软骨面重建方法、系统、计算机设备、介质和程序产品与流程

1.本技术涉及智能医疗技术领域，特别是涉及一种软骨面重建方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。


背景技术：

2.骨科手术中为了让机器人获取患者准确的截骨边界，需要将术中患者的骨骼与术前获取的医学影像重建的三维模型进行配准，即构建三维模型与关节实体之间的映射关系，由此通过术前对三维模型所配置的截骨数据来确定真实骨骼的截骨位姿。然而，与骨骼实体相比，ct扫描(computed tomography，即电子计算机断层扫描)的医学影像是无法精确获得骨骼实体中硬骨表面的软骨及其厚度等数据的，因此，若不精准重建软骨面并得到软骨厚度，则会影响假体摆位结果，对实际截骨量产生截骨量不足等不好的后果。
3.传统技术中，通过术前获取mri(magnetic resonance imaging，磁共振成像)图像，从mri图像中分割出软骨面或3d视图下直接查看。
4.然而，mri图像的成本较高。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低成本的软骨面重建方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
6.第一方面，本技术提供一种软骨面重建方法，所述方法包括：
7.获取硬骨面信息；
8.根据探针的位置获取真实软骨面上第一目标点的位置信息；
9.根据所述第一目标点的位置信息与所述硬骨面信息得到第一配准关系；
10.根据所述第一配准关系将所述硬骨面信息进行转换得到软骨面信息；
11.根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面。
12.在其中一个实施例中，所述根据探针的位置获取真实软骨面上目标点的位置信息，包括以下至少一种：
13.通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息；从所述采集信息中的采集点中选取第一目标点，并获取所述第一目标点的位置信息；或
14.通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息，确定所述采集信息中的各个采集点为第一目标点，并获取所述第一目标点的位置信息。
15.在其中一个实施例中，所述获取硬骨面信息，包括：
16.通过采集设备采集探针的位置，获取在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息；
17.获取术前医学图像，所述术前医学图像包括与所述真实硬骨面对应的图像硬骨面；
18.将所述探针的位置信息以及所述图像硬骨面进行配准建立第二配准关系；
19.根据所述第二配准关系以及所述图像硬骨面得到硬骨面信息。
20.在其中一个实施例中，所述根据所述第二配准关系以及所述图像硬骨面得到硬骨面信息之后，还包括：
21.从所述硬骨面信息中选取目标硬骨面信息；
22.所述根据所述第一目标点的位置信息与所述硬骨面信息得到第一配准关系，包括：
23.根据所述第一目标点的位置信息与所述目标硬骨面信息得到第一配准关系。
24.在其中一个实施例中，其特征在于，所述根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面之后，包括：
25.根据所述第二配准关系将所述目标软骨面进行转换得到待处理软骨面；
26.将所述待处理软骨面与所述术前医学图像融合得到目标医学图像。
27.在其中一个实施例中，所述根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面之后，包括：
28.根据采集信息对所述目标软骨面进行更新，所述采集信息为在获取真实软骨面上第一目标点的位置信息时所采集的，和/或在输出所述目标医学图像后，根据操作者的更新指令采集获取的。
29.在其中一个实施例中，所述根据采集信息对所述目标软骨面进行更新，包括：
30.计算所述目标软骨面中，与所述采集信息中采集点对应的待处理点；
31.通过所述采集点替换所述待处理点，并确定替换区域；
32.对所述替换区域进行曲面重建处理或进行曲面重建处理后再进行平滑处理。
33.在其中一个实施例中，所述计算所述目标软骨面中，与所述采集信息中采集点对应的待处理点之前，还包括：
34.对所述采集信息进行扩展；
35.所述计算所述目标软骨面中，与所述采集信息中采集点对应的待处理点，包括：
36.计算所述目标软骨面中，与扩展后的采集信息中各个采集点对应的待处理点。
37.在其中一个实施例中，所述对所述采集信息进行扩展，包括：
38.确定所述采集信息中的采集点的法向量和速度向量；
39.根据所述采集点的法向量和所述速度向量确定参考向量；
40.以所述采集点为原点，沿所述参考向量的正方向和/或反方向增加新的采集点，将所述新的采集点添加至所述采集信息中。
41.在其中一个实施例中，在其中一个实施例中，所述通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息之后，还包括：
42.根据所述采集信息和所述硬骨面信息计算得到软骨厚度。
