膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法，所述制作方法包括：接收以实时三维扫描方式获取患者膝关节的三维解剖结构数据，所述三维解剖结构数据包括患者膝关节的数据和患者膝关节上的解剖特征标记的数据；根据三维解剖结构数据，处理得到三维膝关节数字模型，所述三维膝关节数字模型包括患者膝关节的数字模型和解剖特征标记的数字模型；根据三维膝关节数字模型，创建截骨定位件的三维工具数字模型；以及根据三维工具数字模型，创建截骨定位件的三维工具实体模型。本发明专利技术采用实时三维扫描患者膝关节实体手术区域，完成膝关节数字建模，提高了建模效率，同时提升了膝关节数字建模的准确性。

【技术实现步骤摘要】
膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法。
技术介绍
膝关节是人体最大与最重要的关节之一，其病损将严重影响患者的活动功能，降低生活质量。随着我国人口平均寿命的延长，膝关节退变性骨关节炎的发病率在老龄人群中呈明显的增加趋势。对于严重退变的膝关节而言，如何最大限度地重建膝关节功能，是当前亟待解决的问题。全膝关节置换(TotalkneeArthroplasty，TKA)正是可以实现这一膝关节重建功能的技术。全膝关节置换术利用人工生物材料制成的关节假体置换关节中已被破坏的骨和软骨，较好地达到了膝关节重建的目的。关节假体放置之前，一般需通过截骨工具切除已被破坏的股骨和胫骨的表面(有时髌骨关节面相应进行切除)，以准确安放关节假体。关节假体安放的精度绝大程度上由截骨操作所影响。目前临床上常用的截骨工具是根据患者骨骼大小，并通过与不同型号的试模逐一比对匹配而获得。如此一来，关节假体大小的选择往往取决于术者的经验而非客观数据。但是不同人群膝关节大小、形态存在较大差异，若依据基于欧美人体解剖学特点而设计研发的截骨工具施行截骨，精确度比较低。为了解决上述问题，一些依据患者的影像数据而3D打印出的截骨工具(如截骨导板)进行截骨，使截骨操作具有了客观依据而非单纯依靠经验，理论上能增加关节假体安放的准确性。在该方法中，首先需通过影像学检查获取患者的膝关节数据，之后，在计算机软件辅助下将膝关节数据转化为三维数字模型，再通过3D打印技术制作截骨工具。然而，目前在获取三维数字模型的方式上和在截骨工具的制作手段上还存在如下缺陷：第一、建模时间长、建模成本高。目前采用CT或MRI的方式获得膝关节断层扫描图像(DICOMM)数据集，并采用医学建模软件创建三维膝关节数字模型，这一过程不仅耗时、耗力，而且三维膝关节数字模型创建的准确性因数据处理人员不同而各不相同，稳定性差。第二、解剖标识点的准确性低。在手术之前，通常在三维膝关节数字模型上标记解剖标识点，以作为术中的参考，但是三维膝关节数字模型毕竟与膝关节实体存在差异，故而解剖标识点的位置精度相对降低。第三、3D打印时间长、耗费材料多。目前的截骨工具一般为实体结构，增加了材料的使用量和3D打印的时间。基于上述截骨工具在制作上所存在的问题，有必要开发出一种新型的制作手段来制备新型的截骨工具。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法，以解决现有技术中三维膝关节数字模型建模时间长的问题。本专利技术的另一个目的在于提供一种膝关节截骨工具及其制作系统与制作方法，以解决现有技术中三维膝关节数字模型和解剖特征标识点的准确性低的问题。本专利技术的又一个目的在于提供一种膝关节截骨工具及其制作系统及与制作方法，以解决现有技术中截骨工具制作时间长、耗费材料多的问题。为实现上述目的和其它相关目的，本专利技术提供了一种膝关节截骨工具制作系统，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块和模型制造模块；所述数据采集模块用于接收以实时三维扫描方式获得的患者膝关节的三维解剖结构数据并将所述三维解剖结构数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块根据所述三维解剖结构数据处理得到三维膝关节数字模型，并根据所述三维膝关节数字模型创建一截骨定位件的三维工具数字模型；所述模型制造模块根据所述三维工具数字模型创建所述截骨定位件的三维工具实体模型；其中，所述三维解剖结构数据包括所述患者膝关节的数据和所述患者膝关节上的解剖特征标记的数据，所述三维膝关节数字模型包括所述患者膝关节实体的数字模型和所述解剖特征标记的数字模型。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述三维工具数字模型包括第一三维工具数字模型和第二三维工具数字模型，所述第二三维工具数字模型为轻量化数字模型并通过对所述第一三维工具数字模型进行轻量化处理而得到。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述轻量化数字模型的横截面结构为镂空结构。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述轻量化数字模型包括实体结构和网状结构，所述实体结构用于与骨骼接触和/或为受力部分。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述数据处理模块包括依次连接的模型特征提取单元、截骨模拟单元、截骨工具创建单元和截骨工具轻量化处理单元；所述模型特征提取单元根据所述三维解剖结构数据处理得到所述三维膝关节数字模型；所述截骨模拟单元根据手术参数以及所述三维膝关节数字模型上的所述解剖特征标记的数字模型获取一植入物的物理属性，并根据所述植入物的物理属性获取一截骨板的位置属性；所述截骨工具创建单元根据所述截骨板的位置属性以及所述三维膝关节数字模型创建所述第一三维工具数字模型；所述截骨工具轻量化处理单元对所述第一三维工具数字模型进行轻量化处理，得到所述第二三维工具数字模型。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述数据处理单元还包括截骨规划单元，分别与所述截骨模拟单元以及一输出单元连接；所述截骨规划单元基于所述截骨模拟单元处理得到的结果创建一截骨方案并通过所述输出单元输出。