技术摘要：
本发明属于医疗技术领域，公开了一种用于修复骨缺损的系统，包括图像获取模块用于采集人体深度图像数据；缺损确定模块用于获得骨缺损区域的形态以及位置；三维模型构建模块、修复模型构建模块用于构建人体骨骼三维模型、修复模型；材料选取模块用于确定修复体材料；3D  全部
背景技术：
目前：骨缺损是由于创伤、炎症、骨病等疾病或手术对骨的完整结构造成破坏的疾 病。骨折的标准治疗包括固定、牵引、截肢和内固定等。而对于需要内固定的骨缺损，主要治 疗方法为植骨，通过植入移植物为骨折愈合提供足够的稳定性且没有过度的刚性，有助于 新骨的形成。虽然内固定比外固定直接且更有效地防止骨折端的旋转性活动，但内固定需 要进行手术，必然会破坏骨折周围的软组织和血管分布，延迟骨折的愈合。 骨折的修复涉及复杂的生理和生化反应，这些反应与软组织愈合有些不同，愈合 周期漫长，期间因患者自身心理状态和其他因素的影响，也有可能延长。因此，研究其他治 疗方法与内固定相结合的新型方式或研究移植物新型材料，以加速骨缺损的修复，缩短修 复时间，已经成为研究热点。 组织工程是应用工程与生命科学的原理与方法来认识哺乳类组织(正常或病理状 态下)的结构与功能的关系，并研制人工生物材料以便恢复、维持或改善其功能。组织工程 作为面向移植而产生功能组织和器官的科学和技术，集成了CT/MRI等图像测量技术、三维 重建技术、快速原型技术、材料工程技术、生物工程技术等不同的学科领域。其基本原则是 组织可以从病人身上分离出来，在特殊材料制成的组织支架中生长和扩张，最终形成支架 引导的三维组织。这样，生成的三维组织可以移植到同一个病人中，以替代病变组织的功 能。 组织能够再生主要在于组织支架的结构上的可成形性和支架在种子细胞作用下 的生物反应器功能。支架由诸如孔、纤维、膜等结构元素通过随机、分形或周期分布规律组 合而成，通过工程方法可以被复制和制造。当一个三维组织结构被用于开发人工替代组织 时，可以对支架结构中的生物材料进行工程结构设计，以优化结构并满足一定的营养条件。 现有骨缺损的修复主要是通过自体骨移植、异体骨移植的方式进行，自体骨移植 会导致新的骨缺损出现，而异体骨移植则会产生排异反应或感染病毒等后果；同时现有的 骨缺损修复并无智能化的控制方法。 通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有骨缺损修复可能会导致新的 骨缺损出现，或产生排异反应或感染病毒等后果；同时现有的骨缺损修复并无智能化的控 制方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于修复骨缺损的系统。 本发明是这样实现的，一种用于修复骨缺损的系统，所述用于修复骨缺损的系统 包括： 图像获取模块，与中央控制模块连接，用于利用深度相机采集人体深度图像数据； 5 CN 111588517 A 说　明　书 2/7 页 缺损确定模块，与中央控制模块连接，用于利用CT扫描获得骨缺损区域的形态以 及位置； 中央控制模块，与图像获取模块、缺损确定模块、三维模型构建模块、修复模型构 建模块、材料选取模块、3D打印模块、评估模块、修复模块、辅助光疗模块连接，用于调控各 个模块正常工作； 三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于获取到的人体骨骼图像数据 构建人体骨骼三维模型； 修复模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于骨缺损区域的形态以及位置 构建修复模型； 材料选取模块，与中央控制模块连接，用于基于骨缺损区域的形态以及位置确定 修复体材料； 3D打印模块，与中央控制模块连接，用于基于构件的修复模型利用选择的修复体 材料进行骨缺损修复体的打印制备； 评估模块，与中央控制模块连接，用于评估打印得到的修复体是否与修复模型一 致，是否能够修复骨缺损区域；同时用于对修复体的物理、化学、生物性能进行评估； 修复模块，与中央控制模块连接，用于将评估通过的修复体植入骨缺损区域进行 骨缺损修复； 辅助光疗模块，与中央控制模块连接，用于利用LED光源或激光光源对修复的骨缺 损区域进行辅助光疗。 进一步，所述辅助光疗模块包括： 光疗参数调节单元，用于确定LED光源或激光光源的功率、光疗模式、时间以及其 他参数； 光疗装置固定单元，用于利用移动支架进行光源的位置调节以及固定； 光疗单元，用于利用采用峰值波长在700-840nm范围内的LED光源或激光光源对修 复的骨缺损区域进行辅助光疗。 进一步，所述缺损确定模块包括： 数据采集单元，用于获取多组不同角度的CT投影数据，并采集有缺陷的角度的CT 投影数据； 图像重建单元，根据采集到的CT投影数据进行二维重建，恢复CT图像； 图像分割单元，对CT图像分割出骨缺损部位的CT图像信息； 图像配准单元，将待检测的CT图像与标准CT图像进行配准，找出两者之间的对应 关系，使之对应的部分具有可比性； 缺损检测单元，提取待检测骨缺损部位的CT图像特征，并与服务器内标准CT图像 对应特征进行比较，判断待检测骨骼部位是否有缺陷及缺陷的类型。 