技术领域
[0001] 本
发明属于骨科外固定技术领域，尤其涉及一种骨科外固定支架系统及信息处理方法。
背景技术
[0002] 在骨科骨折固定手术中使用的外固定支架为单侧型外固定支架，适用于各类四肢开放性骨折、陈旧性骨折等病例；骨科常用骨骼外固定系统固定受损骨骼，通过骨针与
连杆结构固定骨骼，还可包含加压部件。骨折是指骨结构的连续性完全或部分断裂。多见于儿童及老年人，中青年人也时有发生。病人常为—个部位骨折，少数为多发性骨折。经及时恰当处理，多数病人能恢复原来的功能，少数病人可遗留有不同程度的后遗症。然而，现有骨科外固定支架系统不具有影像处理功能；同时，固定效果差。
[0004] 现有骨科外固定支架系统不具有影像处理功能；同时，固定效果差。
[0005] 现有技术的骨科外固定支架系统影像
数据处理速度慢、识别准确度低。而且不能降低人工读片误诊漏的发生几率。
发明内容
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种骨科外固定支架系统及信息处理方法。
[0007] 本发明是这样实现的，一种骨科外固定支架系统包括：
[0008] 骨折影像采集模
块、压
力采集模块、湿度采集模块、影像数据处理模块、固定参数优化模块、主控模块、夹持模块、缓冲模块、紧固模块、按摩模块、外部消毒模块、病情监测模块、数据存储模块、供电模块、终端模块、显示模块；
[0009] 骨折影像采集模块，与主控模块连接，用于通过医疗摄像头采集患者骨折影像；
[0010] 压力采集模块，与主控模块连接，用于通过压力
传感器采集固定支架固定骨折部位的压力数据；
[0011] 湿度采集模块，与主控模块连接，用于通过
湿度传感器采集固定支架固定骨折部位的湿度数据；
[0012] 影像数据处理模块，与主控模块连接，用于通过影像处理程序对采集的骨折影像进行处理；
[0013] 固定参数优化模块，与主控模块连接，用于通过优化程序对固定支架固定参数进行优化；
[0014] 主控模块，与骨折影像采集模块、压力采集模块、湿度采集模块、影像数据处理模块、固定参数优化模块、夹持模块、缓冲模块、紧固模块、按摩模块、外部消毒模块、病情监测模块、数据存储模块、供电模块、终端模块、显示模块连接，用于通过
单片机控制各个模块正常工作；
[0015] 夹持模块，与主控模块连接，用于通过夹持骨架对骨折部位进行夹持操作；
[0016] 缓冲模块，与主控模块连接，用于通过缓冲
弹簧对固定支架进行缓冲操作；
[0017] 紧固模块，与主控模块连接，用于通过旋钮对固定支架进行加紧固定操作；
[0018] 按摩模块，与主控模块连接，用于通过按摩垫对固定部位进行按摩操作；
[0019] 外部消毒模块，与主控模块连接，用于通过消毒器对支架系统外部进行消毒处理；
[0020] 病情监测模块，与主控模块连接，用于通过病情监测设备进行患者骨折情况的实时监测；
[0021] 数据存储模块，与主控模块连接，用于通过主控模块内置的存储芯片对采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果进行存储；
[0022] 供电模块，与主控模块连接，用于通过系统内置电源为整个支架系统供电；
[0023] 终端模块，与主控模块连接，用于通过
云服务器将患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果的实时数据发送至移动终端；
[0024] 显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果。
[0025] 本发明的另一目的在于提供一种骨科外固定支架系统的信息处理方法，包括：
[0026] 步骤一，通过骨折影像采集模块利用医疗摄像头采集患者骨折影像；通过压力采集模块利用
压力传感器采集固定支架固定骨折部位的压力数据；通过湿度采集模块利用湿度传感器采集固定支架固定骨折部位的湿度数据；通过影像数据处理模块利用影像处理程序对采集的骨折影像进行处理；通过固定参数优化模块利用优化程序对固定支架固定参数进行优化；
[0027] 步骤二，主控模块调度夹持模块利用夹持骨架对骨折部位进行夹持操作；通过缓冲模块利用缓冲弹簧对固定支架进行缓冲操作；通过紧固模块利用旋钮对固定支架进行加紧固定操作；通过按摩模块利用按摩垫对固定部位进行按摩操作；通过外部消毒模块利用消毒器对支架系统外部进行消毒处理；通过病情监测模块利用病情监测设备进行患者骨折情况的实时监测；通过数据存储模块利用主控模块内置的存储芯片对采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果进行存储；
