一种医用接骨板的匹配方法与流程

本发明涉及一种医用接骨板的匹配方法及其匹配系统，以及采用该匹配系统的匹配装置，属于骨科匹配算法领域。

背景技术：

接骨板是骨科最常用的骨折内固定器械。自hansmann(1866)最早使用接骨板治疗骨折以来，经过一百多年的发展与创新，特别是随着ao/asif的内固定理念由坚强机械式内固定向生物学内固定转变，接骨板内固定在材料、制作工艺、治疗技术及治疗理念方面都有重大的改变。接骨板的材料也有最初的不锈钢转化为钦合金或纯钦，接骨板的种类也多式多样。根据其内固定方式有张力带接骨板，中和接骨板和支持接骨板。根据接骨板的形状和作用可以分为普通接骨板、加压接骨板、解剖接骨板、重建接骨板、1/3管状接骨板和桥接接骨板。

其中，解剖型骨板是根据人体骨骼的形态，尽可能的仿生设计而成。目前对于四肢骨折，尤其是关节周围骨折有很多种不同设计的解剖型接骨板，以匹配患者骨折部位的形态。在接骨板厚度一定的情况下，骨折内固定使用的解剖形接骨板越匹配患者骨骼对患者产生的不适感就越小，尤其在关节周围骨折，接骨板的匹配性能可直接影响患者体感和肢体的活动。由于个体之间存在一定差异，理想状态下应当针对不同患者的骨骼特点以及骨折类型进行个性化制度钢板，预先设计钢板长度和形状，锁定孔的数量、位置和角度，但是由于成本的关系，个性化订制尚目前无法在临床上普及。因此，量产的解剖型接骨板仍然是目前临床的主流。各大厂商相继推出了不同形态的解剖型接骨板以适应不同的骨骼形态，临床上也已经大量使用并获得了较好的临床疗效。

然而，目前缺乏中国人群骨骼大数据库，且尚无统一的医用解剖型接骨板匹配性能检测的通用量化指标，无法进行产品评估，使得医用解剖型接骨板在进入市场前监管和临床使用安全性遇到挑战。

因此，本领域希望能够提供一种选择医用接骨板的匹配方法和标准。

技术实现要素：

鉴于相关技术的上述问题和/或其他问题，本发明一方面提供了一种医用接骨板的匹配方法，其中，

该匹配方法包括以下步骤：

步骤1)：获取患者骨骼的3d数据模型的步骤；

步骤2)：从接骨板数据库中调取接骨板的数据模型的步骤；根据患者骨骼的待固定部分的类型从所述接骨板数据库中依次调取对应类型的每一块接骨板的数据模型；

步骤3)：依次将每一块所述接骨板的贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分进行匹配的步骤；调整所述接骨板的贴骨面相对于所述患者骨骼的待固定部分的相对位置使得所述贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分的表面至少有一点相接触，并计算所述贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分的表面之间的间隙体积的倒数或者间隙距离的平均值的倒数，计为mpi值；计算每一个所述接骨板的各个相对位置所对应的mpi值；

步骤4)：选择最匹配的接骨板及其最佳相对位置的步骤：取计算获得的最大mpi值，所述最大mpi值所对应的即为最匹配的接骨板及其最佳相对位置。

优选的，所述接骨板的类型包括锁骨接骨板、胫骨接骨板、股骨接骨板、肱骨接骨板或腓骨接骨板。

优选的，所述步骤1)获取患者骨骼的3d数据模型的步骤为：先对患者骨骼的待固定部分进行多个角度扫描生成3d点数据，再根据三角网格化算法对所述3d点数据进行处理以生成待固定部分的3d面数据，再对所述待固定部分的3d面数据进行整合以生成所述3d数据模型。

优选的，所述步骤3)中计算mpi值的方法为：根据所述患者骨骼的待固定部分的3d面数据，获得其三角网格的有限个顶点坐标；在所述接骨板的贴骨面的边缘平均设置n个点并设定为点a(1-n)，每个点a(1-n)与所述患者骨骼的待固定部分的表面距离最近的对应顶点设定为点b(1-n)；所述接骨板的贴骨面的面积设定为sa；所述患者骨骼的待固定部分的表面由点b(1-n)围成的接骨板投影面积为sb；所有点a(1-n)与各自对应的点b(1-n)之间的连线构成的n个面，与所述接骨板的贴骨面和所述患者骨骼的待固定部分的表面所包绕的体积为所述间隙体积并设定为vg；mpi值的计算公式为：

