CN106548515A - 构建人造骨松质模型的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种构建人造骨松质模型的方法和装置。构建人造骨松质模型的方法，包括：建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体，对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。根据天然骨松质的性状，通过软件建立单位体积的正方体，在正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

Description

构建人造骨松质模型的方法和装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种构建人造骨松质模型的方法和装置。

背景技术

骨松质是人骨的重要组成成分，是由许多针状或片状的叫做骨小梁的骨质互相交织构成的，在医学上经常需要移植骨松质，现有技术中多是移植天然骨松质，有必要寻找一种人造骨松质替代天然骨松质。

发明内容

为解决相关技术问题，本发明提供一种构建人造骨松质模型的方法和装置，根据该方法可以构建出与天然骨松质模型外形相似并且性状基本相同的人造骨松质模型，可根据该人造骨松质模型生成人造骨松质。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种构建人造骨松质模型的方法，所述方法包括：

建立单位体积的正方体；

在所述正方体内部随机布置预置数量的云点；

在所述云点之间进行随机预置数目方位的连线；

对所述连线中的每条线生成预置直径的圆柱体；

对所述圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

第二方面，本发明实施例还对应提供了一种构建人造骨松质模型的装置，所述装置包括：

正方体建立模块，用于建立单位体积的正方体；

云点布置模块，用于在所述正方体内部随机布置预置数量的云点；

连线模块，用于在所述云点之间进行随机预置数目方位的连线；

圆柱体生成模块，用于对所述连线中的每条线生成预置直径的圆柱体；

圆柱体处理模块，用于对所述圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果：

本技术方案中，建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体，对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。根据对天然骨松质性状分析的结果，在单位体积的正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1A是本发明实施例一提供的一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图；

图1B是本发明实施例一提供的构建人造骨松质模型的图形表示示意图；

图2A是本发明实施例二提供的一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图；

图2B是本发明实施例二提供的另一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图；

图2C是本发明实施例二提供的三维切片分析中沿X方向切片的示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种构建人造骨松质模型的装置的架构示意图；

图4是本发明实施例四提供的一种构建人造骨松质模型的装置的架构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参考图1A和图1B，其中，图1A是本发明实施例一提供的一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图。本实施例的方法可以由计算机来执行，具体可以由安装在计算机内的程序或软件来执行，适用于构建人造骨松质模型的场景。

需要说明的是，本实施例的构建人造骨松质模型的方法，是在先分析天然骨松质的性状后，依据天然骨松质的性状特征来构建人造骨松质模型，为便于理解本实施例的方法，在此先简要描述多天然骨松质的分析过程：采集单位体积的天然骨松质，通过三维立体成像的方法生成对应的天然骨松质模型；测量天然骨松质模型的多个部位的骨小梁的外径，统计多个测量值，取多个测量值的平均值或出现频率最大的值作为骨小梁的常规外径；对天然骨松质模型进行三维切片分析，获知天然骨松质中骨小梁总体上是均匀随机分布的。以天然骨松质中骨小梁的常规外径及骨小梁的分布情况，作为本发明实施例构建人造骨松质的依据。

构建人造骨松质模型的方法，可以包括如下步骤：

S101：建立单位体积的正方体。

示例性的，在犀牛软件的界面窗口建立单位体积的正方体，以该正方体及其内部空间作为待构建人造骨松质模型的框架。在本发明实施例中，单位体积为1立方毫米，即建立的正方体的边长为1毫米。在其他实施例中，单位体积正方体的边长也可以设置为2毫米，在此不对单位体积的正方体的边长及体积在数值上作限定。

S102：在正方体内部随机布置预置数量的云点。

示例性的，根据单位体积的天然骨松质中骨小梁间的交汇点的数目及交汇点呈现随机分布的特性，通过犀牛软件中的随机函数在正方体内部随机布置预置数量的云点，例如，根据天然骨松质的性状，布置云点的数量可以为350个，在其他实施例中可根据实际情况适当调整云点数量，例如调整云点数量为320个、360个等。

S103：在云点之间进行随机预置数目方位的连线。

示例性的，根据单位体积的天然骨松质中骨小梁总体上位均匀分布的特性，通过犀牛软件中的随机函数在各云点之间进行随机预置数目方位的连线，例如，每个云点随机与另外五个云点连线，即每个云点辐射出5条连线同时与五个云点相连，在其他实施例中可根据实际情况适当调整云点的连线数目，例如调整每个云点的连线数目为4条、6条等。

S104：对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体。

示例性的，根据天然骨松质中骨小梁为类圆柱状、多数骨小梁外径为0.09毫米的特性，通过犀牛软件的填充功能，分别以每条连线为中心线填充直径为0.09毫米的圆柱体，作为骨小梁的初始结构。由于不同场景下的骨松质中骨小梁的外径会有差异，因此在其他实施例中可根据实际情况来设置圆柱体的直径。