[0028] 步骤三，通过供电模块利用系统内置电源为整个支架系统供电；通过终端模块利用云服务器将患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果的实时数据发送至移动终端；
[0029] 步骤四，通过显示模块利用显示器显示采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果。
[0030] 进一步，所述影像数据处理模块处理方法如下：
[0031] 1)通过影像处理程序将骨折影像导入数据处理中心；
[0033] 3)对识别后的图像进行预定参数值测量，得到一组数据值；
[0034] 4)将步骤3)中得到的数据值进行处理后输出。
[0035] 进一步，所述步骤2)中，所述对导入的图像进行图像识别，还包括步骤：
[0036] 在所述X光片上标示出骨骼轮廓线；
[0037] 在所述X光片上标示出骨折线；
[0038] 在所述X光片上标示出标识线和/或标识点；
[0039] 把各所述参数值及所述标识线或标识点部分或全部显示于所述X光片上；
[0040] 识别出骨折线的数量和/或骨折线与所述标识线和/或标识点的
位置关系。
[0041] 进一步，所述步骤3)还包括，根据不同的骨折分型需求，测量出相应的分型所需的参数，并存储于预设的
数据库中。
[0042] 进一步，所述步骤4)中，对处理后的所述数据值与所述分型数据库进行数据匹配，根据匹配结果将分型结果输出；所述分型数据库包括AO分型数据库；所述数据处理中心内还预设有针对不同骨骼分型下每种类型的骨折所对应的
治疗方案，输出AO分型结果的同时，将对应的治疗方案一并输出。
[0043] 进一步，所述步骤2)对导入的图像进行图像识别，包括以下预处理步骤：
[0044] 先对所述图像进行滤波、去噪，再分段线性灰度变换；
[0045] 在上述步骤之后进行
图像分割、提取边缘，再进行连通域处理后进行形态学过滤；
[0046] 将数据从图像块迁移到轮廓形状；
[0047] 通过CNN学习图像块纹理模态和轮廓形状模态的联合表达层，形成从图像块到纹理的通路；
[0048] 沿所述通路进行轮廓提取，得到骨骼结构的轮廓形状；
[0049] 采用多重线性回归分类器得到影像中骨骼解剖结构的可能性组合。
[0050] 进一步，所述固定参数优化模块优化方法如下：
[0051] (1)对骨折部位扫描，进行骨折骨建模；
[0052] (2)采用
正交实验设计的方法在三维
软件中对不同的内固定参数进行组合装配，进行骨折骨模型有限元网格划分，对内固定系统的骨折骨进行按灰度值赋力学特性值；同时进行不同螺钉布局装配，整体有限元网格划分；
[0053] (3)加载模拟骨折骨的力学环境进行计算，获得对内固定系统的
应力以及骨折的愈合结果，然后对骨折的愈合结果进行评价；
[0054] (4)更新螺钉布局，重复步骤(2)、步骤(3)，对螺钉布局进行组合优化。
[0055] 进一步，所述步骤(1)具体包括：对骨折部位进行CT扫描，并将扫描图像以DICOM格式储存；将所述扫描图像导入医学影像处理软件mimics，对扫描的骨折部位进行
阈值分割以及区域增长处理，对骨折骨进行分离获得骨折骨模型；将分离出的所述骨折骨模型以stl格式导入三维软件进行实体化处理，完成构造格栅以及拟合曲面操作以Iges格式导出，完成骨折骨建模。
[0056] 进一步，所述步骤(2)中的所述按灰度值赋力学特性值具体包括：利用医学影像软件mimics对CT图像中骨折骨进行分离，利用医学影像软件mimics对内固定系统下的骨折骨进行根据灰度值的
弹性模量值赋值。
[0057] 进一步，所述步骤(2)中的所述对内固定系统下的骨折骨进行根据灰度值的弹性模量值赋值具体包括：根据单独对骨折骨进行弹性模量赋值的模块
节点文件对整体内固定系统的模块节点文件进行
修改，根据节点的编号对模块编号进行修改。
[0058] 进一步，所述步骤(2)中的所述采用正交实验设计的方法在三维软件中对不同的内固定参数进行组合装配具体包括：利用正交实验设计方法对不同的内固定参数进行组合，利用三维软件对骨折间隙进行求解，利用三维软件对内固定系统下的骨折骨模型进行装配。
[0059] 进一步，所述病情监测模块包括：病情
数据采集模块、
信号放大模块、信号滤波模块、信号转换模块、微处理模块、预警模块、数据传输模块；
[0060] 病情数据采集模块，通过现有的数据采集模块采集所需要的病人病情的数据；
[0061] 信号放大模块、信号滤波模块，将采集到的数据经信号放大模块放大、信号滤波模块滤波；
[0062] 信号转换模块，通过信号转换模块将模拟
数字信号转换为数字信号，然后将数据传送给微处理模块；
[0063] 微处理模块，对传送来的数据信息进行实时扫描；
