人体髋臼骨骼测量方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 101579240 B (45)授权公告日 2012.09.19 CN 101579240 B *CN101579240B* (21)申请号 200910087252.1 (22)申请日 2009.06.19 A61B 6/03(2006.01) (73)专利权人 唐佩福 地址 100853 北京市海淀区复兴路 28 号解 放军总医院骨科 专利权人 许猛 张立海 (72)发明人 许猛 唐佩福 张立海 (74)专利代理机构 北京北新智诚知识产权代理 有限公司 11100 代理人 张爱群 CN 101420911 A,2009.04.29, 全文 . CN 1780594。

2、 A,2006.05.31, 说明书摘要、 说 明书第18页第2段-第20页第5段、 附图11-15. WO 89/05121 A1,1989.06.15, 全文 . CN 1781456 A,2006.06.07, 全文 . (54) 发明名称 人体髋臼骨骼测量方法 (57) 摘要 本发明提供了一种人体髋臼骨骼测量方法不 仅通过 CT 扫描成像技术实现了活体测量， 还通过 髋臼直径 d 为单位标准化的依据， 对髋臼骨骼测 量的数据进行标准化。 由于， 人体的髋臼骨大小可 能存在差距， 但是其基本比例是一致的。 本发明正 是利用了这一点， 以髋臼直径 d 为单位标准化的 依据将髋臼骨骼测量的数。

3、据进行标准化。这样可 以消除各个骨骼大小差距所引起的比较困难， 为 进行髋臼骨骼之间的比较分析提供方便。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 陈响 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1 页 2 1. 人体髋臼骨骼测量方法， 其特征在于 ： 包括如下步骤 ： (1) 通过 CT 扫描仪器对人体待测髋臼骨进行扫描， 并建立髋臼骨的三维图像 ； (2) 由人工在 CT 扫描的三维图像中选取髂前下棘顶点、 坐骨嵴顶点、 坐骨棘顶点作为 三个标准点 ； (3) 以上。

4、述所选取的三个标准点确定标准平面， 以所述坐骨棘顶点作为原点， 髂前下棘 顶点与坐骨棘顶点的连线作为 X 轴， 在该标准平面上过原点的 X 轴垂线作为 Y 轴， 过原点与 该标准平面的垂线作为 Z 轴， 建立三维坐标系 ； (4)通过CT三维图像测量髋臼直径d ； 以该髋臼直径d作为单位标准化的依据， 将该直 径 d 的若干等分 d/n 作为三维坐标系度量的单位 ； (5) 选取标准平面上以所述 d/n 为单位的整数坐标点为测量点， 测量各个测量点上的 髋臼骨外表面的 Z 轴值 ； (6) 以各个测量点所测量的三维坐标点布置形成点云， 并通过该点云拟合形成髋臼骨 骼外表面曲面。 2. 如权利要。

5、求 1 所述的髋臼骨骼测量方法， 其特征在于 ： 所述步骤 (4) 中以 d/10 作为 三维坐标系度量的单位。 权 利 要 求 书 CN 101579240 B 2 1/4 页 3 人体髋臼骨骼测量方法 技术领域 0001 本发明涉及一种人体髋臼骨骼的测量方法， 特别是一种基于 CT 扫描成像技术和 标准化数据处理方法的髋臼骨骼测量方法。 背景技术 0002 髋臼骨是人体骨骼中结构最为复杂、 最难以描述的一个部分。 长年以来， 对于髋臼 骨骼的准确测量和描述， 以及基于测量结果的比较分析， 一直都是困扰相关学术界的难题。 并且， 这一困难还严重影响了与之相关的髋臼骨外科手术、 髋臼骨骼匹配内。

