用于前臂矫正截骨三维手术方案优化的自动遗传算法框架

三维计算机辅助矫正截骨已成为治疗复杂骨畸形的最先进技术。尽管已有相关技术，对于此类病症，目前仍无法自动生成临床可接受、即拿即用的术前规划方案。必须考虑多个相互矛盾且相互依赖的目标，以及临床和技术约束，通常需要进行迭代的手动调整。这导致了不必要的努力和难以承受的临床成本，也阻碍了患者治疗的质量。在本文中，我们提出了一种以全自动方式生成即拿即用术前规划方案的优化框架。使用患者特定的三维模型进行自动诊断评估，以实现三维畸形愈合计量并定义优化参数。随后，将临床目标转化为优化模块，并通过基于加权和多阶段优化方法的定制适应度函数进行控制。该优化基于一种能够求解带非线性约束的多目标优化问题的遗传算法。该框架输出完整的术前规划方案，包括截骨平面的位置与朝向、实现骨复位的变换、以及固定板和螺钉的位置与朝向。对 36 例连续的桡骨截骨病例进行了定性验证，将优化算法（OA）生成的方案与经验丰富的外科医生生成的金标准（GS）方案进行比较。方案经盲法处理后呈现给 6 位读者，其中 55% 的情况下读者投票认为 OA 方案更优。定量评估基于不同的误差度量，显示出相对于 GS 的平均改善。