S105：对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

为更形象描述本实施例的方法，请参考图1B，其是本发明实施例一提供的构建人造骨松质模型的图形表示示意图，图1B的图形表示总体上与上述S101-S105的内容是相对应的。

综上，在本技术方案中，通过软件建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，分别以各连线为中心线生成预置直径的圆柱体，并对圆柱体之间的交汇处进行细分光滑处理，得到人造骨松质模型。本实施例的技术方案，根据天然骨松质的性状，在单位体积的正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

实施例二

请参考图2A、2B和2C，其中，图2A是本发明实施例二提供的一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图，图2B是本发明实施例二提供的另一种构建人造骨松质模型的方法的流程示意图。本实施例与实施例一的主要区别在于，增加了测量天然骨松质的骨小梁的平均外径，把平均外径作为预置直径的内容，并进一步提供了对人造骨松质进行测量修正及与天然骨松质性状对比的内容。

如图2A所示，构建人造骨松质模型的方法，可以包括如下步骤：

S201：测量天然骨松质的骨小梁的平均外径，把平均外径作为预置直径。

示例性的，通过犀牛软件对单位体积的天然骨松质进行三维立体成像，构建出单位体积的天然骨松质模型，测量天然骨松质模型中多个部位的骨小梁的外径值，计算多个外径值的平均值，以该平均值作为下述S205中的预置直径，或统计测量出的多个外径值中出现频率最多的外径值作为下述S205中的预置直径。

S202：建立单位体积的正方体。

S203：在正方体内部随机布置预置数量的云点。

S204：在云点之间进行随机预置数目方位的连线。

S205：对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体。

S206：对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

可选的，如图2B所示，构建人造骨松质模型的方法，还可以包括如下步骤：

S207：测量人造骨松质模型的体积。

示例性的，对S206获得的单位体积人造骨松质模型，通过软件测量单位体积(指所占空间体积)的人造骨松质模型中骨小梁的总体积。

S208：将人造骨松质模型的体积与单位体积的天然骨松质的体积进行比较。

示例性的，将单位体积的人造骨松质模型中骨小梁的总体积，与单位体积骨松质中骨小梁的总体积进行比较。

S209：若体积不相等，则调整预置数量和预置数目，返回建立单位体积的正方体的步骤。

示例性的，若总体积相差较大，例如，当总体积的差值大于差值阈值时，则调整上述预置数量和预置数目，即调整单位体积内云点的数量和云点间连线的数量，并返回执行S202，重新构建人造骨松质模型，直到上述总体积的差值在差值阈值内，则获得标准的人造骨松质模型。若总体积相差不大，总体积差值不大于差值阈值，则以S206获得人造骨松质模型作为最终结果。

需要说明的是，S207-S209是对S206中获得的人造骨松质模型的修正。

S210：分别测量人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

示例性的，为检验构建的人造骨松质模型的性状，通过软件对人造骨松质模型进行三维切片分析，即分别测量人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积，例如，如图2C所示是三维切片分析中沿X方向切片的示意图，测量X方向切片的平均面积，采用该方法可获得人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积均值与随机不等距切割面积均值，共获得六组面积均值。在其他实施例中，三维切片分析中等距切割面积也可以采用0.2毫米等距切割、0.3毫米等距切割等实施方式，在此不对具体的数值作限定。

S211：分别对比人造骨松质模型和单位体积的天然骨松质在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

示例性的，将S210中获得六组面积均值，分别与单位体积的天然骨松质在X，Y，Z三个方向的六个面积均值进行对比。

通过S210-S211的验证表明，通过本实施例的方法获得的人造骨松质模型，与天然骨松质模型的外型高度相似，与天然骨松质模型的性状基本相同。

综上，在本技术方案中，通过软件测量天然骨松质的骨小梁的平均外径作为预置直径，建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，分别以各连线为中心线生成预置直径的圆柱体，并对圆柱体之间的交汇处进行细分光滑处理，得到人造骨松质模型，并进一步对人造骨松质模型进行修正及对人造骨松质模型的外型、性状进行验证。本实施例的技术方案，根据天然骨松质的性状，在单位体积的正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

以下为本发明实施例提供的一种构建人造骨松质模型的装置的实施例，构建人造骨松质模型的装置与上述构建人造骨松质模型的方法属于同一个发明构思，在装置的实施例中未详尽描述的细节内容请参考方法的实施例。