43.在其中一个实施例中，所述根据所述采集信息和所述硬骨面信息计算得到软骨厚度，包括以下至少一种：
44.获取所述采集信息中的采集点的切面，根据所述切面的法向量与所述硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据所述采集点和所述对应点计算得到软骨厚度；或
45.获取所述采集信息中所确定的与软骨面相切的平面，根据所述平面的法向量与所述硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据所述采集点和所述对应点计算得到软骨厚度。
46.在其中一个实施例中，所述根据所述采集信息和所述硬骨面信息计算得到软骨厚度之后，包括：
47.获取厚度范围；
48.当所述软骨厚度不在所述厚度范围时，输出报警信息。
49.第二方面，本技术还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一个实施例中的方法的步骤。
50.第三方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的方法的步骤。
51.上述软骨面重建方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，通过探针的位置来获取到真实软骨面上第一目标点的位置信息，通过将真实软骨面上的第一目标点的位置信息与硬骨面信息进行配准得到第一配准关系，这样根据第一配准关系将硬骨面信息进行转换以得到整个软骨面的软骨面信息，根据软骨面信息即可以得到目标软骨面，不需要通过mri设备来采集图像，仅通过探针来进行替代，降低成本。
附图说明
52.图1为一个实施例中软骨面重建系统的系统结构图；
53.图2为一个实施例中手术系统的示意图；
54.图3为一个实施例中软骨面重建方法的流程示意图；
55.图4为一个实施例中通过探针获取真实软骨面上第一目标点的位置信息的示意图；
56.图5为一个实施例中通过非刚性配准来计算得到第一配准关系的点对示意图；
57.图6为一个实施例中探针在真实软骨面划过时的轨迹示意图；
58.图7为一个实施例中采样得到的第一目标点的示意图；
59.图8为一个实施例中的第二目标点的示意图；
60.图9为一个实施例中的替换区域的示意图；
61.图10为一个实施例中的局部平滑处理的示意图；
62.图11为一个实施例中的整体平滑处理的示意图；
63.图12为一个实施例中更新后的目标软骨面的示意图；
64.图13为一个实施例中的采集点扩展过程的示意图；
65.图14为一个实施例中的采集点扩展后的示意图；
66.图15为一个实施例中采用单尖头探针计算软骨厚度的示意图；
67.图16为一个实施例中采用三角探针计算软骨厚度的示意图；
68.图17为另一个实施例中的软骨面重建方法的流程示意图；
69.图18为一个实施例中软骨面重建装置的结构框图；
70.图19为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
71.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
72.本技术实施例提供的软骨面重建方法，可以应用于如图1所示的软骨面重建系统中。其中该软骨面重建系统包括探针101、采集设备102以及处理器103。探针101用于在真实软骨面上拖曳以及真实硬骨面上点选。采集设备102用于在探针101在真实软骨面上拖曳以及真实硬骨面上点选时，采集探针101的位置，并根据所采集的探针101的位置确定在真实软骨面上的第一目标点的位置信息，以及在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息。处理器103用于根据在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息以及术前医学图像来进行配准得到第二配准关系，进而将术前医学图像中的图像硬骨面根据第二配准关系进行转换以生成硬骨面信息，这样根据真实软骨面上的第一目标点的位置信息与硬骨面信息得到第一配准关系，从而根据第一配准关系将硬骨面信息进行转换得到软骨面信息，进而根据软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面。这样不需要通过mri设备来采集图像，仅通过探针101来进行替代，降低成本。
73.在其中一个实施例中，探针101可以三角探针101或单尖头探针101。在其中一个实施例中，采集设备102可以为超声波采集设备102或图像采集设备。其中探针101的目标位置，例如探针101的头部安装有反光球，这样通过图像采集设备采集探针101移动过程中反光球的位置，即可以得到探针101位置，也即确定在真实硬骨面以及真实软骨面上的目标点的位置。进而通过图像采集设备的内参可以计算得到世界坐标系下探针101经过的真实硬骨面以及真实软骨面上的目标点的位置。
74.在其中一个实施例中，继续参见图1所示，该软骨面重建系统还可以包括显示器104，其中处理器103在生成目标软骨面后，可以输出显示该目标软骨面，例如将该目标软骨面映射至术前医学图像中得到目标医学图像，从而显示目标医学图像。其中将该目标软骨面映射至术前医学图像可以是根据第二配准关系来进行的。第二配准关系则是根据术前医学图像以及在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息进行配准得到的。