[0064] 预警模块，如果在一定的时间间隔内出现了一定数量的危险病情信号，通过数据传输模块立即传送一报警信号给单片机并同时启动报警模块，还同时将这段时间的数据信息通过数据传输模块全部传送给单片机待医务人员参考；如果微处理模块没有扫描到危险病情信号，则以预定的时间间隔将扫描过数据传送至数据储存模块中；
[0065] 数据传输模块，通过采用蓝牙技术将数据储存模块中数据以预定的时间间隔传送给单片机。
[0066] 进一步，所述单片机设置有与数据传输模块相匹配的蓝牙接收模块、打印输出模块和报警模块；所述蓝牙接收模块接收数据传输模块传送出来的数据信息，并将这些数据信息存放在单片机中，当单片机收到报警信号的时候，便立刻通过报警模块通知医务人员进行处理。
[0067] 本发明的另一目的在于提供一种实现所述骨科外固定支架系统的信息处理方法的信息数据处理终端。
[0068] 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的骨科外固定支架系统的信息处理方法。
[0069] 本发明的优点及积极效果为：
[0070] 本发明通过影像数据处理模块对患者骨折影像进行快速、准确识别及测量，获取相关重要参数，综合分析推导出骨折分型，并可基于分型提出治疗方案的方法；提高骨折影像的阅片速度和
精度，解决人工读片误诊漏诊率高的问题，提高急诊及骨科医师对骨折诊疗过程中的医疗效率和医疗
质量；同时，通过固定参数优化模块将骨折愈合过程及结果作为评价内固定系统参数组合的标准，采用对有限元软件二次开发的方式对骨愈合过程进行了模拟，提高了有限元模拟的准确性，为骨折治疗过程中
接骨板内固定参数的组合优化选择提供了
基础，提高固定效果。本发明所述病情监测模块采用了无线数据传输技术，使得使用者的行动不在受到制约。本发明在患者出现异状的第一时间就可以发出警报，给医生对患者进行救治赢得了宝贵的时间。
附图说明
[0071] 图1是本发明
实施例提供的骨科外固定支架系统结构
框图。
[0072] 图中：1、骨折影像采集模块；2、压力采集模块；3、湿度采集模块；4、影像数据处理模块；5、固定参数优化模块；6、主控模块；7、夹持模块；8、缓冲模块；9、紧固模块；10、按摩模块；11、外部消毒模块；12、病情监测模块；13、数据存储模块；14、供电模块；15、终端模块；16、显示模块。
[0073] 图2是本发明实施例提供的病情监测模块示意图。
[0074] 图中：12-1、病情数据采集模块；12-2、信号放大模块；12-3、信号滤波模块；12-4、信号转换模块；12-5、微处理模块；12-6、预警模块；12-7、数据传输模块。
[0075] 图3是本发明实施例提供的骨科外固定支架系统的信息处理方法
流程图。
[0076] 图4是本发明实施例提供的影像数据处理模块处理方法流程图。
[0077] 图5是本发明实施例提供的固定参数优化模块优化方法流程图。
具体实施方式
[0078] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0079] 下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
[0080] 如图1所示，本发明实施例提供的骨科外固定支架系统包括：骨折影像采集模块1、压力采集模块2、湿度采集模块3、影像数据处理模块4、固定参数优化模块5、主控模块6、夹持模块7、缓冲模块8、紧固模块9、按摩模块10、外部消毒模块11、病情监测模块12、数据存储模块13、供电模块14、终端模块15、显示模块16。
[0081] 骨折影像采集模块1，与主控模块6连接，用于通过医疗摄像头采集患者骨折影像。
[0082] 压力采集模块2，与主控模块6连接，用于通过压力传感器采集固定支架固定骨折部位的压力数据。
[0083] 湿度采集模块3，与主控模块连接，用于通过湿度传感器采集固定支架固定骨折部位的湿度数据。
[0084] 影像数据处理模块4，与主控模块6连接，用于通过影像处理程序对采集的骨折影像进行处理。
[0085] 固定参数优化模块5，与主控模块6连接，用于通过优化程序对固定支架固定参数进行优化。
[0086] 主控模块6，与骨折影像采集模块1、压力采集模块2、湿度采集模块3、影像数据处理模块4、固定参数优化模块5、夹持模块7、缓冲模块8、紧固模块9、按摩模块10、外部消毒模块11、病情监测模块12、数据存储模块13、供电模块14、终端模块15、显示模块16连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作。
[0087] 夹持模块7，与主控模块6连接，用于通过夹持骨架对骨折部位进行夹持操作。
[0088] 缓冲模块8，与主控模块6连接，用于通过缓冲弹簧对固定支架进行缓冲操作。
