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申请/专利权人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司

摘要：本发明提供一种单髁假体自动规划方法、装置及相关设备，以医学图像作为输入，通过图像分割生成股骨和胫骨分割结果，然后进行骨骼三维重建；通过关键点识别网络生成关键点，以关键点为基础建立股骨标系和胫骨坐标系；通过关键点以及骨骼三维重建获取假体基本尺寸参数信息，从数据库获取尺寸匹配的假体；通过参考点沿指定方向切割股骨和胫骨的三维重建表面数据以及相应的假体表面数据，获取相应的膝关节侧轮廓，对股骨侧轮廓执行配准操作放置股骨假体，对胫骨侧轮廓执行配准操作放置胫骨假体。本发明考虑了假体和骨骼的形状信息，增加了单髁假体基于ICP配准的自动放置功能，实现了基于人工智能的单髁假体自动规划。

主权项：1.一种单髁假体自动规划装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取医学图像；图像分割模块，用于通过神经网络模型实现股骨和胫骨的分割，并通过三维重建获取股骨三维模型和胫骨三维模型；关键点生成模块，用于通过关键点生成网络生成股骨三维模型和胫骨三维模型的关键点；其中，生成的关键点包括：用于股骨坐标系计算的髋关节中心点、大转子、股骨膝关节中心点、内侧股骨后方截骨深度测量点、外侧股骨后方截骨深度测量点；用于胫骨坐标系计算的胫骨远端内侧踝、胫骨远端外侧踝、胫骨膝关节中心点、PCL止点、胫骨结节内侧13点；用于放置假体的参考点的内侧股骨远端截骨测量点、外侧股骨远端截骨测量点、内侧近端胫骨深度测量点、外侧近端胫骨深度测量点、术侧髁间棘斜坡点；坐标系建立模块，用于根据生成的关键点建立股骨坐标系和胫骨坐标系；提取切面轮廓模块，用于在指定参考点按照指定方向裁切股骨三维模型和胫骨三维模型，获得相应的切面轮廓；假体尺寸估计模块，用于根据关键点信息与股骨三维模型和胫骨三维模型的切面轮廓计算相应的长宽尺寸信息用于匹配假体；假体轮廓获取模块，用于根据获取的尺寸信息在数据库中匹配长宽最接近的假体，并获取股骨假体矢状面轮廓、胫骨假体横断面轮廓；股骨侧假体配准计算模块，用于计算使矢状面股骨三维模型轮廓和股骨假体轮廓配准的空间变换；胫骨侧假体配准计算模块，用于计算使横断面胫骨三维模型轮廓和胫骨假体轮廓配准的空间变换；假体自动放置模块，用于通过股骨侧的配准变换放置股骨假体，通过胫骨侧的配准变换放置胫骨假体；所述单髁假体自动规划装置用于实现一种单髁假体自动规划方法，包括以下步骤：S101，获取医学图像；S102，图像分割，通过神经网络模型实现股骨和胫骨的分割，并通过三维重建获取股骨三维模型和胫骨三维模型；S103，关键点生成，通过关键点生成网络生成股骨三维模型和胫骨三维模型的关键点；其中，生成的关键点包括：用于股骨坐标系计算的髋关节中心点、大转子、股骨膝关节中心点、内侧股骨后方截骨深度测量点、外侧股骨后方截骨深度测量点；用于胫骨坐标系计算的胫骨远端内侧踝、胫骨远端外侧踝、胫骨膝关节中心点、PCL止点、胫骨结节内侧13点；用于放置假体的参考点的内侧股骨远端截骨测量点、外侧股骨远端截骨测量点、内侧近端胫骨深度测量点、外侧近端胫骨深度测量点、术侧髁间棘斜坡点；S104，坐标系建立，根据生成的关键点建立股骨坐标系和胫骨坐标系；S105，提取切面轮廓，在指定参考点按照指定方向裁切股骨三维模型和胫骨三维模型，获得相应的切面轮廓；S106，假体尺寸估计，根据关键点信息与股骨三维模型和胫骨三维模型的切面轮廓计算相应的长宽尺寸信息用于匹配假体；S107，假体轮廓获取，根据获取的尺寸信息在数据库中匹配长宽最接近的假体，并获取股骨假体矢状面轮廓、胫骨假体横断面轮廓；S108，股骨侧假体配准计算，计算使矢状面股骨三维模型轮廓和股骨假体轮廓配准的空间变换；将股骨假体边缘放置到术侧股骨三维模型附近，初始放置时两者之间的变换记为Tfemur； 其中Rf为股骨坐标系的方向矩阵，ttarget1为外侧股骨远端截骨测量点坐标；股骨侧执行股骨三维模型的切面轮廓线在股骨坐标系y轴方向的边缘与股骨假体矢状面边缘的ICP配准，得到变换矩阵Tficp；S109，胫骨侧假体配准计算，计算使横断面胫骨三维模型轮廓和胫骨假体轮廓配准的空间变换；将胫骨假体边缘放置到术侧胫骨三维模型附近，初始放置时两者之间的变换记为Ttibia； 其中Rt为胫骨坐标系的方向矩阵，ttarget2为外侧近端胫骨深度测量点坐标；胫骨侧执行胫骨三维模型的横断面轮廓后侧边缘与胫骨衬垫横断面轮廓后侧边缘的ICP配准，得到变换矩阵Tticp；S110，假体自动放置，通过股骨侧的配准变换放置股骨假体，通过胫骨侧的配准变换放置胫骨假体；其中，S110中所述假体自动放置，包括：将配准变换Tfemur施加到股骨假体上，得到股骨假体初始位置；股骨假体自动放置后的变换：Tfi＝TficpTfemur；将变换Tfi施加到原始的股骨假体上，得到放置后的股骨假体；将配准变换Ttibia施加到胫骨假体和胫骨衬垫上，得到胫骨假体初始位置；胫骨假体自动放置后的变换：Tti＝TticpTtibia；将变换Tti施加到原始的胫骨假体上，得到放置后的胫骨假体。

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