75.在其中一个实施例中，上述软骨面重建系统还可以包括医学图像采集设备，该医学图像采集设备用于在术前采集术前医学图像，并将术前医学图像发送至处理器103，以便于后续处理。
76.在其中一个实施例中，上述软骨面重建系统可以应用于一手术系统中，具体可以参见图2，通过上述软骨面重建系统可以获取到目标医学图像，并输出，这样方便操作者在术前或手术过程中实时了解情况。例如术前获取到目标医学图像，以方便规划手术方案，术中获取到医学图像，可以方便了解手术情况，例如假体的安装是否满足手术方案等等。其中在手术时，操作者手持探针101，采集设备102用来实时获取探针101上的反光球图像，并将其转换到世界坐标系下，以便匹配患者的术前医学图像。处理器103则用来确定软骨表面及其与硬骨表面之间的位置关系，得到目标医学图像，由此利用包含软骨和硬骨的目标医学图像，确定手术方案，例如截切位置等等。
77.在一个实施例中，如图3所示，提供了一种软骨面重建方法，以该方法应用于图1中的处理器103为例进行说明，包括以下步骤：
78.s302：获取硬骨面信息。
79.具体地，硬骨面信息包括硬骨面上的点的信息。其中，该硬骨面信息是通过识别术
前医学图像中的硬骨，并提取该硬骨的轮廓，也即硬骨面，采样轮廓上，也即硬骨面上的点，并将所采样的点投影至世界坐标系下得到的。其中投影可以是通过一第二配准关系进行的，该第二配准关系是根据探针的位置获取到在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息，并根据第二目标点的位置信息与术前医学图像进行配准得到的，该第二配准关系的获取方式可以具体参见下文。
80.s304：根据探针的位置获取真实软骨面上第一目标点的位置信息。
81.具体地，探针可以包括三角探针或单尖头探针，具体可以结合图4所示，其中图4为一个实施例中通过探针获取真实软骨面上第一目标点的位置信息的示意图，在该实施例中探针在真实软骨面上划动，从而采集设备可以获取到探针的头部的反光球的位置，进而根据反光球的位置确定探针在真实软骨面上的第一目标点的位置信息。
82.s306：根据第一目标点的位置信息与硬骨面信息得到第一配准关系。
83.具体地，在本实施例中，处理器可以通过刚性配准或非刚性配准的方式根据第一目标点的位置信息与硬骨面信息得到第一配准关系。其中参与第一配准关系计算的第一目标点可以是探针在划过真实软骨面时所采集的所有的采集点，或者是根据稀疏度要求从采集信息的采集点中选取第一目标点的位置信息，其中采集信息是探针在真实软骨面上划过时得到的，例如处理器根据稀疏度要求选取5个第一目标点，该5个第一目标点不共面不共线。在其他的实施例中，处理器103还可以选取其他数量的第一目标点，在此不做具体限定。其中参与第一配准关系计算的硬骨面信息可以是整个硬骨面信息或者是部分硬骨面信息，也即硬骨面上的部分点，例如仅与第一目标点对应的点。也就是说处理器从硬骨面信息中选取目标硬骨面信息，也即与第一目标点对应的硬骨面上的点的信息即可。最后处理器根据第一目标点的位置信息以及硬骨面信息计算得到第一配准关系。
84.在其中一个实施例中，当通过刚性配准方式计算第一配准关系时，处理器在真实硬骨面上获取到与第一目标点对应的点的位置信息，例如5个点，这样就形成5组点，通过5组点的对应关系，可以计算得到第一配准关系。其中在真实硬骨面上对应的点，可以是根据真实软骨面上的第一目标点的切面的法向量与硬骨面的交点。
85.在通过刚性配准方式计算时，可以通过三种方式获取到点对，包括：直接通过单尖头探针垂直插入，这样与真实软骨面和真实硬骨面的交点分别是第一目标点和对应的点，从而形成点对。或者是通过三尖头探针在真实软骨面上确定第一目标点，再获取第一目标点的切面的法向量与真实硬骨面的交点，从而形成点对。或者是处理器还可以是根据术前医学图像得到硬骨面信息，然后通过探针在真实软骨面上划动获取到第一目标点，然后确定第一目标点的切面的法向量与硬骨面信息得到的硬骨面的交点，从而形成点对。
86.在其中一个实施例中，通过非刚性配准来计算得到第一配准关系可以参见图5所示，处理器获取的硬骨面信息可以包括：通过计算第一目标点的法向量对应的硬骨面上的点，或者是直接截取软骨面大致覆盖的硬骨面上的点，或者是直接采用术前医学图像投影得到的完整的硬骨面上的点。
87.这样处理器通过非刚性配准，例如coherent point drift(cpd)配准方法得到硬骨点到第一目标点的velocity field函数，该函数即为第一配准关系。
88.其中为了方便理解，上述非刚性配准时主要包括两种方式：第一种是在获得到第一目标点的位置信息后找到硬骨面上对应的硬骨点，对这两组点进行可变性配准(非刚性
配准)，得到的配准结果为velocity field，也即第一配准关系。第二种是在获得到多个第一目标点的位置信息后，利用整个硬骨面的点或者是筛选得到的大致覆盖的硬骨面的点，对这两组点进行可变性配准(非刚性配准)，得到的配准结果为velocity field，也即第一配准关系，也就是说第二种方式不寻找对应的点，直接计算硬骨面到采集信息的非刚性配准。例如，将硬骨面的面信息和采集信息(点信息)输入cpd算法，以得到将采集信息与硬骨面的非刚性配准的关系(即velocity field)，根据配准生成的velocity field。