进一步，所述缺损检测单元中，提取待检测骨缺损部位的CT图像特征的方法具体 包含以下步骤： a、对经过图像分割模块处理的2D图像提取闭合轮廓； b、采用改进的基于分割的等值面提取算法提取各角度图像的等值面； c、将相邻角度的等值面采用基于区域增长的立方体算法进行连接，实现3D立体重 6 CN 111588517 A 说　明　书 3/7 页 建； d、采用多层面显示的方法，使外轮廓具有透明效果，便于观测模型内部，更便于对 缺陷进行检测和分析； e、采用基于形状的插值算法代替普通的三线性插值实现虚拟切割算法，获得重建 骨骼图像的任意方向的角度显示； 进一步，所述三维模型构建模块包括： 处理单元，用于执行图像处理操作，以基于人体骨骼组织的医学图像资料产生一 立体骨骼模型资料； 显示单元，用于依据所述医学图像资料以及所述立体骨骼模型资料于同一操作介 面中同时显示一医学图像以及一立体骨骼模型； 输入单元，用于接收参数指令，以使所述处理单元依据所述参数指令编辑立体骨 骼模型。 本发明的另一目的在于提供一种应用于所述用于修复骨缺损的系统的用于修复 骨缺损的方法，所述用于修复骨缺损的方法包括： 步骤一，利用深度相机采集人体深度图像数据；利用CT扫描获得骨缺损区域的形 态以及位置； 步骤二，基于获取到的人体骨骼图像数据构建人体骨骼三维模型；基于骨缺损区 域的形态以及位置构建修复模型；基于骨缺损区域的形态以及位置确定修复体材料； 步骤三，基于构件的修复模型利用选择的修复体材料进行骨缺损修复体的打印制 备；评估打印得到的修复体是否与修复模型一致，是否能够修复骨缺损区域；并对修复体的 物理、化学、生物性能进行评估； 步骤四，将评估通过的修复体植入骨缺损区域进行骨缺损修复；利用LED光源或激 光光源对修复的骨缺损区域进行辅助光疗。 进一步，所述人体骨骼三维模型构建方法包括： (1)将获取到的人体深度图像数据的点云数据进行数据融合，缩短深度图像中相 邻点的距离并对所述深度图像进行光滑处理； (2)从经过预处理后的深度图像中第k帧中选取至少三个点云块作为初始点云块， 从第k 1帧中查找与所述初始点云块匹配的点云块，并对匹配成功的点云块与初始点云块 进行配准以得到待构建人体的点云数据模型； (3)采用方向距离函数优化所述待构建人体的点云数据模型，并采用泊松表面重 建方法根据所述点云数据模型重建所述待构建人体的三维模型。 进一步，步骤(2)中，所述点云块的匹配方法包括： 计算相邻两帧中的点云块之间的法相角度和距离，如果所述法向角度和距离都小 于设定值，则认为匹配点云块成功；反之，则不成功。 进一步，所述步骤(3)具体包括： 获取所述点云数据模型的表面的有向点集，并将所述有向点集转换为模型指示函 数的梯度样本点以计算模型指示函数； 采用所述指示函数提取点云数据模型中的等值面，得到三维重建表面； 采用八叉树技术优化所述三维重建表面。 7 CN 111588517 A 说　明　书 4/7 页 进一步，所述修复模型构建方法包括： 1)确定骨缺损区域的形态以及位置； 2)当缺损区域没有跨中心对称平面，利用镜像方法将健侧的骨骼对称到缺损侧， 并替换掉破损骨骼，通过模型合并算法得到完整的修复模型； 3)当缺损区域跨过了中心对称平面，根据缺损区域周边曲面的曲率变化，设计修 补曲面使其与周围边界曲面曲率连续，得到曲面修复模型； 4)利用数字模型雕刻软件将步骤2)、步骤3)得到的修复模型进行细节化处理；并 与人体骨骼三维模型做布尔运算，使所述修复模型的边缘与缺损骨缘吻合；即得所述修复 模型。 结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为： 本发明不会产生新的骨缺损，同时也不会导致感染其他病毒；本发明能够智能化 的进行人体骨骼的三维模型构建，并基于骨缺损的形态以及位置进行修复体材料的确定， 并构建修复模型，保证修复的效果；同时本发明还对修复后的部位提供辅助光疗，明显缩短 愈合时间；对骨缺损待愈合处无二次损伤；利用移动支架进行装置的移动，对人体不同部位 的骨缺损处均可准确的对位，保证设备的光能量的有效传递。 附图说明 图1是本发明实施例提供的用于修复骨缺损的系统结构示意图。 图中：1、图像获取模块；2、缺损确定模块；3、中央控制模块；4、三维模型构建模块； 5、修复模型构建模块；6、材料选取模块；7、3D打印模块；8、评估模块；9、修复模块；10、辅助 光疗模块。 图2是本发明实施例提供的辅助光疗模块结构示意图。 图中：11、光疗参数调节单元；12、光疗装置固定单元；13、光疗单元。 图3是本发明实施例提供的用于修复骨缺损的方法流程图。 图4是本发明实施例提供的人体骨骼三维模型构建方法流程图。 图5是本发明实施例提供的修复模型构建方法流程图。