假体投影的方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及到一种假体投影的方法、装置及电子设备。

背景技术：

人体组织在发生病变之后，有时会采用植入假体的治疗手段，例如，人体骨骼受到损伤之后，可以通过植入假体进行治疗。通常植入假体不仅要满足生物相容性，并且需要满足生物力学特征，即保证假体之后的各项性能与正常组织接近，因此，在进行假体植入手术前可以提前对放置假体后的效果进行验证，以防止假体植入后，难以满足正常使用。在对植入的假体进行验证时，需要将假体投影至医学影像上，进而模拟假体植入效果，因此，如何对假体进行投影成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种假体投影的方法，以解决如何对假体进行投影的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种假体投影的方法，包括：获取人体组织的矫正数据；基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影，所述原始数据包括人体组织的矫正前的医学影像数据；利用切割算法对所述假体进行切割，在所述假体投影位置生成假体轮廓。

可选地，所述矫正数据包括：假体植入过程中的人体组织的平移数据和/或旋转数据。

可选地，所述基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影包括：根据所述平移数据和/或所述旋转数据对所述假体进行与所述平移数据和/或所述旋转数据对应的逆向变换，形成所述假体投影。

可选地，所述基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影包括：获取人体组织的组织类型；基于所述组织类型确定所述矫正数据的变换顺序；基于所述变换顺序依次进行反投影。

可选地，所述利用切割算法对所述假体进行切割，在所述假体投影位置生成假体轮廓包括：获取假体三维模型；将所述假体三维模型对应至所述假体投影位置；利用切割算法对所述假体三维模型进行切割得到切割平面；提取所述切割平面与所述假体三维模型的交集在所述假体投影位置得到所述假体的轮廓。

可选地，所述切割平面包括用于指示横断面、矢状面和冠状面中的至少之一的法向量和用于指示所述切割平面所在的扫描层的点坐标。

可选地，所述提取所述切割平面与所述假体三维模型的交集得到所述假体的轮廓包括：将不同扫描层的所述切割平面与所述假体三维模型的交集叠加在所述假体投影位置上，在医学影像上形成所述假体轮廓。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种假体植入验证装置，包括：获取模块，用于获取人体组织的矫正数据；反投影模块，用于基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影，所述原始数据包括人体组织的矫正前的医学影像数据；轮廓生成模块，用于利用切割算法对所述假体进行切割在所述假体投影位置生成假体轮廓。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述第一方面任意一项所述的假体投影的方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面任意一项所述的假体投影的方法。

先依据手术规划的人体组织结构的矫正数据将植入的假体进行逆向变化，在原始数据中即在原始医学影像中找到假体植入的位置，可以保证后续投影的假体的轮廓处于准确的位置上，再通过切割算法对所述假体进行切割在所述假体投影位置生成假体轮廓，在相应位置生成的假体轮廓，由于只需利用切割算法生成假体轮廓，无需进行矩阵转换等方法，相较于现有的假体轮廓生成方法计算量小，生成速度快，能够准确快速的实现假体在预定的位置的模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明实施例的假体投影的方法流程示意图；

图2是根据本发明实施例的假体植入验证装置的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的电子设备的示意图。

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。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。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。

正如背景技术所述，在进行假体植入手术前可以提前对放置假体后的效果进行验证，以防止假体植入后，难以满足正常使用，因此需要在原医学影像中需要对植入的假体进行投影。发明人发现，现有技术中存在一些可以模拟假体轮廓(轮廓线/轮廓区域)的方法，例如：通过交互式医学影像控制系统(materialise'sinteractivemedicalimagecontrolsystem，mimics)对医学影像进行转换处理，建立三维模型，但是该系统无法在骨骼位置变动后将里面的假体轮廓投影回原医学影像，即如果在植入假体时，对应的人体组织位置发生变化之后，直接采用mimics构建三维模型，无法准确的将植入的假体定位至手术后的人体组织处，可能会造成投影位置偏差。另外，发明人发现另外一种可构建三维模型的方法是通过将立体光刻(stereolithography,stl)文件转换成体素矩阵，再将提速矩阵各个层面通过图像处理手段提取出轮廓，并实时更新到ct原数据的矩阵中。但是体素矩阵的处理和图像处理算法提取轮廓流程相对繁琐，且计算量大，速度慢，严重占用计算资源。因此，在人体组织位置发生变化时对植入的假体进行投影时，现有技术难以较好完成，基于在计入假体的手术规划涉及到人体组织(本实施例中可以骨骼为例)的位置矫正，矫正过程包括旋转与平移，在完成骨骼矫正后需要在骨骼中放置假体，需要将三维空间中放置后的假体投影回原ct断层图像生成对应位置的轮廓，即矫正后假体轮廓相对于原ct中骨骼的位置与三维空间中假体相对于矫正后的骨骼的位置是相同的，可以保证假体投影位置的准确性，发明人提出了一种假体投影的方法，如图1所示，该方法包括如下的步骤：

s11.获取人体组织的矫正数据。通常在进行假体植入前都需要对原组织的位置进行矫正。在本实施例中可以以骨骼为例进行说明，通常在记性假体植入手术的规划或实施过程中可能会涉及到人体组织的位置矫正。具体的，矫正过程包括旋转和/或平移。作为示例性的实施例，人体组织矫正数据可以在手术的规划数据中获取。