6、固定物和假体 的设计和生产以及人体工程学研究等诸多学科的发展。因此， 对于人体髋臼骨骼的测量方 法进行研究是十分必要的。 0003 髋臼骨骼的研究一大难点就在于它的不规则曲面结构， 难以用一般的语言或数学 方程式进行描述。 现今， 人们所采用的最为精准的描述不规则曲面方式是点云描述， 即通过 大量表面的标记点拟合形成与原表面接近的曲面， 这在工程学上又称为逆向工程。而获得 这些标记点的方法， 成为了决定点云最终所拟合的曲面与髋臼骨相似度的决定性因素。目 前， 尚无文献记载获得骨骼表面点云的方法。 0004 另外， 对于人体髋臼骨骼的测量难点还不仅在于骨骼表面曲面数据的获得， 还在 于对于已获得。

7、测量数据的髋臼骨骼之间的比较分析。 通过以上各种测量方法所获得髋臼骨 表面描述， 可以获得骨骼表面各个点的具体空间位置。但是， 由于各个骨骼本身的尺寸不 同， 要想依据以上数据在不同骨骼之间对其形状进行比较研究， 仍然存在一定的困难。 发明内容 0005 本发明的发明目的在于解决现有髋臼骨骼测量中存在的问题， 提供一种基于 CT 扫描成像技术和标准化数据处理方法的髋臼骨骼测量方法， 使其测量过程更为便捷、 准确， 并且其测量结果更利于对骨骼的形状结构进行比较分析。 0006 本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的 ： 0007 人体髋臼骨骼测量方法， 其特征在于 ： 包括如下步骤 ： 0。

8、008 (1) 通过 CT 扫描仪器对人体待测髋臼骨进行扫描， 并建立髋臼骨的三维图像 ； 0009 (2) 由人工在 CT 扫描的三维图像中选取髂前下棘顶点、 坐骨嵴顶点、 坐骨棘顶点 作为三个标准点 ； 0010 (3) 以上述所选取的三个标准点确定标准平面并建立三维坐标系 ； 0011 (4)通过CT三维图像测量髋臼直径d ； 以该髋臼直径d作为单位标准化的依据， 将 该直径 d 的若干等分 d/n 作为三维坐标系度量的单位 ； 0012 (5) 选取标准平面上以所述 d/n 为单位的整数坐标点为测量点， 测量各个测量点 上的髋臼骨外表面的高度值 ； 0013 (6) 以各个测量点所测量。

9、的三维坐标点布置形成点云， 并通过该点云拟合形成髋 臼骨骼外表面曲面。 说 明 书 CN 101579240 B 3 2/4 页 4 0014 所述步骤 (3) 中， 以所述坐骨棘顶点作为原点， 髂前下棘顶点与坐骨棘顶点的连 线作为 X 轴， 在该标准平面上过原点的 X 轴垂线作为 Y 轴， 过原点与该标准平面的垂线作为 Z 轴， 建立三维坐标系。 0015 所述步骤 (4) 中以 d/10 作为三维坐标系度量的单位。 0016 本发明的有益效果是 ： 0017 1、 本发明通过采用 CT 扫描成像的方法对髋臼骨骼进行测量， 使得通过活体检测 成为可能， 以此降低髋臼骨骼测量的成本， 扩大测量。

10、统计的规模。 0018 2、 本发明通过髋臼直径 d 为单位标准化的依据， 对髋臼骨骼测量的数据进行标准 化， 消除了骨骼本身的大小差异， 方便进行不同个体间数据的统计分析和数据挖掘， 以找到 不同个体骨骼表面形状上的规律。 附图说明 0019 图 1 为人体髋臼骨骼测量方法的流程图 ； 0020 图 2 为髋臼骨骼 CT 扫描三维图像 ； 0021 图 3 为髋臼骨骼测量过程图一 ； 0022 图 4 为髋臼骨骼测量过程图二 ； 0023 图 5 为拟合后髋臼骨骼外表面曲面图。 具体实施方式 0024 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 0025 由前述背景技术可知， 在现有技术中对。