89.s308：根据第一配准关系将硬骨面信息进行转换得到软骨面信息。
90.s310：根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面。
91.具体地，此处的硬骨面信息是完整的硬骨面的信息，也即硬骨面对应的点集。处理器根据第一配准关系将点集中的每个点进行转换得到对应的软骨面上的点，也即软骨面信息。最后处理器对软骨面上的点进行曲面重建得到目标软骨面，其中曲面重建的算法可以为任意算法，在此不做具体的限定。具体地可以参见图4所示，图4为一个实施例中的目标软骨面的示意图。其中图4中的实线是用于表示实际软骨面的，虚线是目标软骨面的，可以看出重建得到的目标软骨面基本与实际软骨面重合。
92.在该实施例中，操作者手持三角/普通探针，在患者真实软骨表面移动；采集设备(如ndi)利用探针上的反光球获取移动过程中探针的位置和姿态，并通过视觉确定在世界坐标系下的探针经过的软骨表面区域；处理器利用三维模型中硬骨表面，和探针采集的软骨表面区域，进行非刚性配准，以得到软骨表面。
93.上述软骨面重建方法，通过探针的位置来获取到真实软骨面上第一目标点的位置信息，通过将真实软骨面上的第一目标点的位置信息与硬骨面信息进行配准得到第一配准关系，这样根据第一配准关系将硬骨面信息进行转换以得到整个软骨面的软骨面信息，根据软骨面信息即可以得到目标软骨面，不需要通过mri设备来采集图像，仅通过探针来进行替代，降低成本。
94.在其中一个实施例中，根据探针的位置获取真实软骨面上目标点的位置信息，包括以下至少一种：通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息；从采集信息中的采集点中选取第一目标点，并获取第一目标点的位置信息；或通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息，确定采集信息中的各个采集点为第一目标点，并获取第一目标点的位置信息。
95.具体地，结合图6和图7所示，其中探针包括单尖头探针和三角探针，如图6所示，探针在真实软骨面上划过，由于探针的头部存在反光球，此时通过采集设备可以采集到探针头部的位置，将探针头部的位置作为真实软骨上的采集点的采集信息。图6中给出了单尖头探针和三角探针两种探针，以单尖头探针操作时，每次仅采集一个采集点的位置，以三角探针操作时，每次可以采集三个采集点的位置，如图6中虚线为探针的划动轨迹。
96.在本实施例中，第一目标点可以是采集设备所采集的采集信息中所有采集点，或者是通过对采集设备所采集的采集信息中所有采集点进行采样得到的。
97.结合图7所示，在探针在真实软骨面划过后，采集设备采集到采集信息，处理器可以对采集信息中的采集点进行采样以得到第一目标点，其中第一目标点不共面且不共线，如图7中的5个圆圈即为第一目标点。在其他的实施例中，第一目标点可以是根据预先设置的稀疏度从采集信息中的采集点提取的。其中稀疏度可以是用户输入的，也可以是处理器
中默认的，在此并不做限制。此外还需要说明的一点是，图7中仅采样5个第一目标点，在其他的实施例中，第一目标点的数量可以为其他，例如根据后续的配准算法进行确定，在此不做具体限制。
98.其中为了方便理解，在采用刚性配准方式时，处理器可以根据稀疏度对采集信息中的采集点进行采样以获取到对应数量的第一目标点，而后再获取与第一目标点对应的硬骨面信息得到的硬骨面的交点，以形成点对。在用非刚性配准方式时，处理器可以根据稀疏度对采集信息中的采集点进行采样以获取到对应数量的第一目标点，也可以将采集信息中的采集点均作为第一目标点，在此不做具体限定。
99.上述实施例中，通过多种方式来确定第一目标点，以采用不同的配准方式进行配准，操作多样化，以适应不同的场景。
100.在其中一个实施例中，获取硬骨面信息，包括：通过采集设备采集探针的位置，获取在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息；获取术前医学图像，术前医学图像包括与真实硬骨面对应的图像硬骨面；将探针的位置信息以及图像硬骨面进行配准建立第二配准关系；根据第二配准关系以及图像硬骨面得到硬骨面信息。
101.具体地，硬骨面信息的获取可以看做是真实硬骨与术前医学图像中的硬骨模型之间进行坐标注册的过程。其中注册过程包括第二目标点的采集过程以及配准过程，对于第二目标点的采集需要一个点一个点的采集，而上述第一目标点的采集则通过探针扫点获取即可。
102.其中，在该实施例中，探针头部在真实硬骨面上，这样通过采集设备采集探针的位置，可以获取到真实硬骨面上的第二目标点的位置信息。其中第二目标点的数量可以根据需要获取，可选地，第二目标点的数量为32，具体可以结合图8所示，图8为一个实施例中的第二目标点的示意图。
