[發明專利]一種膝關節置換手術術前規劃方法

在審

• 申請號: 202210550039.5
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN115005977A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 馮冠元;耿帥;蔣振剛;師為禮
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;G06F17/12
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 尹慶娟

一種膝關節置換手術術前規劃方法屬于計算機視覺技術領域，目的在于解決現有技術存在的下肢機械軸提取精度低以及植入體型號選擇誤差大的問題。本發明包括以下步驟：采用CT技術獲取髖關節、膝關節和踝關節的CT數據，利用CT數據構建股骨和脛骨的三維重建模型，將股骨和脛骨的三維模型分別與三維立體結構合并處理后，再分別將股骨和脛骨的三維重建模型去除，獲得含有股骨輪廓的立方體模型和含有脛骨輪廓的三維立體結構模型；采用三維提取方法分別提取脛骨的解剖軸和股骨的解剖軸，所述脛骨的解剖軸和股骨的解剖軸提取過程相同；提取下肢、股骨以及脛骨的機械軸；對股骨髁植入體進行選型。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種膝關節置換手術術前規劃方法。

背景技術

隨著社會老齡化，骨性關節炎已成為世界上最常見的骨關節疾病，根據世界衛生組織最新統計顯示，人類由于各種原因導致的骨性關節炎數量呈現逐年倍增的趨勢，當在早期診斷時，骨性關節炎可以通過非手術治療方案進行治療，包括物理治療，運動以及減輕體重，還可以口服一些藥物如乙酰氨基酚，所有這些非手術的治療方法對于骨性關節炎產生的疼痛都有不同程度的削減。在骨性關節炎晚期的時候，尚無有效的骨性關節炎治療方法，其結局多是需要進行人工關節置換術，這可以解決患者疼痛，提高生活質量，但前提是下肢解剖軸參數的精確提取指導醫生進行植入體的精確放入和植入體選擇合適的型號，是實現膝關節置換術后生物力學的再復制的兩個重要因素。

隨著影像學技術的進步，三維骨骼模型在整形外科中越來越受歡迎。在三維研究中，由于骨骼三維形狀復雜，三維骨骼重建信息比二維信息更豐富，能夠反映下肢相對真實的機械軸線信息，有效地解決上述一系列問題，尤其是對復雜的下肢畸形患者而言。然而，全膝關節置換手術術前計劃的關注度不高，導致下肢機械軸線三維提取方法不多。其中大多數采用最小二乘法等傳統的擬合方法提取機械軸，這將導致數據中的一些誤差。

選取適當的植入體型號是保證全膝置換手術成功的關鍵因素之一。由于人們的個體化差異，商用膝關節植入體型號固定，無法針對患者個體特征進行調整。目前大多通過高價定制，才能保證植入體的契合度。但是這種方法只能滿足一小部分人的需求，絕大部分人還是會采用外科醫生選取的植入體型號。因此，植入體型號的選擇也成為全膝置換術是否成功的關鍵因素之一，這對于測量符合患者的植入體尺寸有著嚴格的要求。股骨髁的形態較脛骨形態復雜，因此股骨髁植入體的型號選擇尤為重要。全膝置換術術后的疼痛和僵硬通常與植入體尺寸有一定的關系。人們在使用較大的股骨植入體時，股骨外懸的發病率越高。然而，植入體尺寸過小可能導致假體下沉、脛股不穩定、植入體過早松動。目前臨床上和研究中對于股骨髁植入體的型號選擇，大多是根據傳統的方法：需要滿足前后徑的大小，當前后徑符合植入體的要求后，根據股骨髁植入體前后徑的大小選擇相應內外徑大小的植入體型號。然而這種臨床上常用的方法并不能準確預測術中所需植入體的大小，只能粗略估計可能需要的植入體尺寸。

發明內容

本發明的目的在于提出一種膝關節置換手術術前規劃方法，解決現有技術存在的下肢機械軸提取精度低以及植入體型號選擇誤差大的問題。

為實現上述目的，本發明的一種膝關節置換手術術前規劃方法包括以下步驟：

步驟一：利用新型工程學的逆向工程技術原理，采用CT技術獲取髖關節、膝關節和踝關節的CT數據，利用CT數據構建股骨和脛骨的三維重建模型，將股骨和脛骨的三維模型分別與三維立體結構合并處理后，再分別將股骨和脛骨的三維重建模型去除，獲得含有股骨輪廓的立方體模型和含有脛骨輪廓的三維立體結構模型；

步驟二：采用三維提取方法分別提取脛骨的解剖軸和股骨的解剖軸，所述脛骨的解剖軸和股骨的解剖軸提取過程相同；提取下肢、股骨以及脛骨的機械軸；對股骨髁植入體進行選型；