实施例三

请参考图3，其是本发明实施例三提供的一种构建人造骨松质模型的装置的架构示意图。

构建人造骨松质模型的装置300，可以包括如下内容：

正方体建立模块301，用于建立单位体积的正方体。

云点布置模块302，用于在正方体内部随机布置预置数量的云点。

连线模块303，用于在云点之间进行随机预置数目方位的连线。

圆柱体生成模块304，用于对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体。

圆柱体处理模块305，用于对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

其中，上述单位体积为1立方毫米；

上述预置数量的值为350；

上述预置数目的值为5；

上述预置直径为0.09毫米。

综上，在本技术方案中，通过软件建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，分别以各连线为中心线生成预置直径的圆柱体，并对圆柱体之间的交汇处进行细分光滑处理，得到人造骨松质模型。本实施例的技术方案，根据天然骨松质的性状，在单位体积的正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

实施例四

请参考图4，其是本发明实施例四提供的一种构建人造骨松质模型的装置的架构示意图。本实施例与实施例三的主要区别在于，增加了外径测量模块401、体积测量模块407、体积比较模块408、调整模块409、面积测量模块410和面积对比模块411的内容。

构建人造骨松质模型的装置400，可以包括如下内容：

外径测量模块401，用于测量天然骨松质的骨小梁的平均外径，把平均外径作为预置直径。

正方体建立模块402，用于建立单位体积的正方体。

云点布置模块403，用于在正方体内部随机布置预置数量的云点。

连线模块404，用于在云点之间进行随机预置数目方位的连线。

圆柱体生成模块405，用于对连线中的每条线生成预置直径的圆柱体。

圆柱体处理模块406，用于对圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

体积测量模块407，用于测量人造骨松质模型的体积。

体积比较模块408，用于将人造骨松质模型的体积与单位体积的天然骨松质的体积进行比较。

调整模块409，用于若体积不相等，则调整预置数量和预置数目，返回启动正方体建立模块。

面积测量模块410，用于分别测量人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

面积对比模块411，用于分别对比人造骨松质模型和单位体积的天然骨松质在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

综上，在本技术方案中，通过软件测量天然骨松质的骨小梁的平均外径作为预置直径，建立单位体积的正方体，在正方体内部随机布置预置数量的云点，在云点之间进行随机预置数目方位的连线，分别以各连线为中心线生成预置直径的圆柱体，并对圆柱体之间的交汇处进行细分光滑处理，得到人造骨松质模型，并进一步对人造骨松质模型进行修正及对人造骨松质模型的外型、性状进行验证。本实施例的技术方案，根据天然骨松质的性状，在单位体积的正方体内随机布置云点，按一定规则在云点间连线，为每条线生成圆柱体并做细分光滑处理，构建出人造骨松质模型，根据该人造骨松质模型可构建出与天然骨松质的外型相似、性状基本相同的人造骨松质。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种构建人造骨松质模型的方法，其特征在于，所述方法包括：

建立单位体积的正方体；

在所述正方体内部随机布置预置数量的云点；

在所述云点之间进行随机预置数目方位的连线；

对所述连线中的每条线生成预置直径的圆柱体；

对所述圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到人造骨松质模型之后，还包括：

测量所述人造骨松质模型的体积；

将所述人造骨松质模型的体积与单位体积的天然骨松质的体积进行比较；

若体积不相等，则调整所述预置数量和预置数目，返回所述建立单位体积的正方体的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到人造骨松质模型之后，还包括：

分别测量所述人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积；

分别对比所述人造骨松质模型和单位体积的天然骨松质在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立单位体积的正方体之前，还包括：

测量天然骨松质的骨小梁的平均外径，把所述平均外径作为所述预置直径。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，

所述单位体积为1立方毫米；

所述预置数量的值为350；

所述预置数目的值为5；

所述预置直径为0.09毫米。

6.一种构建人造骨松质模型的装置，其特征在于，所述装置包括：

正方体建立模块，用于建立单位体积的正方体；

云点布置模块，用于在所述正方体内部随机布置预置数量的云点；

连线模块，用于在所述云点之间进行随机预置数目方位的连线；

圆柱体生成模块，用于对所述连线中的每条线生成预置直径的圆柱体；

圆柱体处理模块，用于对所述圆柱体之间交汇处进行细分和光滑处理，得到人造骨松质模型。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

体积测量模块，用于测量所述人造骨松质模型的体积；

体积比较模块，用于将所述人造骨松质模型的体积与单位体积的天然骨松质的体积进行比较；

调整模块，用于若体积不相等，则调整所述预置数量和预置数目，返回启动所述正方体建立模块。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

面积测量模块，用于分别测量所述人造骨松质模型在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积；

面积对比模块，用于分别对比所述人造骨松质模型和单位体积的天然骨松质在X，Y，Z三个方向的0.1毫米等距切割面积与随机不等距切割面积。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

外径测量模块，用于测量天然骨松质的骨小梁的平均外径，把所述平均外径作为所述预置直径。

10.如权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，

所述单位体积为1立方毫米；

所述预置数量的值为350；

所述预置数目的值为5；

所述预置直径为0.09m毫米。