【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于脊柱側彎矯形支具設計，具體而言，涉及一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法、介質及系統。
技術介紹
1、脊柱側彎是一種常見的脊柱骨科疾病,其主要特征是脊柱在矢狀面和冠狀面上出現異常的彎曲。這種畸形可能由多種原因引起,如先天性因素、創傷、肌肉失衡等。脊柱側彎如果不能及時矯正,會導致嚴重的身體畸形,影響患者的外觀美和生活質量。目前,臨床上常采用脊柱側彎矯形支具作為主要的非手術治療手段。
2、傳統的脊柱側彎矯形支具由專業的矯形師根據患者的具體情況手工制作。制作過程通常包括:首先,醫生需要根據x光片、ct掃描或mri等醫學影像,評估患者脊柱的畸形程度和變形趨勢；然后,矯形師需要根據醫生的建議,利用石膏或其他材料為患者制作貼合脊柱輪廓的支具模型；最后,將該模型轉化為最終的矯形支具,并根據醫囑對支具的關鍵部位如支撐點、壓力點等進行調整。這種傳統的支具制作方法的制作過程需要醫生對患者脊柱情況進行專業判斷,并由矯形師根據經驗手工制作支具模型,對人員的專業素質要求較高,容易出現操作失誤。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法、介質及系統，能夠解決現有的方法需要依靠醫生經驗，容易出現操作失誤的技術問題。
2、本專利技術是這樣實現的：
3、本專利技術的第一方面提供一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其中，包括以下步驟：
4、s10、獲取患者脊椎的至少兩個拍攝角度的醫學影像；
5、s20、對每個拍
6、s30、對于每張輪廓圖像，進行尺寸配準后，將所述輪廓圖像中無輪廓的地方設置為0，以存在輪廓的地方設置為1，并采用游程編碼的方式進行壓縮得到輪廓二維矩陣；
7、s40、將每張輪廓矩陣輸入到預先訓練好的脊椎三維輪廓矩陣生成模型，得到對應的輪廓三維矩陣，記為三維生成矩陣；
8、s50、遍歷每個三維生成矩陣作為基礎生成矩陣，根據全部醫學影像的拍攝角度進行旋轉，得到每個拍攝角度的輪廓三維矩陣，記為三維理論矩陣；計算每個拍攝角度的三維理論矩陣與對應角度的三維生成矩陣的相似度；遍歷完成后，得到每個三維生成矩陣的相似度數組；
9、s60、選擇相似度數組的元素和最大的三維生成矩陣作為候選生成矩陣，根據全部醫學影像的拍攝角度進行二維提取，得到每個拍攝角度的二維理論矩陣；
10、s70、基于每個拍攝角度的二維理論矩陣與對應的輪廓二維矩陣，計算所述拍攝角度的差異度回歸函數；并利用每個拍攝角度的差異度回歸函數，對所述候選生成矩陣進行修正，得到目標生成矩陣；
11、s80、對所述目標生成矩陣用游程編碼逆運算的方式擴展，得到患者脊椎的三維輪廓圖像；
12、s90、將所述患者脊椎的三維輪廓圖像輸入到預先訓練好的脊柱側彎矯形支具參數模型，得到標注有支撐點、壓力點、釋放點、彈性點、緩沖點、牽引點的脊柱側彎矯形支具內面三維模型作為設計方案并輸出。
13、其中，所述支撐點位于支具內面,用于提供對脊柱的支撐,確保矯正效果；支撐點的位置和大小會影響矯正力的施加方式和強度。
14、所述壓力點位于支具內面,用于施加矯正壓力,從而改變脊柱的形狀；壓力點的位置和壓力大小是實現矯正的關鍵。
15、所述釋放點位于支具內面,用于緩解對脊柱特定部位的壓力,提高佩戴舒適性；釋放點的設計用于減少支具對皮膚和肌肉的刺激。
16、所述彈性點位于支具內面,由彈性材料制成,用于提供適度的彈性,跟隨脊柱的變形；彈性點用于增加支具的柔韌性和貼合性,提高佩戴舒適性。
17、所述緩沖點位于支具內面,由軟質材料制成,用于減少支具與皮膚接觸時的壓力集中；緩沖點用于降低支具對皮膚的壓力,提高佩戴舒適性。
18、所述牽引點位于支具內面,用于施加矯正牽引力,拉直脊柱牽引點的位置和力度會影響矯正的效果。
19、所述脊柱側彎矯形支具參數模型的結構采用深度神經網絡,包括卷積層、池化層和全連接層,訓練數據獲取的步驟具體包括:
20、收集大量患者的脊柱三維輪廓數據和對應的矯形支具設計方案；
21、對設計方案進行參數化處理,提取關鍵點位置和壓力參數；
22、將脊柱輪廓數據和支具參數配對,形成訓練樣本；
23、對樣本進行數據增強和歸一化處理。
24、訓練步驟具體包括:
25、步驟1、初始化網絡參數；
26、步驟2、使用訓練數據進行前向傳播；
27、步驟3、計算預測的支具參數與真實參數之間的損失；
28、步驟4、反向傳播更新網絡參數；
29、步驟5、重復步驟2-4直到收斂或達到預設迭代次數；
30、步驟6、使用驗證集評估模型性能,必要時調整網絡結構或超參數。
31、在上述技術方案的基礎上，本專利技術的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法還可以做如下改進:
32、其中，所述醫學圖像為x光片或ct掃描或mri掃描。