103.采集设备采集探针以获取到第二目标点的位置信息，然后将第二目标点与术前医学图像进行配准以得到第二配准关系。其中为了方便理解，通过两种方式来描述第二配准关系的获取过程：第一种是，通过物理方式标识了真实硬骨面上的多个第二目标点，这样在术前医学图像采集时可以获取到第二目标点，在术中通过探针采集时也可以准确地确定第二目标点，这样就形成了点对，通过该些点对进行配准即可以得到第二配准关系。第二种是不标识真实硬骨面上的多个第二目标点，通过迭代匹配的方式进行配准，即在术中通过探针采集确定第二目标点，然后与术前医学图像中的硬骨面对应的点集进行配准从而得到第二配准关系。
104.在得到第二配准关系后，将术前医学图像中的图像硬骨面根据第二配准关系进行映射得到硬骨面信息，从而后续根据该硬骨面信息进行软骨面的重建。
105.在其中一个实施例中，根据第二配准关系以及图像硬骨面得到硬骨面信息之后，还包括：从硬骨面信息中选取目标硬骨面信息；根据第一目标点的位置信息与硬骨面信息得到第一配准关系，包括：根据第一目标点的位置信息与目标硬骨面信息得到第一配准关系。
106.具体地，硬骨面信息主要包括两个作用：一个是第一配准关系的计算，另外一个是软骨面信息的计算。其中在第一配准关系的计算时，可以是整个硬骨面信息参与计算，也可以是从硬骨面信息中选取目标硬骨面信息来参与计算，具体可以通过配准方式来确定。例
如若是采用刚性配准时，则从硬骨面信息中选取与第一目标点对应的目标硬骨面信息即可。若是采用非刚性配准的方式，则可以是整个硬骨面信息参与计算，也可以是从硬骨面信息中选取与第一目标点对应的目标硬骨面信息，不做具体的限定。
107.在其中一个实施例中，根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面之后，包括：根据第二配准关系将目标软骨面进行转换得到待处理软骨面；将待处理软骨面与术前医学图像融合得到目标医学图像。
108.具体地，第二配准关系还可以用于将目标软骨面映射至术前医学图像中，以得到目标医学图像，并输出显示，以给操作者以提示，这样方便操作者在术前或手术过程中实时了解情况。
109.需要说明的一点是，后续实施例中还包括对目标软骨面更新的过程，这样在将目标软骨面映射至术前医学图像之前，则先对目标软骨面进行更新，并将更新后的目标软骨面映射至术前医学图像得到目标医学图像，从而使得显示的软骨面更加准确。
110.在其中一个实施例中，根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面之后，包括：根据采集信息对目标软骨面进行更新，采集信息为在获取真实软骨面上第一目标点的位置信息时所采集的，和/或在输出目标医学图像后，根据操作者的更新指令采集获取的。
111.具体地，对目标软骨面的更新可以是在生成目标软骨面后，再根据第一目标点的位置信息进行更新。或者是在输出目标医学图像后，操作者又通过探针进一步采集真实软骨面上的点，根据进一步采集的点来更新的。
112.具体地，在生成目标软骨面后，处理器可以自动根据第一目标点的位置信息来对目标软骨面进行更新。并将更新后的目标软骨面输出。若操作者查看后，存在问题，则通过探针对存在问题的部位的真实软骨面上的点进行采集，从而处理器根据采集的进一步采集的点再一次更新目标软骨面。
113.上述实施例中，在通过硬骨面信息得到软骨面信息，再根据软骨面信息进行重建得到目标软骨面后，还根据探针采集的真实软骨面上的目标点来更新目标软骨面，使得所得到的目标软骨面更加准确，特别是可以使用探针实时更新软骨形状，对于软骨破损患者能更准确展示其软骨面。
114.在其中一个实施例中，根据采集信息对目标软骨面进行更新，包括：计算目标软骨面中，与采集信息中采集点对应的待处理点；通过采集点替换待处理点，并确定替换区域；对替换区域进行曲面重建处理或重建处理和平滑处理。
115.具体地，在更新的过程中，可以通过采集信息中的采集点来替换目标软骨面中对应的待处理点，为了确定与采集信息中采集点对应的待处理点，处理器可以先获取采集信息中的采集点的法向量，该方向量与目标软骨面的交点即为待处理点，这样通过该采集点替换该待处理点，替换完成后得到替换区域，通过对替换区域进行曲面重建处理或重建处理和平滑处理以得到光滑的目标软骨面。
116.具体地，结合图9所示，图9为一个实施例中的替换区域的示意图，在该实施例中虚线圆圈为局部的替换区域，以采集信息为中心，利用移动最小二乘法完成局部曲面重建。曲面重建的过程实线为使用至少五个点进行刚性配准后得到的目标软骨面，虚线为替换的采集信息。本实施例中将采集信息替换对应的部分目标软骨面，虚线的圆圈为局部的替换区
域。以采集信息为中心，利用移动最小二乘法完成局部曲面拟合，最后，在替换完后进行曲面重建。
117.具体地，结合图10和图11所示，其中图10为一个实施例中的局部平滑处理的示意图，图11为一个实施例中的整体平滑处理的示意图，在该实施例中，当利用至少一次采集信息对初始化的软骨面进行采集点替换后，形成了带有如图10圈中所示的突变曲线。因此，需要对这种突变曲线进行平滑处理。即通过曲面重建连接起来的。图11中实线是平滑处理后的，虚线是平滑处理前。平滑处理的方式之一是利用基于曲率的曲面平滑算法。此算法是基于拉普拉斯平滑算法，区别在于，基于曲率的平滑是沿着点的法向量所在直线去移动点的，而不是将每个点都移动到相邻点的平均位置。
