我院“创客”新发明实现骨折术前虚拟自动拼接

2015年06月04日 14:28 创新实践基地 路慧 记者 陈梦阳 点击:[]

由我院数字媒体技术系刘斌老师指导,12级、13级学生罗欣剑、胡伟华、张松、舒柏乔组成的“茵迪威德数字化骨科”科创团队实现骨折术前虚拟自动拼接新发明,相关研究《Virtual plate pre-bending for the long bone fracture based on axis pre-alignment》以期刊封面文章发表在医学影像处理类国际著名期刊。该团队作品在我校第十一届“攀登杯”科技竞赛选拔赛中荣获一等奖,即将参加第十二届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛,并有望代表我校参加第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛。

骨折是一种常见的骨科疾病。针对骨折的治疗,传统方法是采用人工复位与伤肢内固定相结合的方法,常常引发神经血管损伤等并发症。来自大连理工大学软件学院“茵迪威德数字化骨科”科创团队利用计算机医学影像处理技术,根据骨折部位的CT 影像数据建立断骨模型,在不开刀的情况下拟合钢板的预弯状态,减少手术次数,减少患者的出血量,降低伤口感染率,实现骨折手术治疗的突破性进展。

拼接后断骨模型与原始整骨模型的三维几何误差分析

目前,针对骨折的治疗主要是采用人工手段使断骨恢复到健康时的解剖形态,利用医用螺丝钉和钢板将两截断骨固定。手术中,医生需将患者骨折部位的肌肉等软组织切开,露出断骨,然后根据人工复位后的骨骼形状对钢板进行手工折弯。折弯过程中医生需反复对钢板进行处理并与复位后的骨骼进行比对,以便于折弯后的钢板能够与骨骼良好贴合。这种手术方式的缺点是创伤大、术中出血多、手术时间长, 常常引发神经血管损伤、感染、骨折不愈合等并发症。为解决这一问题,“茵迪威德数字化骨科”科创团队萌生了将计算机技术和医学影像处理技术运用在临床治疗,尤其是骨折治疗方面的想法。

“计算机辅助骨折术前虚拟自动拼接技术研究是以目前骨科实际临床需要为出发点而产生的课题,是目前计算机辅助骨科手术技术研究中最为复杂且亟待解决的学术问题之一。”团队队长罗欣剑说。国内外对计算机辅助断骨模型自动修复拼接和钢板预弯的研究尚处于初始阶段,相关文献较少,研究思路和方法没有统一的路线,也没有提出清晰合理的处理流程,科创团队利用计算机技术和医学影像处理技术,根据患者骨折部位的CT影像数据建立其断骨模型,在计算机虚拟环境下,在虚拟预弯的钢板模型指导下于术前完成真实钢板的预弯工作,提高患者所需钢板形态参数的准确度,以尽可能地减小实际手术操作创伤和手术时间,减少出血量,让骨折手术给病患带来的伤痛减少到最低。

拼接后断骨模型与原始整骨模型的三维几何误差分析

科创团队还开发出名为《基于轴线预配准的断骨自动拼接与虚拟钢板预弯软件》,可以实现断骨三维数据的输入以及断骨拼接完成之后,人工选点进行钢板模型的生成等功能。目前,该软件获得国家版权局计算机软件著作权。相关研究成果以期刊封面文章发表在医学影像处理类国际著名期刊《Computerized Medical Imaging and Graphics》上,并被SCI/EI收录。

“随着对病患的人文关怀的程度越来越高,个性化医疗的呼声随之高涨,这一设想顺应未来医学的发展趋势,在个性化医疗的发展平台上拥有着非常广阔的应用前景。” 罗欣剑说,未来团队继续进行弯骨的拼接算法研究,实现弯断骨的配准算法。

责任编辑:辛永亮

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