[0089] 紧固模块9，与主控模块6连接，用于通过旋钮对固定支架进行加紧固定操作。
[0090] 按摩模块10，与主控模块6连接，用于通过按摩垫对固定部位进行按摩操作。
[0091] 外部消毒模块11，与主控模块6连接，用于通过消毒器对支架系统外部进行消毒处理。
[0092] 病情监测模块12，与主控模块6连接，用于通过病情监测设备进行患者骨折情况的实时监测。
[0093] 数据存储模块13，与主控模块6连接，用于通过主控模块内置的存储芯片对采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果进行存储。
[0094] 供电模块14，与主控模块6连接，用于通过系统内置电源为整个支架系统供电。
[0095] 终端模块15，与主控模块6连接，用于通过云服务器将患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果的实时数据发送至移动终端。
[0096] 显示模块16，与主控模块6连接，用于通过显示器显示采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果。
[0097] 如图2所示，本发明提供的病情监测模块12包括：病情数据采集模块12-1、信号放大模块12-2、信号滤波模块12-3、信号转换模块12-4、微处理模块12-5、预警模块12-6、数据传输模块12-7。
[0098] 病情数据采集模块12-1，通过现有的数据采集模块采集所需要的病人病情的数据。
[0099] 信号放大模块12-2、信号滤波模块12-3，将采集到的数据经信号放大模块放大、信号滤波模块滤波。
[0100] 信号转换模块12-4，通过信号转换模块将模拟数字信号转换为数字信号，然后将数据传送给微处理模块。
[0101] 微处理模块12-5，对传送来的数据信息进行实时扫描。
[0102] 预警模块12-6，如果在一定的时间间隔内出现了一定数量的危险病情信号，通过数据传输模块立即传送一报警信号给单片机并同时启动报警模块，还同时将这段时间的数据信息通过数据传输模块全部传送给单片机待医务人员参考。如果微处理模块没有扫描到危险病情信号，则以预定的时间间隔将扫描过数据传送至数据储存模块13中。
[0103] 数据传输模块12-7，通过采用蓝牙技术将数据储存模块中数据以预定的时间间隔传送给单片机。
[0104] 本发明提供的单片机设置有与数据传输模块相匹配的蓝牙接收模块、打印输出模块和报警模块。所述蓝牙接收模块接收数据传输模块传送出来的数据信息，并将这些数据信息存放在单片机中，当单片机收到报警信号的时候，便立刻通过报警模块通知医务人员进行处理。
[0105] 如图3，本发明实施例提供的骨科外固定支架系统的信息处理方法，包括：
[0106] S101，通过骨折影像采集模块利用医疗摄像头采集患者骨折影像；通过压力采集模块利用压力传感器采集固定支架固定骨折部位的压力数据；通过湿度采集模块利用湿度传感器采集固定支架固定骨折部位的湿度数据；通过影像数据处理模块利用影像处理程序对采集的骨折影像进行处理；通过固定参数优化模块利用优化程序对固定支架固定参数进行优化。
[0107] S102，主控模块调度夹持模块利用夹持骨架对骨折部位进行夹持操作；通过缓冲模块利用缓冲弹簧对固定支架进行缓冲操作；通过紧固模块利用旋钮对固定支架进行加紧固定操作；通过按摩模块利用按摩垫对固定部位进行按摩操作；通过外部消毒模块利用消毒器对支架系统外部进行消毒处理；通过病情监测模块利用病情监测设备进行患者骨折情况的实时监测；通过数据存储模块利用主控模块内置的存储芯片对采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果进行存储。
[0108] S103，通过供电模块利用系统内置电源为整个支架系统供电；通过终端模块利用云服务器将患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果的实时数据发送至移动终端。
[0109] S104，通过显示模块利用显示器显示采集的患者骨折影像、固定骨折部位的压力、湿度及影像处理结果、固定参数优化结果。
[0110] 下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
[0111] 实施例1
[0112] 如图4所示，本发明提供的影像数据处理模块4处理方法如下：
[0113] S201，通过影像处理程序将骨折影像导入数据处理中心。
[0114] S202，对导入的图像进行图像识别。
[0115] S203，对识别后的图像进行预定参数值测量，得到一组数据值。
[0116] S204，将步骤S203中得到的数据值进行处理后输出。