33、進一步的，對每個拍攝角度的醫學影像進行輪廓提取的方法采用canny邊緣檢測算法或主動輪廓模型算法。
34、進一步的，計算每個拍攝角度的三維理論矩陣與對應角度的三維生成矩陣的相似度的步驟具體是:
35、計算兩個矩陣的歐氏距離；
36、計算兩個矩陣的余弦相似度；
37、計算兩個矩陣的結構相似性指數；
38、綜合以上三個指標,取加權平均值作為最終相似度。
39、其中，對于每張輪廓圖像，進行尺寸配準的步驟，具體包括:
40、確定張輪圖像中的關鍵解剖標志點,包括椎體邊緣、椎間盤；
41、根據所述標志點計算張輪圖像的縮放比例和旋轉角度；
42、根據計算得到的圖像的縮放比例和旋轉角度對張輪圖像進行相應的幾何變換,使其與標準模板對齊；
43、采用雙線性插值法重采樣圖像,使所有張輪圖像具有相同的像素分辨率。
44、其中，所述脊椎三維輪廓矩陣生成模型的結構采用3d卷積神經網絡,訓練數據獲取的步驟具體包括:
45、收集大量脊柱ct或mri掃描數據；
46、由專業醫生對掃描數據進行脊柱輪廓標注；
47、對標注數據進行數據增強,如旋轉、縮放、添加噪聲；
48、將處理后的數據劃分為訓練集、驗證集和測試集。
49、訓練步驟具體包括:
50、步驟1、初始化網絡參數；
51、步驟2、使用訓練數據進行前向傳播；
52、步驟3、計算預測結果與真實標簽之間的損失；
53、步驟4、反向傳播更新網絡參數；
54、步驟5、重復步驟2-4直到收斂或達到預設迭代次數；
55、步驟6、使用驗證集評估模型性能,必要時調整超參數。
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【技術保護點】
1.一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，所述醫學圖像為X光片或CT掃描或MRI掃描。
3.根據權利要求2所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對每個拍攝角度的醫學影像進行輪廓提取的方法采用Canny邊緣檢測算法或主動輪廓模型算法。
4.根據權利要求3所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，計算每個拍攝角度的三維理論矩陣與對應角度的三維生成矩陣的相似度的步驟具體是:
5.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對于每張輪廓圖像，進行尺寸配準的步驟，具體包括:
6.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，所述脊椎三維輪廓矩陣生成模型的結構采用3D卷積神經網絡,訓練數據獲取的步驟具體包括:
7.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對基礎生成矩陣進行旋轉，采用的是三維旋轉矩陣變換方法，具體步驟包括:p>
8.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對候選生成矩陣根據拍攝角度進行二維提取，具體步驟包括:
9.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質中存儲有程序指令，所述程序指令運行時，用于執行權利要求1-8任一項所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法。
10.一種脊柱側彎矯形支具數字化設計系統，其特征在于，包含權利要求9所述的計算機可讀存儲介質。
...【技術特征摘要】
1.一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，所述醫學圖像為x光片或ct掃描或mri掃描。
3.根據權利要求2所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對每個拍攝角度的醫學影像進行輪廓提取的方法采用canny邊緣檢測算法或主動輪廓模型算法。
4.根據權利要求3所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，計算每個拍攝角度的三維理論矩陣與對應角度的三維生成矩陣的相似度的步驟具體是:
5.根據權利要求1所述的一種脊柱側彎矯形支具數字化設計方法，其特征在于，對于每張輪廓圖像，進行尺寸配準的步驟，具體包括:
6.根據權利要求1所述的一種脊柱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉衛東，司海朋，成志清，趙曉平，
申請(專利權)人：青島角石科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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