[发明专利]一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统

权利要求书

1.一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，其特征在于，通过该设计系统得到的假体为可自动驱动的个体化假体，该假体依据患者股骨实际的生理特征参数，自动修改假体变量即可完成假体个体化建模，效率高、匹配性好；该可自动驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统包括：交互式可视化医学影像处理模块；股骨假体个性参数分析模块；股骨假体个性参数化建模模块；个性化股骨假体设计验证分析模块。

2.如权利要求1所述的一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，其特征在于，所述交互式可视化医学影像处理模块包括医学影像三维精确建模处理和股骨远端形态参数测量，所述医学影像三维精确建模处理，其功能在于基于交互式可视化医学影像处理软件精确重构股骨远端三维模型；所述股骨远端形态参数测量，其功能在于基于交互式可视化医学影像处理软件测量股骨远端形态参数值。

3.如权利要求2所述的一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，其特征在于，所述股骨假体个性参数分析模块包括分析确定个性化膝关节股骨假体的特征结构参数，所述分析确定个性化膝关节股骨假体的特征结构参数，其能够用简单的电子计算机断层扫描（CT）/核磁共振（MRI）等医学图像获取人体膝关节个性化主要特征参数确定膝关节股骨假体的形状和大小。

4.如权利要求3所述的一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，其特征在于，所述股骨假体个性参数化建模模块包括定义个性化设计变量、股骨假体参数化建模和模型的参数化验证，所述定义个性化设计变量，其用于构建膝关节股骨假体模型的个性化参数表达式；所述股骨假体参数化建模，其用于得到个体化膝关节股骨假体的参数化模型；所述模型的参数化验证，其用于修改个性化主要特征参数，检查模型是否是参数化模型。

5.如权利要求4所述的一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，所述个性化股骨假体设计验证分析模块包括模拟股骨假体置换和假体匹配性验证，所述模拟股骨假体置换，其用于将设计的个性参数化膝关节股骨假体植入患者膝关节骨骼模型，得到膝关节置换模型；所述假体匹配性验证，其用于分析置换后膝关节股骨假体的匹配情况。

6.一种基于如权利要求1到5任一项所述系统的可自动驱动的个体化膝关节假体，其包括以下步骤：

采用交互式可视化医学影像处理模块，导入患者连续的膝关节断层扫描图像（DICOM）原始数据，如电子计算机断层扫描（CT）/核磁共振（MRI）图像等，根据可视化的轴状、冠状和矢状面视图，对股骨远端关节轮廓区域采用轮廓提取、阈值分割、区域增长、多层编辑等操作，重构膝关节股骨远端数字化三维模型，并对三维模型数据进行降噪处理；

根据重构的三维数据模型，采用交互式可视化医学影像处理模块，确定股骨髁关节面，用距离测量工具（Measure 3D distance）在股骨髁关节面上测量并记录股骨远端各形态参数值；

股骨假体个性参数分析模块，根据测得的股骨远端各形态参数值，分析确定股骨远端大小及形状的主要参数；

根据确定的个性化主要特征结构参数定义个性化设计变量，根据设计变量及假体结构构建多个参数表达式；

对股骨假体进行个性参数化建模，绘制草图并添加尺寸约束与几何约束，通过对称拉伸、添加基准面、基准轴及修剪体、偏置面、拉伸裁剪、边倒圆、扫掠等系列操作，得到个性化符合解剖结构的参数化膝关节股骨假体；

验证股骨假体参数化模型，修改个性化特征参数，检查模型是否能顺利实现建模，若无法顺利实现建模，重复上述操作，对设计进行修改，直到实现可参数驱动即可，并保存参数模型；

利用个性化股骨假体设计验证模块，对患者股骨远端模型进行术前规划，调整可自动驱动的个体化膝关节股骨假体的参数值得到合适的假体模型，使其与股骨远端最佳贴合匹配，由此确定截骨面；依照手术方案模拟股骨远端截骨，通过布尔运算等操作得到股骨远端截骨模型，在软件系统模块中用系统工具将截骨后的股骨远端模型与股骨假体的三维坐标系匹配一致，再通过平移、旋转、约束等操作完成关节置换装配操作；

对置换后的模型进行匹配性验证，该操作基于配合面和假体的生产面之间的差别及分析股骨、假体的应力实现。

7.如权利要求6所述的一种基于参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，其特征在于，所述步骤、步骤中，股骨远端数字化三维模型重构和解剖参数的测量采用交互式医学图像处理软件为核心。