11、髋臼骨骼的测量研究， 需要大量的成人干 燥骨盆标本以供测量， 并且在测量过程中存在着大量误差的可能。这种方法限制了对人体 髋臼骨骼进行测量统计的规模。基于这一问题， 本发明设计采用 CT 扫描成像的方法对髋臼 骨骼进行测量， 使得通过活体检测成为可能， 以此降低髋臼骨骼测量的成本， 扩大测量统计 的规模。 0026 采用 CT 扫描成像进行测量是通过 CT 扫描仪器对实际物体进行扫描， 并建立该物 体的三维图像， 再通过图形处理软件对所建立的三维图像进行处理分析的一种逆向工程。 对于这种测量方法的准确性， 已经有许多国内外的学者进行了这方面的研究。其中一项研 究发现对实际标本的解剖径线和表面点。

12、间距离进行测量与 CT 扫描所得到三维图像在图形 处理软件中进行测量对比发现两者差距没有统计学差异。此外， 还有文献对羊胚胎的实际 测量于 CT 三维重建测量对比也得出了上述结果。基于这些已有的研究， 我们有理由相信利 用 CT 扫描成像技术进行活体骨骼测量所获得测量数据是准确的。这也是本发明得以实现 的基础。 0027 参见图 1， 本发明所设计的利用 CT 扫描成像技术进行人体髋臼骨骼测量的方法， 具体包括如下步骤 ： 0028 (1) 通过 CT 扫描仪器对人体待测髋臼骨进行扫描， 并建立髋臼骨的三维图像 ； 0029 由于 CT 扫描仪器已是现代医学中常用的一种检测仪器， 其扫描成像技。

13、术已是本 领域技术人员所公知的技术， 在这里就不再对其扫描成像方法作具体的描述。 0030 (2) 由人工在 CT 扫描的三维图像中选取髂前下棘顶点、 坐骨嵴顶点、 坐骨棘顶点 说 明 书 CN 101579240 B 4 3/4 页 5 作为三个标准点 ； 0031 为了尽量减小后期骨骼测量上的误差， 因此在选择建立三维坐标系的标准点时必 须选择便于准确辨识的标志点。 而在医学上认为， 在髋臼骨骼上髋臼周围突出于骨骼表面， 能够易于辨认的主要解剖标志点有髂前上棘顶点， 髂前下棘顶点， 坐骨结节， 坐骨棘顶点， 以及位于坐骨结节上的坐骨嵴顶点。因此， 本发明中所选取的用以建立三维坐标系的标准 。

14、点必须在上述解剖标志点中选择。 而通过筛选我们发现， 如果选取髂前下棘顶点、 坐骨嵴顶 点、 坐骨棘顶点这三个解剖标志点建立三维坐标系可使髋臼骨待测外表面都在三维坐标系 的一侧， 更便于测量和数据的统计分析。因此， 我们选取这三个点作为标准点。 0032 (3) 以上述所选取的三个标准点确定标准平面并建立三维坐标系 ； 0033 本发明中， 该三维坐标系具体的建立方法是以坐骨棘顶点作为原点， 髂前下棘顶 点与坐骨棘顶点的连线作为 X 轴， 在该标准平面上过原点的 X 轴垂线作为 Y 轴， 过原点与该 标准平面的垂线作为 Z 轴， 建立三维坐标系。 0034 (4)通过CT三维图像测量髋臼直径d。

15、 ； 以该髋臼直径d作为单位标准化的依据， 将 该直径 d 的若干等分 d/n 作为三维坐标系度量的单位 ； 0035 本实施例中具体采用的是 d/10 为一个单位， 对三维坐标系进行单位化。 0036 (5) 选取标准平面上以上述 d/n 为单位的整数坐标点 ( 即坐标点 (a， b)， a、 b 为整 数 ) 为测量点， 测量各个测量点上的髋臼骨外表面的高度值 ； 0037 (6) 以各个测量点所测量的三维坐标点布置形成点云， 并通过该点云拟合形成髋 臼骨骼外表面曲面。 0038 通过上述步骤进行人体髋臼骨骼的测量不仅依靠 CT 扫描成像技术实现了活体测 量， 从而大大降低了测量成本和扩大。

