[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

说明书

技术领域

本发明涉及个性化医学植入体的设计领域，特别涉及基于交互式可视化医学图像处理和计算机辅助设计技术的一种参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统。

背景技术

目前，进行人工膝关节置换成为治疗骨性关节炎、恢复膝关节功能的有效方法，已得到医学界的广泛认可和接受。据统计，目前世界上大约有3.55亿关节疾病患者，欧美国家每年将有20万到30万例全膝关节置换手术(Total Knee Replacement,TKR),2013年我国髋关节、膝关节置换总数约有50万例，膝关节置换数量平均每年以26.9％～27.9％的比例增长。然而研究表明，膝关节解剖形态随性别、种族不同，差异明显。国内外通用的系列化标准化假体，分为几个有限系列和规格，难以满足患者个体化的需求，匹配性差，影响手术长期效果和假体的使用寿命。而国内外研究的定制化膝关节假体，根据患者个体化定制，虽然能明显提高匹配率，但建模效率低，成本高，假体可重复利用率低，续研能力不足。以上所述的问题有待解决，这就需要研究一种新的股骨假体设计系统，在提高匹配率的同时，缩短设计时间，提高效率，满足生产和临床实用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供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，所述的这种参数化驱动的个体化人工膝关节假体的设计系统，能根据患者个性化定制假体，提高股骨假体匹配率和假体使用寿命，建模效率高，避免重复劳动，缩短产品的设计周期，提高模型的二次应用率，具有巨大的社会效益和经济效益。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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人工膝关节假体为参数化的可自动驱动的假体，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性化建模，效率高、匹配性好。该个性可参数驱动股骨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。

在一个优选的实施例中，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，采用交互式可视化医学影像处理模块，导入患者医学影像数据如CT、MRI等，通过定义上下、左右、前后方向得到可视化的轴状、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，快速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精确降噪处理；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，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，测量并记录股骨远端各形态参数值。

在一个优选的实施例中，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，其用于确定膝关节股骨假体的形状和大小，能够用医学CT/MRI数据图像获取人体膝关节个性化主要特征参数，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，由此确定股骨假体个性化的主要特征结构参数。

在一个优选的实施例中，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，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，并根据设计变量及假体结构构建多个参数表达式；所述股骨假体参数化建模，其用于得到膝关节股骨假体的参数化模型，创建参数化草图，添加尺寸约束和几何约束，通过拉伸、裁剪等操作，初步形成假体形状，并采用多条扫掠线构成扫掠面裁剪形成股骨远端曲面，然后对模型进行倒角、面倒圆、布尔运算等操作，完成个性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，确定其能否快速完成建模，此参数化模型可直接用于后续的假体设计，而无需再次重复建模步骤，只需调整参数即可。