(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210822541.7 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国人民解 放军总医院第四医学中 心 地址 100142 北京市海淀区阜成路51号 (72)发明人 张巍　李建涛　张浩　李猛　 任晓萌　徐高翔　唐佩福　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06T 7/30(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G06V 10/762(2022.01) (54)发明名称 一种治疗干骺端骨折的解剖型钢板及其形 态设计方法及装置 (57)摘要 本发明提供一种治疗干骺端骨折的解剖型 钢板及其形态设计方法及装置， 涉及医疗器械制 造技术领域。 包括： 构建人体骨骼三维模 型库， 收 集骨骼形态数据， 云数据导出形态数据集以及骨 骼干骺端钢板优化设计。 本发明通过将群体人体 骨骼数据进行三维建模， 收集骨骼干骺端多种种 类的线条点云， 再通过提取线条点云的曲线参 数， 骨骼的长度， 干骺端截面的轮廓曲线， 获取有 效的样本数据集， 扩大丰富了数据来源， 同时可 有效规避用于构建形态模型的样 本数据的偏差， 使样本数据构建出符合群体患者的骨骼干骺端 平均形态模型， 进一步设计可供患者使用的钢 板， 并使钢板型号能够广泛覆盖不同的人群特 征， 避免因钢板形态不匹配导致骨折固定失败的 发生， 有效降低内 固定相关并发症。 权利要求书2页 说明书10页 附图8页 CN 115292828 A 2022.11.04 CN 115292828 A 1.一种治疗干骺 端骨折的解剖型钢板形态设计的方法， 其特 征在于， 包括： S101： 对群 体人体骨骼进行三维扫描， 构建多种类的人体骨骼的三维模型； S102： 对构建的所述人体骨骼的三维模型进行数据提取， 获得结构参数； 所述结构参数 数据包括： 所述人体骨骼的线 条数据、 所述人体骨骼的三 维模型曲线的集合、 所述人体骨骼 曲线参数以及所述人体骨骼的长度与对应的干骺 端参数； S103： 通过云端导出 所述骨骼数据， 进行聚类分析； S104： 通过聚类分析 结果， 对人体骨骼干骺 端的钢板优化设计。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S102中， 对构建的人体骨骼的三 维模型进行 数据提取， 获得 结构参数， 包括： S201： 对大量骨骼进行三维扫描， 构建多种类的人体骨骼的三维模型； S202： 对所述人体骨骼的线条 数据进行采集； S203： 对所述人体骨骼的三维模型进行形态特征选取， 选取所述人体骨骼数据的三维 模型曲线， 形成三维模型曲线的集 合； S204： 对所述人体骨骼曲线参数进行提取； S205： 通过云端导出 所述骨骼数据， 进行聚类分析； S207： 对所述人体骨骼的长度与对应的干骺 端参数进行提取。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S202中， 对所述人体骨骼的线条 数据进行采集， 包括： S2021： 选择 所述人体骨骼中间段， 对所述人体骨骼中间段进行圆柱拟合； S2022： 创建拟合后的圆柱体 中线与所述人体骨骼的三维模型之间的交点， 所述交点包 括： P1和P2； S2023： 通过交点P1和 P2计算所述人体骨骼的三维模型上的长度， 获得所述人体骨骼的 长度数据。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S203中， 对所述人体骨骼的三维 模型进行形态特征选取， 选取所述人体骨骼数据的三维模型曲线， 形成三维模型曲线的集 合， 包括： S2031： 对所述人体骨骼的三分之一长度区域进行分离， 选取所述人体骨骼三分之一表 面的近端 标志点， 记为P； 以所述近端标志 点P为曲面边上的一点， 构建所述人体骨骼的内侧 曲面， 记为M1； 通过近端标志点P以及内侧曲面M1的中间线建立平面S1， 则所述内侧曲面M1 与所述平面S1的交线为 不规则曲线； S2032： 构建垂直于平面S1、 过P点的平面S2； 取平面S2与干骺端的交线， 形成干骺端曲 线； S2033： 重复步骤S2031 ‑S2032， 提取多种类的人体骨骼大数据的三维模型曲线， 形成三 维模型曲线的集 合。