16、了测量规模。 更重要的是， 该测量方法还通过髋臼直径 d 为单位标准化的依据， 对髋臼骨骼测量的数据进行标准化。 0039 如前所述， 在髋臼骨骼研究中不同髋臼骨骼个体间的大小差异是影响其进行深入 研究的主要因素。研究者很难在两个大小不同的髋臼骨骼之间做精确的比较研究。但是， 目前医学一般认为人体的髋臼骨虽然大小可能存在差距， 但是其基本比例是一致的。本发 明正是利用了这一点， 以髋臼直径 d 为单位标准化的依据将髋臼骨骼测量的数据进行标准 化。这样可以消除各个骨骼大小差距所引起的比较困难， 为进行髋臼骨骼之间的比较分析 提供方便。而我们之所以会选取髋臼直径作为单位标准化的依据， 主要是因为髋。

17、臼本身结 构特征突出， 易于进行辨识和准确的测量。同时， 髋臼本身整体形状呈圆形， 因此其直径的 大小也比较便于测量。这样选取， 有利于提高该方法的测量精度。 0040 图 2 至图 5 为例， 对本发明的测量过程作进一步说明。首先， 通过 CT 扫描仪器对 人体待测髋臼骨进行扫描， 获得髋臼骨的三维图像， 如图 2 所示。在图 2 所示的三维图像 中， 选取髂前下棘顶点、 坐骨嵴顶点、 坐骨棘顶点作为三个标准点， 建立三维坐标系， 并且测 量髋臼直径 d。然后， 如图 3、 图 4 所示， 以 d/10 为单位在已确定的 X-Y 平面上确定各个测 量点， 并且测量各个测量点上的髋臼骨外表面的。

18、 Z 轴值。最后， 如图 5 所示， 以各个测量点 所测量的 z 值进行统计学分析， 拟合形成髋臼骨骼外表面曲面。 0041 上述本发明所设计的人体髋臼骨骼的测量方法， 其主要特点是基于 CT 扫描成像 技术， 对髋臼骨骼测量提供一种标准化的测量方法。对于这种髋臼骨骼测量方法其一种实 际的应用是对大量样本依该方法进行测量， 以各个测量点所测量的 Z 轴数值进行统计学分 说 明 书 CN 101579240 B 5 4/4 页 6 析， 获得各测量点对应 Z 轴数值的分布规律， 即得到待测骨骼表面形态规律。进一步计算测 量点对应的 Z 值的均数， 可以获得待测部位骨骼表面点云坐标集， 并通过该点。

19、云拟合形成 骨骼外表面曲面， 从而建立上述样本所对应的总体(如国人髋臼后表面)数据库。 在此基础 上， 可以进行表面解剖特征的研究， 内固定物和假体的设计等等。由于点云坐标集均由 d/n 为单位进行描述， 因此， d 值不同区间对应数据库中不同大小骨骼表面形态， 对于某一个体 而言， 只需在普通 X 片上测量髋臼直径 d， 带入通过上述方法所建立的数据库即可得到其髋 臼后表面解剖形态， 并进行临床研究和应用。 可见， 本发明所设计的这种人体髋臼骨骼测量 方法对于临床研究和应用具有巨大的实际意义。 0042 当然， 上述所举示例仅是本发明所设计的人体髋臼骨骼测量方法的一种实际应 用。在实际操作过。

20、程中， 凡是依本发明之创作精神采用 CT 扫描技术建立三维图像， 并通过 标准化数据处理方法对骨骼数据进行标准化的测量方法， 均应视为在本发明的保护范围之 内。 说 明 书 CN 101579240 B 6 1/5 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 101579240 B 7 2/5 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 101579240 B 8 3/5 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 101579240 B 9 4/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 101579240 B 10 5/5 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 101579240 B 11 。