[發明專利]一種數字化輔助確定股骨遠端截骨平面的方法

在審

• 申請號: 201710480602.5
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107296651A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 王素;楊洋洋;徐亮;李凱
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及醫療技術領域，具有鮮明的醫工結合特色，具體是一種數字化輔助在全膝關節置換手術前確定股骨遠端截骨平面的方法。

背景技術

骨關節炎(osteoarthritis,OA)，又名骨關節病(osteoarthrosis)，是一種常見的風濕性疾病。骨關節炎影響老年患者的行走、上下樓梯及其他下肢功能，部分嚴重地導致關節功能障礙、關節畸形，甚至導致殘疾。

對于嚴重的骨關節炎患者，最徹底的治療方法即通過人工膝關節置換術。在傳統膝關節置換術中，術者主要通過髓內定位的方式確定截骨平面，這樣不僅增加了發生脂肪栓塞和感染的風險，同時也增加了手術時間，增大手術風險。

傳統膝關節置換術精度低，只能利用整數倍的角度進行截骨，比如外翻角通常只能取3°到8°的整數角度，外旋角只能取0°，3°和5°進行截骨，對于股骨前弓角較大的情況，容易發生髓腔桿導向錯誤，甚至無法插入髓腔桿。同時，截骨平面所需骨性標志點完全是按照醫生本身經驗選取，精度低，導致手術失敗率增高。

采用傳統方法定位下肢機械軸出現3°以內內外翻的失敗率高達30％以上。Stulberg認為這是由傳統機械定位器械固有的局限性造成的，術者不能通過手法觸摸解剖標志定位截骨獲得很高的準確性。

發明內容

有鑒于此，本發明針對上述問題，提出了一種數字化輔助確定股骨遠端截骨平面的方法，具體包括如下步驟：

(1)對患者進行連續斷層CT掃描，獲得影像數據；

(2)將影像數據文件導入到交互式醫學圖像處理軟件Mimics 15.0中，，對圖像進行二值化、區域增長和空腔填充處理，分割出股骨蒙板，經三維運算得到股骨三維模型數據；

(3)通過逆向工程手段得到膝關節假體的三維模型數據；

(4)將股骨三維模型和膝關節假體三維模型導入到逆向工程軟件Geomagic studio 2013中，進行多邊形處理和精確曲面處理，得到理想的曲面模型數據；

(5)對患者進行X光檢查，獲得患者冠狀位與矢狀位的下肢負重X片，并導入到計算機輔助設計軟件AutoCAD 2016中測量相關角度；

(6)將患者股骨遠端三維模型導入到計算機輔助設計軟件UG(Unigraphics,UG)NX 9.0中，進行骨性標志點的標注，確定股骨機械軸和解剖軸；

(7)在UG NX 9.0中再次測量相關角度，對比步驟(5)中測量的角度，以確定股骨機械軸和解剖軸定位的準確性；

(8)在UG NX 9.0中，通過股骨機械軸在冠狀面上的垂線與股骨解剖軸在矢狀面上的垂線，找到股骨遠端中立位平面；

(9)在UG NX 9.0中測量股骨前后徑和左右徑，選擇相互匹配的膝關節置換假體，測量假體內側髁厚度，平移股骨遠端中立位平面找到股骨遠端中立位截骨平面；

(10)將相互匹配的假體三維模型導入到計算機輔助設計軟件UG NX 9.0中，以股骨遠端中立位截骨平面為基準進行裝配，若假體前翼與股骨前皮質面切角大于3°而小于5°時，中立位截骨平面就是最終截骨平面，若假體前翼與股骨前皮質面切角小于3°或大于5°時，需調整角度找到屈曲位截骨平面為最終截骨平面。

(11)確定了股骨遠端截骨平面與假體位置后進行其他面的截骨。

步驟(1)中，所述的CT掃描部位為上至股骨遠端關節面160mm左右，下至股骨遠端關節面50mm左右，掃描儀器是德國西門子公司SOMATOM Definition AS+，所述的CT掃描電壓是130KV，掃描電流是300mA，掃描層厚是1mm，掃描層間距是1mm，圖像分辨率是512px*512px，所述的影像數據格式為DICOM 3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine 3.0,DICOM 3.0)。

步驟(2)中和步驟(3)中，所述的股骨三維模型數據和膝關節假體的三維模型數據是STL格式(Standard Template Library,STL)。

步驟(3)中，所述的膝關節假體采用德國Link公司的保留后交叉韌帶、旋轉平臺型假體Gemini MKⅡ與固定平臺型假體Gemini PS，同一型號的假體尺寸完全一致，在術中可使用同一套工具進行操作。

步驟(3)中，所用到的逆向工程器械是德國GOM公司的ATOS Core 200激光三維掃描儀。