[发明专利]膝关节置换的三维术前规划系统及假体模型匹配方法

说明书

本申请公开了膝关节置换的三维术前规划系统及假体模型匹配方法，包括：首先对医学图像进行处理得到三维骨骼模型，而后基于三维骨骼模型确定三维骨骼假体模型，最后对两模型进行模拟安装，实现了假体置换的术前可视化模拟，有助于提高膝关节置换手术的精度，解决相关技术中膝关节置换术前规划依赖人工经验而导致的手术精度低、安全性差的缺陷。

技术领域

本公开涉及数据处理技术领域，具体涉及到一种膝关节置换的三维术前规划系统。

背景技术

传统TKA手术(全膝关节置换术)采用截骨板进行模块截骨，主要参考患者术前的影像学X线片，术中骨性标志进行测量后手动放置截骨板进行操作，此类方法主要依靠手术医生的技术与经验，对间隙平衡和假体位置的安装等指标完全凭借主观感觉进行评估。且由于截骨板型号固定，一旦放置完成截骨量无法进行调整，易导致截骨量不当造成的间隙不平衡，具有较低的可重复性。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种膝关节置换的三维术前规划系统及假体模型匹配方法。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供了一种膝关节三维骨骼模型的假体模型匹配方法，包括：在获取到膝关节的医学图像后，对所述医学图像进行分割和三维重建，得到膝关节的三维骨骼模型；基于所述三维骨骼模型，确定骨骼关键参数；基于所述骨骼关键参数确定三维骨骼假体模型的类型和型号；将选择的三维骨骼假体模型植入所述三维骨骼模型；基于所述骨骼关键参数和所述三维骨骼假体模型的类型和型号调整所述三维骨骼假体模型的安放位置和安放角度。

可选地，三维骨骼模型包括三维股骨模型，所述三维骨骼假体模型包括三维股骨假体模型，所述骨骼关键参数包括股骨关键参数，所述股骨关键参数包括股骨机械轴、股骨通髁线、后髁连线、股骨左右径和股骨前后径；基于所述骨骼关键参数和所述三维骨骼假体模型的类型和型号调整所述三维骨骼假体模型的安放位置和安放角度的步骤包括：基于所述股骨左右径和股骨前后径，调整所述三维股骨假体模型的放置位置；调整所述三维股骨假体模型的内翻角或外翻角，使所述三维股骨假体模型的横截面与所述股骨机械轴垂直；调整所述三维股骨假体的内旋角或外旋角，使股骨后髁角在预设范围内。

可选地，三维骨骼模型还包括三维胫骨模型，所述三维股骨假体模型还包括三维胫骨假体模型；所述骨骼关键参数还包括胫骨关键参数，所述胫骨关键参数包括胫骨机械轴、胫骨左右径和胫骨前后径；基于所述骨骼关键参数和所述三维骨骼假体模型的类型和型号调整所述三维骨骼假体模型的安放位置和安放角度的步骤包括：基于所述胫骨左右径和胫骨前后径，调整三维胫骨假体模型的安放位置；调整三维胫骨假体的内翻角或外翻角，使所述胫骨机械轴与所述三维胫骨假体的横截面垂直

可选地，在调整所述三维骨骼假体模型的安放位置和安放角度的步骤之后，所述方法还包括：基于三维骨骼假体模型与三维骨骼模型的匹配关系进行模拟截骨，得到三维骨骼术后模拟模型；对所述三维股骨术后模拟模型进行包括伸直位和屈曲位的运动模拟；在伸直位状态确定伸直间隙，在屈曲状态确定屈曲间隙；对比所述伸直间隙与所述屈曲间隙，对所述三维骨骼假体模型进行匹配性验证。

可选地，方法还包括：基于所述三维股骨模型确定股骨髓腔中心点的三维坐标；通过圆形拟合法创建髓内定位模拟杆；由所述髓内定位模拟杆确定股骨开髓点。

根据本公开的第二方面，提供了一种膝关节置换的三维术前规划系统，包括：图像预处理单元，被配置成在获取到膝关节的医学图像后，对所述医学图像进行分割和三维重建，得到膝关节的三维骨骼模型；假体确定单元，被配置成基于所述三维骨骼模型，确定骨骼关键参数；基于所述骨骼关键参数确定三维骨骼假体模型的类型和型号；植入单元，被配置成将选择的三维骨骼假体模型植入所述三维骨骼模型；调整单元，被配置成基于所述骨骼关键参数和所述三维骨骼假体模型的类型和型号调整所述三维骨骼假体模型的安放位置和安放角度。