[0117] 本发明提供的步骤S202中，所述对导入的图像进行图像识别，还包括步骤：
[0118] 在所述X光片上标示出骨骼轮廓线。
[0119] 在所述X光片上标示出骨折线。
[0120] 在所述X光片上标示出标识线和/或标识点。
[0121] 把各所述参数值及所述标识线或标识点部分或全部显示于所述X光片上。
[0122] 识别出骨折线的数量和/或骨折线与所述标识线和/或标识点的位置关系。
[0123] 本发明提供的步骤S203还包括，根据不同的骨折分型需求，测量出相应的分型所需的参数，并存储于预设的数据库中。
[0124] 本发明提供的步骤S204中，对处理后的所述数据值与所述分型数据库进行数据匹配，根据匹配结果将分型结果输出。所述分型数据库包括AO分型数据库。所述数据处理中心内还预设有针对不同骨骼分型下每种类型的骨折所对应的治疗方案，输出AO分型结果的同时，将对应的治疗方案一并输出。
[0125] 本发明提供的步骤S202对导入的图像进行图像识别，包括以下预处理步骤：
[0126] 先对所述图像进行滤波、去噪，再分段线性灰度变换。
[0127] 在上述步骤之后进行图像分割、提取边缘，再进行连通域处理后进行形态学过滤。
[0128] 将数据从图像块迁移到轮廓形状。
[0129] 通过CNN学习图像块纹理模态和轮廓形状模态的联合表达层，形成从图像块到纹理的通路。
[0130] 沿所述通路进行轮廓提取，得到骨骼结构的轮廓形状。
[0131] 采用多重线性回归分类器得到影像中骨骼解剖结构的可能性组合。
[0132] 实施例2
[0133] 如图5所示，本发明提供的固定参数优化模块5优化方法如下：
[0134] S301，对骨折部位扫描，进行骨折骨建模。
[0135] S302，采用正交实验设计的方法在三维软件中对不同的内固定参数进行组合装配，进行骨折骨模型有限元网格划分，对内固定系统的骨折骨进行按灰度值赋力学特性值；同时进行不同螺钉布局装配，整体有限元网格划分。
[0136] S303，加载模拟骨折骨的力学环境进行计算，获得对内固定系统的应力以及骨折的愈合结果，然后对骨折的愈合结果进行评价。
[0137] S304，更新螺钉布局，重复步骤S302、步骤S303，对螺钉布局进行组合优化。
[0138] 本发明提供的步骤S301具体包括：对骨折部位进行CT扫描，并将扫描图像以DICOM格式储存；将所述扫描图像导入医学影像处理软件mimics，对扫描的骨折部位进行阈值分割以及区域增长处理，对骨折骨进行分离获得骨折骨模型；将分离出的所述骨折骨模型以stl格式导入三维软件进行实体化处理，完成构造格栅以及拟合曲面操作以Iges格式导出，完成骨折骨建模。
[0139] 本发明提供的步骤S302中的所述按灰度值赋力学特性值具体包括：利用医学影像软件mimics对CT图像中骨折骨进行分离，利用医学影像软件mimics对内固定系统下的骨折骨进行根据灰度值的弹性模量值赋值。
[0140] 本发明提供的步骤S302中的所述对内固定系统下的骨折骨进行根据灰度值的弹性模量值赋值具体包括：根据单独对骨折骨进行弹性模量赋值的模块节点文件对整体内固定系统的模块节点文件进行修改，根据节点的编号对模块编号进行修改。
[0141] 本发明提供的步骤S3012中的所述采用正交实验设计的方法在三维软件中对不同的内固定参数进行组合装配具体包括：利用正交实验设计方法对不同的内固定参数进行组合，利用三维软件对骨折间隙进行求解，利用三维软件对内固定系统下的骨折骨模型进行装配。
[0142] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、
硬件、
固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以
计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、
计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个
网站站点、计算机、服务器或
数据中心通过有线(例如同轴
电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、
微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是
磁性介质，(例如，
软盘、
硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者
半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0143] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