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S204中， 对所述人体骨骼 曲线参 数进行提取， 包括： S2041： 通过对不规则曲线进行插值处理， 使所述不规则曲线 的密度差异达到最小， 删 除异常数据； S2042： 通过迭代最近点ICP配准算法， 将曲线配准对齐， 自动 计算所述人体骨骼的近端权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292828 A 2点云数据， 得到具有典型干骺端的平均形状模型； 通过ISS算法与分段式曲率搜索算法， 自 动搜索所述人体骨骼的近端点云数据中1 1个特征点、 2个关键点与1个拐点； S2043： 通过自动匹配所述平均形状模型和骨骼模型， 提取与临床相关的骨骼模型 嵴曲 线的13个标志 点， 使所有骨骼模型均向内贴合所述平均形状模型； 令所有骨骼模 型中， 从第 7个标志点 开始的标志点云数据的欧式距离 达到最小， 获得配准对齐后的骨骼模型； S2045： 自动 计算骨骼模型前6个标志点与向X轴负方向平移5mm的平均形状对应的空间 特征距离； S2046： 通过几何拟合算法， 将每3个标志点拟合一个圆， 分段式拟合骨骼模型近端嵴曲 线； 设计自动提取骨骼近端形态特 征算法， 对所述人体骨骼曲线参数进行提取。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S207中， 对所述人体骨骼的长度 与对应的干骺 端参数进行提取， 包括： S2071： 通过计算骨长度， 运用 ICP配准算法， 使所述人体骨骼与对应的干骺端配准对 齐； 删除异常点云数据； S2072： 确认所述人体骨骼的内侧嵴曲线与所述干骺端连接的平台标志点； 找到所述平 台标志点两边欧式距离为10 mm的两点， 通过几何拟合算法， 以所述平台标志 点为圆心， 欧式 距离为10mm的两点为圆周所在位置拟合出圆， 得到干骺端标志点下对应的半径， 获得所述 人体骨骼的长度与对应的干骺 端参数。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S103中， 通过云端导出所述骨骼 数据， 进行聚类分析， 包括： S1031： 通过获得的骨骼数据建立数据集， 使用无监督聚类算法自动划分形态特征数据 集， 对干骺 端形态特 征进行分型； S1032： 通过定量形态特征的聚类结果评估， 验证无监督聚类的有效性； 根据一致性矩 阵， 获得类型 数量。 8.根据权利 要求7所述的方法， 其特征在于， 所述步骤S104中， 通过 聚类分析结果， 对人 体骨骼干骺 端钢板优化设计， 包括： S1041： 通过获得的类型数量， 统计不同类别的骨骼干骺端的平均形态模型， 提取平均 形态模型参数， 辅助人体骨骼干骺 端钢板的优化设计。 9.一种干骺 端骨折的解剖型钢板形态设计装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 三维模型构建模块， 用于对群体人体骨骼进行三维扫描， 构建多种类的骨骼 的三维模 型； 数据提取模块， 用于对构建的所述人体骨骼的三维模型进行数据提取， 获得骨骼数据； 所述骨骼数据包括： 所述人体骨骼的线 条数据、 所述人体骨骼的三 维模型曲线的集合、 所述 人体骨骼曲线参数以及所述人体骨骼的长度与对应的干骺 端参数； 聚类分析模块， 用于通过云端导出 所述骨骼数据， 进行聚类分析； 优化设计模块， 用于通过聚类分析 结果， 对人体骨骼的干骺 端钢板优化设计。 10.一种用于干骺端骨折的解剖型钢板， 其特征在于， 所述干骺端骨折的解剖型钢板采 用上述权利要求1 ‑8所述的任意 一种用于 干骺端骨折的解剖型钢板形态设计的方法构造 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292828 A 3