一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，通过髋关节几何建模模块、髋关节运动仿真模块、髋关节最大活动度检测模块、髋关节撞击风险评估模块、髋臼活动范围显示模块和股骨颈运动路径显示模块。进行长时间、连续的、动态的测量。通过内置在球头中的传感器，对球头的空间位置进行测量。该装置不影响已有的髋关节置换假体，只用于术中的测量，配合已有的髋关节下肢试模和臼杯假体，完全模拟真实置换的球头在体内的运动姿态。本发明专利技术解决了现有手术中无法确定假体相对姿态的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统


[0001]本专利技术涉及人工假体
，具体涉及一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统。

技术介绍

[0002]全髋关节置换术中，由于髋关节的生理结构特性，股骨头外侧被一层较厚的脂肪层和肌肉层覆盖，手术过程中，安装假体有一定的角度要求，包括安装完成假体试模后，医生需要大范围活动病人的髋部，用以了解安装的假体的大小和位置是否合适，同时判断假体在病人体内的运动是否满足要求。髋关节置换术中，置换假体后的目标为调整为正常髋关节的结构，包括髋臼和球头的相对位置，髋关节在活动过程中，假体球头相对于臼杯的相对运动范围等，都需要满足患者日常的使用需求，目前在术中，医生主要依靠手指接触安装的假体球头，运动患者的大腿，去感受其相对于臼杯假体的运动状况，由此带来了几个问题。
[0003]首先，靠医生的手指去感觉相对运动，没有量化的指标，在患者大腿运动的过程中，假体球头在臼杯内的运动状况无法准确的量化。
[0004]其次，靠医生的手指去感觉相对运动，本身的相对误差比较大，角度的细微差距无法准确感知，同时，不同的医生在实施手术时也会存在评价差异。
[0005]第三，髋臼假体的安装需要保证一定的倾角，包括外倾、前倾等角度，目的为最大限度使安装假体后的髋关节接近于正常的髋关节状态。目前术中的措施包括髋臼锉配合使用调位器等辅助器械，保证各种倾角。但是这种方式潜在的主要问题是，不同的使用者之间的操作差异大，无法保证操作的一致性，同时操作完成后无评价标准。
[0006]第四，常规全髋关节置换术，术中评价假体安装效果的方式，目前为进行C型臂X射线照射。优点为可以直观看到假体在病人安装情况。但是缺点也比较明显：1.射线照射，本身存在一定放射性，对病人本身存在伤害，因此手术中一般不能照射多次，因此参照意义存在局限性。2.只能拍摄固定角度的图像，不具备动态显示功能，也不具备测量功能。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术提供一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，以解决现有手术中无法确定假体相对姿态的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术公开了一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，所述系统包括：髋关节几何建模模块、髋关节运动仿真模块、髋关节最大活动度检测模块、髋关节撞击风险评估模块、髋臼活动范围显示模块和股骨颈运动路径显示模块；
[0010]所述髋关节几何建模模块将股骨头假体、股骨颈假体、股骨柄假体、臼杯假体进行特殊形状的模拟，建立髋关节三维正交直角坐标系，再根据测量的髋关节运动学数据，计算得到髋关节的关节角；
[0011]所述髋关节运动仿真模块根据所有的人工髋关节模型参数对髋关节运动过程进行仿真；
[0012]所述髋关节最大活动度检测模块基于髋关节运动仿真模块的仿真结果，判断人工髋关节的理论活动范围，假体的运动范围θ角是股骨颈假体在臼杯假体中的最大运动范围；
[0013]所述髋关节撞击风险评估模块检测髋臼假体轴线与股骨颈假体轴线的夹角β，当β角大于等于0.9倍的θ/2角，弹出警告窗口，提示用户当前动作有碰撞或脱位风险；
[0014]所述髋臼活动范围显示模块展示臼杯假体提供给股骨颈假体的最大运动范围，人工髋关节最大运动空间显示功能受头颈比、髋臼前倾角和髋臼倾覆角的影响；
[0015]所述股骨颈运动路线显示模块可以显示股骨颈假体在各种下肢行为运动中，股骨颈假体轴线的运动路径，能够与臼杯假体的最大运动空间同时显示。
[0016]进一步地，所述髋关节三维正交直角坐标系通过近端两个虚拟标记点或一个关节中心与远端两个虚拟标记点定义，针对人体不同部位采用的定义方法不同。
[0017]进一步地，所述髋关节运动数据来自人体下肢运动测量，将采集到的髋部和大腿的标记点空间数据转化成人体骨盆和股骨的运动数据，需要通过采集得到的静态校准文件对各肢段进行定义和建模，静态校准文件包括每个刚体上的光学跟踪标记点以及定义各肢段远近端的虚拟标记点的位置重要信息，在定义各个肢段的同时，也即定义了各个肢段的局部坐标系，通过坐标系描述最终所求的各个关节的关节角度、角速度以及角加速度运动学参数。