118.具体地，结合图12所示，图12为一个实施例中更新后的目标软骨面的示意图，在根据采集信息对目标软骨面进行更新后，再进行曲面重建和平滑处理后得到目标软骨面，其中实线是利用探针采集全部软骨面而得到的真实软骨面；虚线为计算的软骨面。可以看出本实施例中能够较高准确度地恢复出软骨面数据。
119.在其中一个实施例中，计算目标软骨面中，与采集信息中采集点对应的待处理点之前，还包括：对采集信息进行扩展；计算目标软骨面中，与采集信息中采集点对应的待处理点，包括：计算目标软骨面中，与扩展后的采集信息中各个采集点对应的待处理点。
120.具体地，在通过单尖头探针进行采集时，操作一次，仅能获取到一个采集点，为了数据充足，处理器还可以对采集信息进行扩展，这样通过扩展后的采集信息中各个采集点来对目标软骨面进行更新，从而使得更新后的目标软骨面与真实软骨面更加贴合。
121.在其中一个实施例中，对采集信息进行扩展，包括：确定采集信息中的采集点的法向量和速度向量；根据采集点的法向量和速度向量确定参考向量；以采集点为原点，沿参考向量的正方向和/或反方向增加新的采集点，将新的采集点添加至采集信息中。
122.具体地，结合图13所示，图13为一个实施例中的采集点扩展过程的示意图，在该实施例中，图13中xyz为一个坐标系，xyz互相垂直，z为对应的采集点的法向量，x为采集点滑动轨迹的速度向量，这两个都是可以通过点云和测量得到。根据这两个向量计算y向量，这个y向量与真实软骨面是相切的，在这个y向量上增加两个点可以增加采集路径的宽度，丰富信息，在其他的实施例中，还可以在y向量上增加其他数量的点，以对采集点进行扩展，在此不做具体的限制。
123.其中，参见图14所示，图14为一个实施例中的采集点扩展后的示意图，在该实施例中，由于利用探针采集得到的不止是至少5个第一目标点，还有真实软骨表面的采集信息，即采集过的至少部分的软骨曲面，如该图14中粗的虚线所示，因此，可见更新之前的软骨面与采集的软骨曲面之间的是有偏差的。为此，处理器可以通过扩展后的采集点对目标软骨面进行更新，以使得目标软骨面与真实软骨面更加贴合，其中更新的过程可以参见上文，在此不再赘述。
124.在其中一个实施例中，通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息之后，还包括：根据采集信息和硬骨面信息计算得到软骨厚度。
125.具体地，探针放在软骨面时，需要使得探针垂直于软骨面，这样采集设备根据反光球确定探针的头部的位置，利用探针的位置计算探针的头部所在平面法向量，通过将法向量映射在硬骨面上以得到法向量与硬骨面的交点，这样通过探针的头部的位置以及法向量
与硬骨面的交点的距离即可得到此处的软骨厚度。
126.具体地，处理器实时获取采集设备所采集的探针的位置信息，利用位置信息和预设的探针的物理结构数据，确定探针所接触的软骨的法平面向量；利用预先配准得到的硬骨面信息以及该法平面向量，计算软骨厚度。
127.具体地，根据采集信息和硬骨面信息计算得到软骨厚度，包括以下至少一种：获取采集信息中的采集点的切面，根据切面的法向量与硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据采集点和对应点计算得到软骨厚度；或获取采集信息中所确定的与软骨面相切的平面，根据平面的法向量与硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据采集点和对应点计算得到软骨厚度。
128.结合图15和图16所示，其中图15为一个实施例中采用单尖头探针101计算软骨厚度的示意图，图16为一个实施例中采用三角探针101计算软骨厚度的示意图。
129.在图15中，探针的头部带有靶标，例如反光球，这样通过采集设备采集时可以获取到探针的头部的位置信息，进而获取到真实软骨面上的第一目标点的位置信息，其中探针的末端头接触真实软骨面，使探针垂直于软骨点a点的切面a面，且探针与a面法向量重合，这样计算a面法向量在硬骨面所在的坐标系下的方向，并映射到硬骨面，确定在硬骨面上的对应点，这样根据a点与硬骨面上的对应点的位置可以得到软骨厚度。
130.在图16中，探针的头部带有靶标，例如反光球，这样通过采集设备采集时可以获取到探针的头部的位置信息，进而获取到真实软骨面上的第一目标点的位置信息，其中三角探针的末端三个头相对靠近(为了保证三个头在同一平面，并且可以近似同时触碰软骨面)，利用三角探头进行软骨厚度测量，具体地，将三角探头放置到真实软骨面上，保证三个头触碰到软骨面，形成与此处软骨面相切的平面，利用采集设备获取三角探头位置姿态信息，依据探头设计数据，获取三个头的位置信息，计算出三个头所在平面，并计算该平面的法向量，将该法向量映射到硬骨面得到软骨厚度。
131.在其中一个实施例中，根据采集信息和硬骨面信息计算得到软骨厚度之后，包括：获取厚度范围；当软骨厚度不在厚度范围时，输出报警信息。
132.具体地，在使用单尖头探针的时，需要提醒操作者将探针垂直于真实软骨面，如果未按此操作，通过设置阙值的方法来避免过大误差(阙值为预计的软骨厚度范围)。在使用三角探头时，只需要提醒使用者将三个角都放置在软骨面即可，如果未按此操作，可同样使用设定阙值的方法。
133.具体地，处理器可以获取到测量得到的软骨厚度，然后判断该软骨厚度是否在厚度范围内，当软骨厚度不在厚度范围时，输出报警信息，以便于操作者修正探针的姿态。