优选的，所述步骤3)中计算mpi值的方法为：根据所述患者骨骼的待固定部分的3d面数据，获得其三角网格的有限个顶点坐标，将顶点设定为d(1-n)；将所述接骨板的贴骨面根据三角网格算法获得其三角网络的有限个顶点坐标，将顶点设定为c(1-n)；统计每个点c(1-n)到所述患者骨骼的待固定部分的表面距离最近的对应顶点d(1-n)的间隙距离并计算该间隙距离的平均值，该平均值的倒数即为mpi值。

本发明另一方面还提供了一种医用接骨板的匹配系统，其中，

所述匹配系统运行如上述的匹配方法，

所述匹配系统包括：

获取患者骨骼的3d数据模型的模块；

调取接骨板的数据模型的模块；以及

匹配模块，用以依次将每一块所述接骨板的贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分进行匹配，并选择最匹配的接骨板及其最佳相对位置。

本发明再一方面提供了一种医用装置，其中，

该医用装置包括：

扫描装置，用以对患者骨骼的待固定部分进行多个角度扫描的装置；和

匹配系统，采用如上述的医用接骨板的匹配系统；

所述匹配系统与所述扫描装置通信连接。

本发明提供了一种医用接骨板的匹配方法，其包括获取患者骨骼的3d数据模型的步骤，从接骨板数据库中调取接骨板的数据模型的步骤，依次将每一块所述接骨板的贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分进行匹配的步骤以及选择最匹配的接骨板及其最佳相对位置的步骤。本发明提供的该医用接骨板的匹配方法能够通过软件计算的方式提前获得匹配程度最佳的医用接骨板，给骨科临床医生带来的极大的便利；相比现有技术中骨科临床医生通过肉眼和经验判断的方式，获得了巨大的技术进步；再者，统一的医用接骨板匹配性能检测的通用量化指标，便于进行产品评估，大大提高了临床使用安全性。

附图说明

图1为本发明的医用接骨板的匹配方法在一具体实施例中的流程示意图；

图2为实施例1中接骨板与患者骨骼的匹配的示意图；

图3为实施例1中计算接骨板与患者骨骼的匹配性能的示意图；

图4为实施例2中接骨板与患者骨骼的匹配的示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于这些具体实施方式。本领域技术人员可以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的观点与应用，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，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参见图1，为本发明的医用接骨板的匹配方法在一具体实施例中的流程示意图。

实施例1的医用接骨板的匹配方法包括以下步骤：

s1：获取患者骨骼的3d数据模型的步骤；

具体在本实施例中，1)先对患者骨骼的待固定部分进行多个角度扫描生成3d点数据；其中，患者骨骼的待固定部分一般是由专业的骨科医生对患者骨骼的情况进行诊断后选定待固定部分的区域和范围。其中，扫描可以是常规的ct扫描，扫描后获得3d点数据；2)再根据三角化算法对所述3d点数据进行处理以生成待固定部分的3d面数据；即，在获得的3d点数据基础中，根据三角化算法将患者骨骼的待固定部分进行三角网格化处理；三角网格的边长设定得越小，模拟的精度越高，获得的患者骨骼的待固定部分的表面越光滑；然而模拟的精度过高，会导致计算量过大，所以会折中权衡选取合适的三角网格边长。具体在本实施例中，三角网格的边长可以设定为0.1mm～1.0mm；3)再对所述待固定部分的3d面数据进行整合以生成所述3d数据模型。

s2：从接骨板数据库中调取接骨板的数据模型的步骤；根据患者骨骼的待固定部分的类型从所述接骨板数据库中依次调取对应类型的每一块接骨板的数据模型；

具体在本实施例中，接骨板数据库为上海市闵行区中心医院所有的内固定接骨板数据库。

接骨板数据库中存储了各种类型的接骨板的数据模型。关于接骨板的类型，包括但不限于锁骨接骨板、胫骨接骨板、股骨接骨板、肱骨接骨板、腓骨接骨板等。

s3：依次将每一块接骨板的贴骨面与患者骨骼的待固定部分进行匹配的步骤；

调整所述接骨板的贴骨面相对于所述患者骨骼的待固定部分的相对位置使得所述贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分的表面至少有一点相接触，并计算所述贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分的表面之间的间隙体积的平均值的倒数，计为mpi值；计算每一个所述接骨板的各个相对位置所对应的mpi值。

关于相对位置，是指所述接骨板的贴骨面相对于所述患者骨骼的待固定部分的相对位置，其含义除了接骨板的贴骨面与患者骨骼的待固定部分的表面的接触位置以外，还包括了接骨板的贴骨面相对于患者骨骼的待固定部分的表面的相对角度(也称“姿态”)；在本领域对于“相对位置”的表述为接骨板的“接触位置”以及“姿态”。

