【技术实现步骤摘要】
一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法及系统
[0001]本专利技术属于医疗器械设计
，特别涉及一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法及系统。
技术介绍
[0002]人工膝关节是治疗终末期膝关节骨关节炎最成功的骨科医疗器械产品，已被广泛用于置换已损坏的关节组织，以帮助患者消除疼痛和恢复日常活动功能。但是，众所周知，聚乙烯衬垫的磨损及磨损颗粒导致的无菌性松动是导致人工关节术后翻修的主要临床失效模式，是限制患者体内人工关节寿命和功能的世界性难题。自1950年发展至今，人工膝关节的手术安装精度已超越假体的材料和设计，成为直接影响人工膝关节磨损和松动失效最关键的因素。
[0003]人工膝关节的手术安装精度直接取决于术中医生对患者膝关节的定位截骨精度。所以，膝关节置换截骨器械的放置位置显得尤为重要。随着3D打印技术的发展，定制化的定位截骨器械开始被开发用于临床手术。但是，目前定位块的设计主要根据患者的膝关节解剖特征为基础而设计，定位孔的确定主要基于医生的手术规划经验。定位块的设计没有考虑到个体化的生物力学条件和步态特征等...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取影像学数据，采集下肢全长的CT/MRI数据，通过断层数据处理软件建立下肢骨的三维几何模型，导出STL文件；步骤2：获取人体运动学数据，通过运动捕捉系统来采集步态运动信息和足底反作用力信息，将光学摄像机和测力板采集的参数以C3D格式文件获得；步骤3：根据步骤1和步骤2中下肢骨的三维几何模型和人体运动学数据，基于轮廓特征拾取技术、个体化骨骼肌肉缩放技术和逆向运动学分析技术，建立个体化骨肌多体动力学模型；步骤4：在个体化骨肌多体动力学模型模拟定位截骨安装，在动态步态运动仿真过程中分析人工膝关节的不同定位位置所产生的生物力学和运动学响应，获得假体安装位置的安全范围，确定手术定位块定位孔的设计位置；步骤5：基于人体下肢骨骼的统计模型库，建立了通用的下肢骨骼几何三维模型，针对通用模型的膝关节设计参数化的定位块，通过参数优化或调整实现定位块的个体化建模；步骤6：基于步骤1中建立的个体化患者下肢骨几何模型，利用形状统计分析方法缩放通用模型，根据缩放后的通用模型几何形状的相关参数调整步骤5中设计的参数化定位块的定位面以得到与目标膝关节几何形状相匹配的定位块；步骤7：根据步骤4获得的定位块定位孔的设计位置，进一步对步骤6中获得个体化定位块的定位孔进行参数化调整；步骤8：个体化定位块的3D打印制造。2.根据权利要求1所述的一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，在步骤1中，CT或MRI数据以DICOM格式文件保存。3.根据权利要求1所述的一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，步骤1中采集对象采用平躺姿态，扫描方向从头到脚，扫描层厚建议0.625mm，同时记录扫描设备型号、扫描电压、扫描电流参数。4.根据权利要求1所述的一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，在步骤2中，采用Vicon三维步态分析系统进行人体行走过程中的运动学数据采集和处理；在人体运动采集过程中，在人体骨骼解剖特征的皮肤表面粘贴反光Marker点，利用10台反光摄像机(采集频率100Hz)；Vicon三维步态分析系统捕捉每个Marker点的三维坐标，测量足底反作用力，并通过MX Giganet数据转换控制台用以实现信号同步和连接到PC电脑。5.根据权利要求4所述的一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，具体的：Vicon三维步态分析系统包括反光Marker点、10台光学反光摄像机、MX Giganet数据转换控制台、电脑、MXT型标定架、三块AMTI Gen5/Optima测力台和Vicon Nexus 1.8.5软件；人体运动采集过程中，在人体骨骼解剖特征的皮肤表面粘贴反光Marker点，利用10台反光摄像机捕捉每个Marker点的三维坐标，三块AMTI Gen5/Optima测力台测量足底反作用力，并通过MX Giganet数据转换控制台用以实现信号同步和连接到PC电脑；利用Vicon Nexus 1.8.5软件可以导出C3D格式的文件进行数据储存。6.根据权利要求1所述的一种人工膝关节精准置换的定位块制造方法，其特征在于，在步骤3中，获取人体下肢骨骼模型之后，采用先进的骨变形缩放技术将通用模型的骨骼几何缩放成个体化...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑱贤，任佳轩，屈亚飞，高永昌，张静，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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