134.为了方便理解，参见图17所示，图17为另一个实施例中的软骨面重建方法的流程示意图，在该实施例中，首先进行硬骨注册，也即将探针在真实硬骨面上采集进行点击，以通过采集设备采集探针的头部确定探针的位置，进而确定一定数量的第二目标点的位置信息，这样将第二目标点与术前医学图像中的硬骨面进行配准以得到第二配准关系，从而完成骨注册。且在骨注册完成后，可以根据第二配准关系以及术前医学图像中的硬骨面得到硬骨面信息，即将术前医学图像中的图像硬骨面上的点集根据第二配准关系进行映射得到硬骨面信息。
135.其次，通过探针划过软骨面，并可以在软骨面上进行多次拖拽，这样采集设备可以
通过采集探针的头部的位置获取到采集信息，该采集信息中包括真实软骨面上多个采集点的位置信息。
136.处理器可以根据配准方式，获取到采集信息中所有采集点作为第一目标点，或者是根据稀疏度要求从采集信息中所有采集点中采样一定数量的第一目标点，以用于后续的第一配准关系的计算。
137.其中，在采集的过程中，处理器可以获取真实软骨面上的采集点的切面，然后计算切面的法向量与硬骨面信息所确定的硬骨面的交点，根据该采集点和该交点的距离可以确定该采集点位置处的软骨厚度。
138.且若是采用刚性配准的方式，该交点与该采集点则构成了点对，通过获取多个点对可以计算得到第一配准关系。在其他的实施例中，若是采用非刚性配准的方式，则该交点与该采集点则构成了点对，通过点对可以计算得到第一配准关系，或者是直接通过采集点与整个硬骨面信息中的点进行迭代配准以得到第一配准关系。
139.处理器在计算得到第一配准关系后，可以对采集信息进行扩展以扩展真实软骨面上的采集点。
140.处理器获取采集信息中的采集点在目标软骨面信息对应的目标软骨面上的待处理点，通过该采集点来替换待处理点，并确定替换区域。
141.处理器对替换区域进行局部曲面重建处理，然后再进行平滑处理以得到目标软骨面信息。这样处理器根据第二配准关系将目标软骨面信息映射至术前医学图像中，得到目标医学图像，并输出目标医学图像。
142.操作者可以查看目标医学图像，以确定目标软骨面是否满足要求，若是不满足要求，则操作者可以通过探针进一步地采集真实软骨面上的采集点，然后根据进一步采集的真实软骨面上的采集点来替换目标软骨面上的对应的待处理点，并确定替换区域，从而后续继续对替换区域进行局部曲面重建处理，然后再进行平滑处理以得到目标软骨面信息。这样处理器根据第二配准关系将目标软骨面信息映射至术前医学图像中，得到目标医学图像，并输出目标医学图像，直至输出的目标医学图像满足要求。
143.上述实施例中，将术前医学图像中的硬骨面作为软骨面重建的基础，由于硬骨面和软骨面的形状基本一致，因此得到的目标软骨面也是较为准确。且目标软骨面上的点与探针获取的真实软骨面上的采集点进行融合，对于软骨破损患者能更准确展示其软骨面。利用获取到的软骨面采集点与在目标软骨面上进行局部的曲面重建，对于获取到的不满意的软骨面或破损软骨面，通过点选相应部位进行实时更新，直到满意为止，使用可变形配准，利用软骨面上采集到的采集点，将硬骨面变换得到软骨面，更加准确。
144.此外，使用简易的可追踪三角探针/单尖头探针替代其他复杂多传感器探头，降低探头成本，使用简易的可追踪三角探针/单尖头探针，降低信息交互的复杂度。使用三角探针/单尖头探针，避免引入多余的接口和设备，减少使用难度，使用法向量投影到骨面的方法计算软骨厚度，可以更精准反应厚度信息，不易因为探针角度问题影响结果，显示整个的软骨面，对于截骨精度有帮助，提示整个软骨面，为假体植入提供更多参考信息，医生可以使用三角探针/单尖头探针实时更新软骨形状，对于软骨破损患者能更准确展示其软骨面，使用局部曲面重建方法可以更准确的更新建立的软骨面。
145.应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指
示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
146.基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的软骨面重建方法的软骨面重建装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个软骨面重建装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于软骨面重建方法的限定，在此不再赘述。
147.在一个实施例中，如图18所示，提供了一种软骨面重建装置，包括：硬骨面信息获取模块1801、第一目标点位置信息获取模块1802、第一配准关系建立模块1803、软骨面信息获取模块1804和重建模块1805，其中：
148.硬骨面信息获取模块1801，用于获取硬骨面信息。
149.第一目标点位置信息获取模块1802，用于根据探针的位置获取真实软骨面上第一目标点的位置信息。
150.第一配准关系建立模块1803，用于根据第一目标点的位置信息与硬骨面信息得到第一配准关系。
151.软骨面信息获取模块1804，用于根据第一配准关系将硬骨面信息进行转换得到软骨面信息。
152.重建模块1805，用于根据所得到的软骨面信息进行软骨面重建得到目标软骨面。