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述患者膝关节实体包括股骨和胫骨，所述解剖特征标记包括股骨解剖特征点、胫骨解剖特征点、股骨解剖特征轴和胫骨解剖特征轴；多个所述股骨解剖特征点设于所述股骨上，多个所述胫骨解剖特征点设于所述胫骨上，所述股骨解剖特征轴通过穿设于所述股骨的一股骨定位针限定，所述胫骨解剖特征轴通过穿设于所述胫骨的一胫骨定位针限定。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述股骨解剖特征点的数量为六个且分开设置，所述胫骨解剖特征点的数量为二个且分开设置。优选地，在所述的膝关节截骨工具制作系统中，所述模型制造模块依据3D打印技术创建所述三维工具实体模型。为实现上述目的以及其它相关目的，本专利技术提供了一种膝关节截骨工具的制作方法，包括：接收以实时三维扫描方式获取的患者膝关节的三维解剖结构数据，所述三维解剖结构数据包括所述患者膝关节的数据和所述患者膝关节上的解剖特征标记的数据；根据所述三维解剖结构数据，处理得到三维膝关节数字模型，所述三维膝关节数字模型包括所述患者膝关节的数字模型和所述解剖特征标记的数字模型；根据所述三维膝关节数字模型，创建一截骨定位件的三维工具数字模型；以及根据所述三维工具数字模型，创建所述截骨定位件的三维工具实体模型。优选地，在所述的膝关节截骨工具的制作方法中，所述三维工具数字模型包括第一三维工具数字模型和第二三维工具数字模型，创建所述三维工具实体模型的步骤包括：根据所述三维膝关节数字模型，创建所述截骨定位件的第一三维工具数字模型；对所述第一三维工具数字模型进行轻量化处理，得到为轻量化数字模型的所述第二三维工具数字模型；以及根据所述第二三维工具数字模型，创建所述三维工具实体模型。优选地，在所述的膝关节截骨工具的制作方法中，所述轻量化数字模型的横截面结构为镂空结构。优选地，在所述的膝关节截骨工具的制作方法中，所述轻量化数字模型包括实体结构和网状结构，所述实体结构用于与骨骼接触和/或为受力部分。优选地，在所述的膝关节截骨工具的制作方法中，所述三维工具数字模型的创建步骤包括：根据预设的手术参数以及所述三维膝关节数字模型上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块和模型制造模块；所述数据采集模块用于接收以实时三维扫描方式获得的患者膝关节的三维解剖结构数据并将所述三维解剖结构数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块根据所述三维解剖结构数据处理得到三维膝关节数字模型，并根据所述三维膝关节数字模型创建一截骨定位件的三维工具数字模型；所述模型制造模块根据所述三维工具数字模型创建所述截骨定位件的三维工具实体模型；其中，所述三维解剖结构数据包括所述患者膝关节的数据和所述患者膝关节上的解剖特征标记的数据，所述三维膝关节数字模型包括所述患者膝关节的数字模型和所述解剖特征标记的数字模型。

【技术特征摘要】
1.一种膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块和模型制造模块；所述数据采集模块用于接收以实时三维扫描方式获得的患者膝关节的三维解剖结构数据并将所述三维解剖结构数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块根据所述三维解剖结构数据处理得到三维膝关节数字模型，并根据所述三维膝关节数字模型创建一截骨定位件的三维工具数字模型；所述模型制造模块根据所述三维工具数字模型创建所述截骨定位件的三维工具实体模型；其中，所述三维解剖结构数据包括所述患者膝关节的数据和所述患者膝关节上的解剖特征标记的数据，所述三维膝关节数字模型包括所述患者膝关节的数字模型和所述解剖特征标记的数字模型。2.如权利要求1所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述三维工具数字模型包括第一三维工具数字模型和第二三维工具数字模型，所述第二三维工具数字模型为轻量化数字模型并通过对所述第一三维工具数字模型进行轻量化处理而得到。3.如权利要求2所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述轻量化数字模型的横截面结构为镂空结构。4.如权利要求2所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述轻量化数字模型包括实体结构和网状结构，所述实体结构用于与骨骼接触和/或为受力部分。5.如权利要求2所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述数据处理模块包括依次连接的模型特征提取单元、截骨模拟单元、截骨工具创建单元和截骨工具轻量化处理单元；所述模型特征提取单元根据所述三维解剖结构数据处理得到所述三维膝关节数字模型；所述截骨模拟单元根据手术参数以及所述三维膝关节数字模型上的所述解剖特征标记的数字模型获取一植入物的物理属性，并根据所述植入物的物理属性获取一截骨板的安装属性；所述截骨工具创建单元根据所述截骨板的安装属性以及所述三维膝关节数字模型创建所述第一三维工具数字模型；所述截骨工具轻量化处理单元对所述第一三维工具数字模型进行轻量化处理，得到所述第二三维工具数字模型。6.如权利要求5所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括截骨规划单元，分别与所述截骨模拟单元以及一输出单元连接；所述截骨规划单元基于所述截骨模拟单元处理得到的结果创建一截骨方案并通过所述输出单元输出。7.如权利要求1所述的膝关节截骨工具制作系统，其特征在于，所述患者膝关节包括股骨和胫骨，所述解剖特征标记包括股骨解剖特征点、胫骨解剖特征点、股骨解剖轴和胫骨解剖轴；多个所述股骨解剖特征点设于所述股骨上，多个所述胫骨解剖特征点设于所述胫骨上，所述股骨解剖特征轴通过穿设...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐风光，刘翔，吕冬，卢凌霄，张翼飞，乐承筠，
申请(专利权)人：上海微创医疗器械集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31