骨光学定位装置的示踪结构，获取胫骨光学定位装置在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨光学定位装置坐标系与双目相机坐标系的转换关系；其中所述双目相机坐标系以所述双目相机的左眼为中心，平行于相机面的水平轴线为x轴，平行于相机面的竖直轴线为z轴；
使用探针采集胫骨模型表面的点集数据，同时将胫骨模型点集数据和胫骨三维模型的点云数据进行配准；
双目相机识别探针上的阵列，获取胫骨模型在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨模型坐标系与双目相机坐标系的转换关系；
计算胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系。
其中，所述胫骨光学定位装置坐标系由3个示踪结构的位置来确定：根据三个示踪结构圆心位置确定胫骨光学定位装置的中心点，并将中心点作为胫骨光学定位装置坐标系的原点，三个示踪结构圆心点所在的平面为XOY平面，垂直该平面向外的轴为Z轴，原点到任意一个示踪结构圆心点的连线的延长线为Y轴，通过叉乘确定X轴的方向。
所述胫骨模型坐标系与S102中建立胫骨坐标系的方式一致：选取胫骨模型的胫骨干与胫骨平台的交点作为胫骨模型坐标系的原点，胫骨模型机械轴为z轴，胫骨模型前后轴为y*轴，z轴与y*轴叉乘得到x轴，z轴与x轴叉乘得到y轴。
作为一种可选的实施方式，所述胫骨光学定位装置坐标系和胫骨模型坐标系也可采用其他的建立方式，在导航技术辅助关节置换手术的系统中，使用相对位姿关系，坐标系的定义不影响技术实现，由系统设计人员根据实际情况自行确定。
作为一种可选的实施方式，S105中所述使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，包括：
如图2所示，使用探针5沿着所述胫骨模型垂直截面1和胫骨模型水平截面2的交线3划动，并采集划动过程中交线的点集数据；
将采集的点集数据在胫骨光学定位装置坐标系下的坐标转换为在胫骨模型坐标系下的坐标；
针对采集的点集数据使用直线拟合的方法拟合出胫骨模型垂直截面和胫骨模型水平截面的交线。
作为一种可选的实施方式，针对采集的点集数据进行直线拟合的方法采用最小二乘法。
作为一种可选的实施方式，也可采用其他直线拟合方法针对采集的点集数据进行拟合。
作为一种可选的实施方式，S106中所述将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角，包括：
所述胫骨假体前后轴沿着拟合得到的胫骨模型垂直截面和水平截面的交线植入对应的胫骨模型；
将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，获取胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上的投影，以及胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量；
结合胫骨模型前后轴4在胫骨模型坐标系下的坐标表示，得到胫骨模型前后轴4的单位向量；
利用两个向量点积计算两个向量的夹角，所述夹角即为胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角；
对胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角进行检验。
如图3所示，本发明还提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验装置，该装置包括：
获取模块301，用于获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
规划模块302，用于通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
模拟截骨模块303，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
计算模块304，用于将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
拟合模块305，用于使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
检验模块306，用于将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角。
在一个优选的实施例中，所述获取模块301包括获取图像单元3011、图像分割单元3012和三维重建单元3013。
其中，所述获取图像单元3011用于获取膝关节目标位置的医学图像。
所述图像分割单元3012用于针对获取的膝关节目标位置的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割。
所述三维重建单元3013用于针对分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
图3所示装置中的各个模块/单元具有实现胫骨假体安装的内外旋角的检验方法中各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。
如图4所示，本发明还提供一种胫骨假体安装的内外旋角的检验设备，所述设备包括：处理器401、存储器402以及存储在所述存储器402中并可在所述处理器401上运行的计算机程序指令，其中，所述处理器401用于执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述所述胫骨假体安装的内外旋角的检验方法。
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明的一个或多个集成电路。
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。
在一个实例中，存储器402可以包括可移除或不可移除(或固定)的介质，或者存储器是非易失性固态存储器。存储器可在综合网关容灾设备的内部或外部。
在一个实例中，存储器402可以是只读存储器(Read Only Memory，ROM)。在一个实例中，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM) 或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
在一个实例中，存储器402可以包括只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，磁盘存储介质设备，光存储介质设备，闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常，存储器包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当该软件被执行(例如，由一个或多个处理器)时，其可操作来执行参考根据本公开的一方面的方法所描述的操作。
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现图1所示实施例中的方法/步骤，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述在此不再赘述。
在一个实施例中，计算设备还可包括通信接口403和总线404。如图4所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线404连接并完成相互间的通信。
通信接口403，主要用于实现本发明中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线404包括硬件、软件或两者，将在线数据流量计费设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(Accelerated Graphics Port，AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线、前端总线(Front Side Bus，FSB)、超传输(Hyper Transport，HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA) 总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线可包括一个或多个总线。尽管本发明描述和示出了特定的总线，但本公开考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，本发明还提供一种计算机存储介质来实现，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述所述胫骨假体安装的内外旋角的检验方法。
本发明实施例提供的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
本发明提供了一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法及相关设备，通过使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，此时拟合得到的交线与胫骨假体前后轴平行，因此通过将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，可计算胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量，从而计算胫骨假体安装的内外旋角，操作简单快捷，并且能够实现在术中对胫骨假体安装的内外旋角进行快捷、准确的检验。