153.在其中一个实施例中，上述第一目标点位置信息获取模块1802用于根据以下至少一种获取第一目标点位置信息：通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息；从采集信息中的采集点中选取第一目标点，并获取第一目标点的位置信息；或通过采集设备获取探针在真实软骨面上划过时得到的采集信息，确定采集信息中的各个采集点为第一目标点，并获取第一目标点的位置信息。
154.在其中一个实施例中，上述硬骨面信息获取模块1801包括：
155.第二目标点的位置信息获取单元，用于通过采集设备采集探针的位置，获取在真实硬骨面上的第二目标点的位置信息。
156.术前医学图像获取单元，用于获取术前医学图像，术前医学图像包括与真实硬骨面对应的图像硬骨面。
157.第二配准关系建立单元，用于将探针的位置信息以及图像硬骨面进行配准建立第二配准关系。
158.硬骨面信息获取单元，用于根据第二配准关系以及图像硬骨面得到硬骨面信息。
159.在其中一个实施例中，上述硬骨面信息获取模块1701还包括：
160.选取单元，用于从硬骨面信息中选取目标硬骨面信息。
161.上述第一配准关系建立模块1803还用于根据第一目标点的位置信息与目标硬骨面信息得到第一配准关系。
162.在其中一个实施例中，上述软骨面重建装置还包括：
163.转换模块，用于根据第二配准关系将目标软骨面进行转换得到待处理软骨面。
164.融合模块，用于将待处理软骨面与术前医学图像融合得到目标医学图像。
165.在其中一个实施例中，上述软骨面重建装置还包括：
166.更新模块，用于根据采集信息对目标软骨面进行更新，采集信息为在获取真实软骨面上第一目标点的位置信息时所采集的，和/或在输出目标医学图像后，根据操作者的更新指令采集获取的。
167.在其中一个实施例中，上述更新模块包括：
168.待处理点确定单元，用于计算目标软骨面中，与采集信息中采集点对应的待处理点。
169.替换单元，用于通过采集点替换待处理点，并确定替换区域。
170.后处理单元，用于对替换区域进行曲面重建处理或进行曲面重建处理后再进行平滑处理。
171.在其中一个实施例中，上述软骨面重建装置还包括：
172.扩展模块，用于对采集信息进行扩展。
173.上述待处理点确定单元还用于计算目标软骨面中，与扩展后的采集信息中各个采集点对应的待处理点。
174.在其中一个实施例中，上述扩展模块包括：
175.第一向量确定单元，用于确定采集信息中的采集点的法向量和速度向量。
176.第二向量确定单元，用于根据采集点的法向量和速度向量确定参考向量。
177.扩展单元，用于以采集点为原点，沿参考向量的正方向和/或反方向增加新的采集点，将新的采集点添加至采集信息中。
178.在其中一个实施例中，上述软骨面重建装置还包括：
179.软骨厚度计算模块，用于根据采集信息和硬骨面信息计算得到软骨厚度。
180.在其中一个实施例中，软骨厚度计算模块用于根据以下至少一种计算得到软骨厚度：获取采集信息中的采集点的切面，根据切面的法向量与硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据采集点和对应点计算得到软骨厚度；或获取采集信息中所确定的与软骨面相切的平面，根据平面的法向量与硬骨面信息确定在硬骨面上的对应点，根据采集点和对应点计算得到软骨厚度。
181.在其中一个实施例中，上述软骨面重建装置还包括：
182.报警模块，用于获取厚度范围；当软骨厚度不在厚度范围时，输出报警信息。
183.上述软骨面重建装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
184.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图19所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过
wifi、移动蜂窝网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种软骨面重建方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
185.本领域技术人员可以理解，图19中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
186.在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
187.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
188.在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
189.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
190.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
191.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。