s12.基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影，所述原始数据包括人体组织的矫正前的医学影像数据。在本实施例中，在得到矫正数据之后，可以将矫正完成后放置的假体沿人体组织结构的矫正过程反向变换回去，使得假体对应回原始数据中的相应位置。具体的，可以采用反投影重建算法将假体反投影至原始数据中，在原始数据中形成假体投影。作为示例性的实施例，可以以矫正数据为假体植入过程中的人体组织的平移数据和旋转数据为例进行说明，即在植入假体时，如果涉及到人体组织的平移和旋转，在对假体进行反投影时，按照人体组织的平移和旋转的过程，进行逆向变换，在原始数据中心构造假体的投影，形成具有假体投影的医学影像，例如ct影像，x光影像或核磁共振影像。

s13.利用切割算法对所述假体进行切割在所述假体投影位置生成假体轮廓。作为示例性的实施例，可以利用视觉化工具(visualizationtoolkit，vtk)生成可视化假体三维模型，对假体三维模型进行切割。在本实施例中，以原始数据为医疗ct影像为例，在对假体三维模型进行切割时，可以按照医疗ct影像的扫描层进行分层切割，切割平面与三维模型的交集即可作为单层内假体的轮廓，最后将各个层整合形成假体轮廓，以在医疗ct影像的假体投影位置显示合成后的假体轮廓。实现假体植入效果的模拟。

在本实施例中，先依据手术规划的人体组织结构的矫正数据将植入的假体进行逆向变化，在原始数据中即在原始医学影像中找到假体植入的位置，可以保证后续投影的假体的轮廓处于准确的位置上，再通过切割算法对所述假体进行切割在所述假体投影位置生成假体轮廓，在相应位置生成的假体轮廓，由于只需利用切割算法生成假体轮廓，无需进行矩阵转换等方法，相较于现有的假体轮廓生成方法计算量小，生成速度快，能够准确快速的实现假体在预定的位置的模拟。

作为示例性的实施例，由于不同人体组织的结构不同，进行手术的顺序不同，因此，在进行返投影之前需要按照人体组织的不同，对植入的假体进行不同顺序的反投影，具体的，获取人体组织的组织类型；基于所述组织类型确定所述矫正数据的变换顺序；基于所述变换顺序依次进行反投影。示例性的，分别以髋臼杯和股骨柄为例进行说明：髋臼杯反投影的过程需要依顺序涉及到以下几个环节，骨盆的矫正，髋臼杯的平移，以及髋臼杯的旋转。那么反投影的过程依次就是：1.沿髋臼杯的旋转变换进行逆变换；2.沿髋臼杯的平移变换进行逆变换；3.沿骨盆矫正变换进行逆变换，这样我们可以把髋臼杯的假体变换到和矫正前原数据相匹配的位置。而针对股骨柄反投影的过程需要依顺序涉及以下几个环节，腿骨的矫正，在矫正基础上腿骨的二次平移，以及在矫正基础上腿骨的二次旋转。那么反投影的过程依次就是：1.沿腿骨的二次旋转变换进行逆变换；2.沿腿骨的二次平移变换进行逆变换；3.沿腿骨矫正变换进行逆变换，这样我们可以把股骨柄的假体变换到和矫正前原数据相匹配的位置。在本实施例中，在确定实施手术的组织结构，以及植入假体之后，可以依据实施手术过程中相关人体组织结构的矫正顺序对假体进行逆变换，可以保证不同人体组织的假体能够精确的投影到合适的位置。

作为示例性的实施例，利用切割算法对所述假体进行切割，是基于切割算法对假体的三维模型进行切割，具体的，可以先获取假体的三维模型，该三维模型可以为stl模型，将stl模型调整到假体投影位置之后，利用切割算法对所述假体三维模型进行切割得到切割平面；提取所述切割平面与假体三维模型的交集得到所述假体的轮廓。具体的，切割平面可以为一个法向量和一个点来确定，作为示例性的实施例，横断面、矢状面、冠状面的法向量分别是常量(0,0,1)、(1,0,0)、(0,1,0)，点坐标可以由法向量当前所在的扫描层数决定。即法向量用于指示横断面、矢状面和冠状面中的至少之一，点坐标用于指示该法向量所在的层，由于ct影像是有多个扫描层组成，因此，在层发生变化时，重新设置切割平面的点坐标然后，调用更新。在二维视图中切割得到的轮廓显示在对应的ct层面上。在形成不同层中的二维视图中得到各个层的假体轮廓后，经过层层叠加在所述假体投影位置上，可以在医学影像上的对应的位置上形成所述假体轮廓。需要注意的是，在假体三维模型位置发生变化后，需要重新加载三维模型值变化后的位置，再进行切割，层叠，之后再医学影像的对应位置上形成假体轮廓。

根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述图1所示的假体植入验证装置，如图2所示，该装置包括：获取模块10，用于获取人体组织的矫正数据；反投影模块20，用于基于所述矫正数据将植入的假体反投影至与原始数据中对应的位置，形成假体投影，所述原始数据包括人体组织的矫正前的医学影像数据；轮廓生成模块30，用于利用切割算法对所述假体进行切割在所述假体投影位置生成假体轮廓。

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。

本发明实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括一个或多个处理器31以及存储器32，图3中以一个处理器33为例。

该控制器还可以包括：输入装置33和输出装置34。

处理器31、存储器32、输入装置33和输出装置34可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

处理器31可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器31还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器32作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的控制方法对应的程序指令/模块。处理器31通过运行存储在存储器32中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的假体投影的方法。

存储器32可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据服务器操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器32可选包括相对于处理器31远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至网络连接装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置33可接收输入的数字或字符信息，以及产生与服务器的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置34可包括显示屏等显示设备。

一个或者多个模块存储在存储器32中，当被一个或者多个处理器31执行时，执行如图1所示的方法。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各电机控制方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。