需要明确的是，本公开并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和 处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中， 描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本公开的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本公开的精神后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它 们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路 (ApplicationSpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本公开的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。相关技术人员可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。另外程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。机器可读介质可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RadioFrequency，RF)链路，等等。
上面参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地 了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过 程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
S102，通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
S103，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
S104，将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
S105，使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
S106，将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角。
2.根据权利要求1所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S101中所述获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型，包括：
获取膝关节目标位置的医学图像；
基于获取的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割，其中，所述深度学习算法采用分割神经网络模型；
基于分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S102中所述在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系，包括：
通过规划软件，在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型；
选取胫骨三维模型的胫骨干与胫骨平台的交点作为胫骨坐标系的原点，胫骨三维模型机械轴为z轴，胫骨三维模型前后轴为y*轴，z轴与y*轴叉乘得到x轴，z轴与x轴叉乘得到y轴。
4.根据权利要求1所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S104中所述胫骨光学定位装置包括定位支架以及3个示踪结构，所述示踪结构分别可拆卸设置于所述定位支架上，且所述示踪结构能够被双目相机识别并定位。
5.根据权利要求4所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S104中所述将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系，包括：
将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内；
建立胫骨光学定位装置坐标系和胫骨模型坐标系；
其中，所述胫骨光学定位装置坐标系由3个示踪结构的位置来确定：根据三个示踪结构圆心位置确定胫骨光学定位装置的中心点，并将中心点作为胫骨光学定位装置坐标系的原点，三个示踪结构圆心点所在的平面为XOY平面，垂直该平面向外的轴为Z轴，原点到任意一个示踪结构圆心点的连线的延长线为Y轴，通过叉乘确定X轴的方向；所述胫骨模型坐标系与S102中建立胫骨坐标系的方式一致；
双目相机识别胫骨光学定位装置的示踪结构，获取胫骨光学定位装置在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨光学定位装置坐标系与双目相机坐标系的转换关系；其中所述双目相机坐标系以所述双目相机的左眼为中心，平行于相机面的水平轴线为x轴，平行于相机面的竖直轴线为z轴；
使用探针采集胫骨模型表面的点集数据，同时将胫骨模型点集数据和胫骨三维模型的点云数据进行配准；
双目相机识别探针上的阵列，获取胫骨模型在双目相机坐标系下的坐标以及胫骨模型坐标系与双目相机坐标系的转换关系；
计算胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系。
6.根据权利要求1所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S105中所述使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合，包括：
使用探针沿着所述胫骨模型垂直截面和水平截面的交线划动，并采集划动过程中交线的点集数据；
将采集的点集数据在胫骨光学定位装置坐标系下的坐标转换为在胫骨模型坐标系下的坐标；
针对采集的点集数据使用直线拟合的方法拟合出胫骨模型垂直截面和水平截面的交线。
7.根据权利要求6所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，针对采集的点集数据进行直线拟合的方法采用最小二乘法。
8.根据权利要求6所述的一种胫骨假体安装的内外旋角的检验方法，其特征在于，S106中所述将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角，包括：
所述胫骨假体前后轴沿着拟合得到的胫骨模型垂直截面和水平截面的交线植入对应的胫骨模型；
将拟合的交线投影到胫骨模型横截面上，获取胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上的投影，以及胫骨假体前后轴在胫骨模型横截面上投影的单位向量；
结合胫骨模型前后轴在胫骨模型坐标系下的坐标表示，得到胫骨模型前后轴的单位向量；
利用两个向量点积计算两个向量的夹角，所述夹角即为胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角；
对胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角进行检验。
9.一种胫骨假体安装的内外旋角的检验装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取膝关节目标位置的医学图像，并通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；
其中，所述医学图像包括胫骨数据，所述三维骨骼模型为胫骨三维模型；
规划模块，用于通过规划软件自动生成术前规划方案：在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，并选取参考点，构建胫骨坐标系；
模拟截骨模块，按照术前规划方案对胫骨模型进行模拟截骨，生成胫骨模型垂直截面和水平截面以及垂直截面和水平截面的交线；
计算模块，用于将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，并获取胫骨光学定位装置坐标系与胫骨模型坐标系的转换关系；
拟合模块，用于使用探针划线的方法采集胫骨模型垂直截面和水平截面交线的点集，并对采集的数据进行拟合；
检验模块，用于将胫骨假体前后轴沿着拟合得到的交线植入对应的胫骨模型，计算并检验胫骨假体在胫骨模型上安装的内外旋角；
其中，所述获取模块包括获取图像单元、图像分割单元和三维重建单元；
所述获取图像单元用于获取膝关节目标位置的医学图像；
所述图像分割单元用于针对获取的膝关节目标位置的医学图像，采用深度学习算法对医学图像进行分割；
所述三维重建单元用于针对分割后的图像数据进行三维模型重建，获得胫骨三维模型。
10.一种胫骨假体安装的内外旋角的检验设备，其特征在于，
所述设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序指令，其中，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现权利要求1至8中任意一项胫骨假体安装的内外旋角的检验方法。
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