[發(fā)明專利]用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的顯示及配準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910084803.2
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN109620406B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鑫;石國健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京和華瑞博醫(yī)療科技有限公司;北京和華瑞博科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B34/10
• 分類號(hào): A61B34/10;A61B90/00;G09B9/00
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 娜拉

本發(fā)明涉及一種用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的虛擬骨骼在混合現(xiàn)實(shí)場景下的顯示及其配準(zhǔn)方法，建立與股骨、脛骨完全吻合的三維虛擬圖像，在確定實(shí)際骨骼與特征體的空間相對關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過識(shí)別特征體，使所述虛擬空間三維虛擬骨骼圖像與實(shí)際空間股骨相對關(guān)系匹配，并使模型可以隨骨骼移動(dòng)而隨動(dòng)，使用本發(fā)明的方法匹配速度塊、準(zhǔn)確性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種虛擬三維骨骼圖像與真實(shí)骨骼匹配的訓(xùn)練方法。

背景技術(shù)

人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(Total Knee Arthroplasty，以下簡稱TKA)是一種治療膝關(guān)節(jié)疾病的新技術(shù)，能非常有效地治療重度膝關(guān)節(jié)病痛，極大地提高病人的生活質(zhì)量。人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的主要過程包括三維立體空間上的準(zhǔn)確截骨、韌帶等軟組織的平衡及穩(wěn)定、假體安放的位置和角度，而全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)對這些因素的要求尤其嚴(yán)格，膝關(guān)節(jié)截骨過程尤為重要。其中下肢的力線是截骨的重要參照，下肢冠狀面的經(jīng)典力線指的是股骨頭的中心經(jīng)過膝關(guān)節(jié)中心至踝關(guān)節(jié)的中心的一條線，而截骨的平面與該線呈垂直關(guān)系。然而，在TKA手術(shù)中，由于手術(shù)區(qū)域暴露有限，并無法用肉眼直視股骨頭的中心以及踝關(guān)節(jié)的中心，僅能通過觸摸或者搖晃大腿圍繞股骨頭旋轉(zhuǎn)等方式間接判斷股骨頭的中心及踝關(guān)節(jié)的中心。由于沒有辦法進(jìn)行直視，所以可能導(dǎo)致截骨參照失誤而出現(xiàn)截骨失敗，尤其是利用配準(zhǔn)方法進(jìn)行手術(shù)必須是有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生進(jìn)行操作，對于一些實(shí)習(xí)的醫(yī)生或者很少做此類手術(shù)的醫(yī)生而言，實(shí)踐和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)很少。

發(fā)明內(nèi)容

手術(shù)是一個(gè)精細(xì)的工作，為了使操作者熟練掌握手術(shù)的過程、路徑，同時(shí)更是為了訓(xùn)練手術(shù)操作的準(zhǔn)確和靈活性，本發(fā)明試圖提供一種在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中如何應(yīng)用虛擬影像與解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行配準(zhǔn)的訓(xùn)練方法，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

(1)首先明確骨骼標(biāo)樣，建立標(biāo)樣的數(shù)據(jù)庫：

獲取骨骼標(biāo)樣數(shù)據(jù)，所述標(biāo)樣為股骨、脛骨；對股骨和脛骨的整體進(jìn)行CT連續(xù)斷層掃描，獲取掃描數(shù)據(jù)，通過掃描的數(shù)據(jù)重建得到虛擬三維標(biāo)樣；

(2)將虛擬三維標(biāo)樣導(dǎo)入無線全息計(jì)算機(jī)頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行圖像預(yù)處理，并在標(biāo)樣需要的解剖標(biāo)志位置進(jìn)行標(biāo)定，所述虛擬三維標(biāo)樣與真實(shí)標(biāo)樣比例為1:1，所述標(biāo)樣定義為A，虛擬的三維標(biāo)樣定義為A’；

(3)選取特征體和虛擬特征體，任意選取一個(gè)或多個(gè)特征體，將特征體定義為B，而將虛擬三維標(biāo)樣的特征體定義為B’，所述B與B’的大小、形狀、每個(gè)面的特征完全吻合；

(4)在無線全息計(jì)算機(jī)頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備上可以設(shè)置虛擬的特征體B’與虛擬三維標(biāo)樣A’的空間相對關(guān)系，空間相對關(guān)系設(shè)置完成后二者可以保持相對靜止；即A’與B’在世界坐標(biāo)系中永遠(yuǎn)保持相對靜止關(guān)系。

(5)暴露標(biāo)樣，將真實(shí)的特征體B與標(biāo)樣進(jìn)行剛性連接,利用配準(zhǔn)技術(shù)(配準(zhǔn)技術(shù)是智能可穿戴設(shè)備現(xiàn)有的功能)，獲得標(biāo)樣及特征體B之間的空間關(guān)系，并計(jì)算出標(biāo)樣與特征體B的相對空間坐標(biāo)系坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，確定標(biāo)樣與其特征體B之間的空間相對關(guān)系；

(6)當(dāng)獲得真實(shí)特征體B與標(biāo)樣相對空間坐標(biāo)后，通過無線全息計(jì)算機(jī)頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備基于步驟(5)設(shè)置出虛擬三維標(biāo)樣A’與虛擬特征體B’的虛擬空間相對關(guān)系，使所述空間相對關(guān)系與虛擬空間相對關(guān)系匹配。隨著骨骼，即標(biāo)樣的移動(dòng)，虛擬三維標(biāo)樣可以通過實(shí)時(shí)識(shí)別真實(shí)特征體B，使虛擬特征體B’與之匹配，從而實(shí)現(xiàn)跟隨真實(shí)標(biāo)樣對應(yīng)的實(shí)時(shí)移動(dòng)。

本發(fā)明能夠縮短匹配時(shí)間，無線全息計(jì)算機(jī)頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備識(shí)別特征體后能夠立即將虛擬三維模型與骨骼標(biāo)樣匹配；由于骨骼的特征信息不夠，將虛擬骨骼與骨骼標(biāo)樣匹配有一定困難，而識(shí)別特征體較為準(zhǔn)確，所以匹配準(zhǔn)確，誤差?。煌瑫r(shí)操作簡單，操作者無需其他手勢操作，只通過觀察特征體這一步驟就能實(shí)現(xiàn)匹配。

附圖說明

圖1為本發(fā)明配準(zhǔn)流程示意圖；

圖2為本發(fā)明配準(zhǔn)流程示意圖；

具體實(shí)施方式