智能骨外固定系统关键技术研究

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我国存在大量的肢体畸形患者,肢体畸形严重影响了患者的生活。近年来,骨外固定器由于其在矫正肢体畸形方面的优良性能,逐渐被很多医护人员重视,发挥着越来越重要的作用。泰勒空间支架是现阶段最为先进的骨外固定器,研究独立自主的骨外固定系统具有很大的社会价值和经济价值。在矫正畸形过程中,医生需要根据患者的X光图像得到矫正参数。传统的测量方法是医生利用直尺,量角器等在X光图像上直接测量。这种方法繁琐,精度不高,学习曲线长,导致了医生测量失败。为提高骨外固定系统的智能化水平,本文主要工作如下:(1)针对传统测量方法的不足,本文提出了一种基于模板的辅助测量方法。该方法以标准的骨骼形状作为模板,医生对各个模板进行简单的拖拽,缩放和旋转等操作将模板与图像中的骨骼相匹配即可完成参数的测量,简单实用,能够大大减轻医生的负担。(2)为了解决骨骼畸形自动分析问题,提出了一种基于霍夫森林和约束局部模型的方法,实现了自动画出骨骼的解剖轴等。以股骨为例,首先利用霍夫森林粗定位股骨位置,然后根据约束局部模型用特征点拟合出股骨轮廓,最后根据特征点计算出股骨的解剖轴等。经过与医生人工测量对比,畸形自动分析方法能够满足医生临床实际需要。(3)针对目前泰勒空间支架在矫正畸形过程中存在着速率不均以及路径不可控等问题,在研究泰勒空间支架矫正畸形的原理上,优化了矫正算法。将复位路径规划成直线,并寻找最优的调节顺序,减少了矫正过程中骨骼的不必要的移动,减轻了患者的疼痛。(4)基于上述方法开发了应用系统,用于临床实验,减轻了医生的负担,同时也起到了推广泰勒空间支架的作用。系统具有以下功能:矫形处方生成,测量功能,三维可视化功能,病历信息化功能,用户管理等功能。医生在本系统的辅助下已成功治愈百余例畸形患者,所有患者均达到预期的矫正效果,证明了本系统的准确性与可靠性。
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