关于接骨板与患者骨骼的匹配性能指数mpi(matchingperformanceindex)，其定义为：在将接骨板以最理想的姿态放置在患者骨骼的待固定部分(目标位置)时，接骨板的贴骨面的曲面形态与目标位置表面的曲面形态匹配程度的量化指标；这个量化指标是以接骨板的贴骨面与患者骨骼的待固定部分之间的间隙距离或者间隙体积作为考量。

在本实施例中，为了便于量化计算，将mpi设定等于接骨板到目标骨骼表面的间隙体积的倒数；接骨板的贴骨面到骨骼的待固定部分的间隙体积的越小，其匹配程度越好，反之则说明匹配程度越差。

具体在本实施例中，s3中计算mpi值的方法，参见图2，根据患者骨骼的待固定部分的3d面数据，获得其三角网格的有限个顶点坐标；在接骨板的贴骨面的边缘平均设置n个点并设定为点a(1-n)，每个点a(1-n)与所述患者骨骼的待固定部分的表面距离最近的对应顶点设定为点b(1-n)。

参见图3，为区分两个不同的点a(1-n)和点b(1-n)，在图3中使用a(1-n)和a’(1-n)，以及b(1-n)和b’(1-n)进行标注。

参见图3，接骨板的贴骨面的面积设定为sa；患者骨骼的待固定部分的表面由点b(1-n)围成的接骨板投影面积为sb；所有点a(1-n)与各自对应的点b(1-n)之间的连线构成的n个面，与接骨板的贴骨面和所述患者骨骼的待固定部分的表面所包绕的体积为所述间隙体积并设定为vg。

mpi值的计算公式为：

由于sa是已知的，而sb是随着接骨板的位置和姿态不断在变化的，当接骨板非常贴合骨骼表面的时候，我们可以认为sa近似＝sb，从而可以快速方便地估算出mpi的近似数值，即当sa近似＝sb时，

当接骨板的贴骨面与骨骼表面的间隙体积的最小时，mpi获得最大值。

s3中，先依次调整每一块接骨板的相对位置(位置和姿态)，并计算每一个相对位置所对应的间隙体积以及mpi，记录获得的最大mpi值，其对应的即为该接骨板的最佳相对位置。

s4：选择最匹配的接骨板及其最佳相对位置的步骤：取计算获得的最大mpi值，最大mpi值所对应的即为最匹配的接骨板，及其最佳相对位置。

统计并比较所有接骨板所获得的mpi值；其中的最大的mpi值所对应的即为匹配程度最佳的接骨板及其最佳相对位置。

实施例2

实施例2的医用接骨板的匹配方法也包括上述的s1-s4步骤，与实施例1的不同仅在于，mpi的计算方式不同。

实施例2的s3步骤中，mpi值的计算方法为：参见图4，根据患者骨骼的待固定部分的3d面数据，获得其三角网格的有限个顶点坐标，将顶点设定为d(1-n)；将接骨板的贴骨面根据三角网格算法获得其三角网络的有限个顶点坐标，将顶点设定为c(1-n)；同样的，设定的网格越小，顶点数量越多，结果越精确，但是同样的计算量会大大增加。具体在本实施例中，三角网格的边长可以设定为0.1mm～1.0mm；

统计每个点c(1-n)到患者骨骼的待固定部分的表面距离最近的对应顶点d(1-n)的间隙距离并计算该间隙距离的平均值，该平均值的倒数即为mpi值。

s3中，先依次调整每一块接骨板的相对位置(位置和姿态)，并计算每一个相对位置所对应的间隙距离的平均值以及mpi，记录获得的最大mpi值，其对应的即为该接骨板的最佳相对位置。

统计并比较所有接骨板所获得的mpi值；其中的最大的mpi值所对应的即为匹配程度最佳的接骨板及其最佳相对位置。

实施例3

实施例3提供了一种医用接骨板的匹配系统，该匹配系统运行上述实施例1的匹配方法；

该匹配系统包括：

获取患者骨骼的3d数据模型的模块；

调取接骨板的数据模型的模块；以及

匹配模块，用以依次将每一块所述接骨板的贴骨面与所述患者骨骼的待固定部分进行匹配，并选择最匹配的接骨板及其最佳相对位置。

实施例4

实施例4提供了一种医用装置，

该医用装置包括：

扫描装置，用以对患者骨骼的待固定部分进行多个角度扫描的装置；和

匹配系统，采用上述的实施例3的医用接骨板的匹配系统；

所述匹配系统与所述扫描装置通信连接。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。