[0018]进一步地，所述髋关节几何建模模块将股骨头假体和股骨颈假体分别模拟成一个球体和一段椎体，股骨柄被模拟成一个固定形状的椎体，臼杯假体模拟成一个与股骨头假体链接且同球心的半球，通过一个三维正交直角坐标系能够描述它的地面参考坐标系。
[0019]进一步地，所述髋关节最大活动度检测模块通过假体头颈比GR、柄假体的前倾角、假体颈干角、股骨置入前倾角、臼杯置入前倾角和臼杯置入倾覆角决定人工髋关节的理论活动范围θ，假体的运动范围θ角是股骨颈假体在臼杯假体中的最大运动范围，它被假体头颈比GR和股骨颈、臼杯假体的几何设计所决定，假体头颈比GR与球头、股骨颈的直径，以及髋臼假体和股骨颈假体的几何设计有关，假体头颈比GR与假体运动范围θ角的几何关系公式为：
[0020][0021]进一步地，所述髋关节撞击风险评估模块根据人工髋关节的理论活动范围θ和髋臼假体轴线与股骨颈假体轴线的夹角β判断是否存在撞击风险，如果β≥θ/2，代表假体发生撞击，同时停止仿真运动，此刻的β角既为最大活动角。
[0022]进一步地，所述髋关节撞击风险评估模块实时检测β角的大小，当β角大于等于0.9倍的θ/2角，软件会弹出警告窗口，提示用户当前动作有碰撞或脱位风险。
[0023]进一步地，所述髋臼活动范围显示模块展示髋关节最大运动空间，最大运动空间是天然髋臼或臼杯假体提供给股骨颈假体的最大运动范围，它的范围大小实际上可以用运动范围角θ表示，活动几何空间可以表示为以θ为顶点的一个球锥，股骨颈假体可以在几何空间里自由运动而不会发生任何撞击，球锥的顶点与球头假体的球心在同一个原点O，股骨颈假体的运动会在球锥的球面上划出各种运动曲线，运动范围角θ被头颈比所决定，有较大
头颈比的人工髋关节有较大的球锥空间，股骨颈假体有较大的活动范围。
[0024]进一步地，所述股骨颈运动路线显示模块通过人体运动学测量，得到髋关节的运动数据，通过运动捕捉系统得到的运动数据，即骨盆与股骨投影在三个相面上的三维关节角，进行坐标转换，能够将这些关节角数据转换成股骨力线上股骨力线轴远端端点的直角空间坐标，股骨颈假体的轴线端点的空间运动坐标也能够通过空间坐标转换得到，这些连续的空间运动坐标就是股骨颈假体的空间运动轨迹。
[0025]进一步地，所述系统还包括操作界面，在操作界面上输入所有的参数，在操作界面上展示建立的几何模型、股骨近段和假体组件间的运动关系。
[0026]本专利技术具有如下优点：
[0027]本专利技术公开了一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，通过建立髋关节几何模型，进行运动仿真，结合髋关节的运动数据，可以实现长时间、连续的、动态的测量。通过内置在球头中的传感器，对球头的空间位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，其特征在于，所述系统包括：髋关节几何建模模块、髋关节运动仿真模块、髋关节最大活动度检测模块、髋关节撞击风险评估模块、髋臼活动范围显示模块和股骨颈运动路径显示模块；所述髋关节几何建模模块将股骨头假体、股骨颈假体、股骨柄假体、臼杯假体进行特殊形状的模拟，建立髋关节三维正交直角坐标系，再根据测量的髋关节运动学数据，计算得到髋关节的关节角；所述髋关节运动仿真模块根据所有的人工髋关节模型参数对髋关节运动过程进行仿真；所述髋关节最大活动度检测模块基于髋关节运动仿真模块的仿真结果，判断人工髋关节的理论活动范围，假体的运动范围θ角是股骨颈假体在臼杯假体中的最大运动范围；所述髋关节撞击风险评估模块检测髋臼假体轴线与股骨颈假体轴线的夹角β，当β角大于等于0.9倍的θ/2角，弹出警告窗口，提示用户当前动作有碰撞或脱位风险；所述髋臼活动范围显示模块展示臼杯假体提供给股骨颈假体的最大运动范围，人工髋关节最大运动空间显示功能受头颈比、髋臼前倾角和髋臼倾覆角的影响；所述股骨颈运动路线显示模块可以显示股骨颈假体在各种下肢行为运动中，股骨颈假体轴线的运动路径，能够与臼杯假体的最大运动空间同时显示。2.如权利要求1所述的一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，其特征在于，所述髋关节三维正交直角坐标系通过近端两个虚拟标记点或一个关节中心与远端两个虚拟标记点定义，针对人体不同部位采用的定义方法不同。3.如权利要求1所述的一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，其特征在于，所述髋关节运动数据来自人体下肢运动测量，将采集到的髋部和大腿的标记点空间数据转化成人体骨盆和股骨的运动数据，需要通过采集得到的静态校准文件对各肢段进行定义和建模，静态校准文件包括每个刚体上的光学跟踪标记点以及定义各肢段远近端的虚拟标记点的位置重要信息，在定义各个肢段的同时，也即定义了各个肢段的局部坐标系，通过坐标系描述最终所求的各个关节的关节角度、角速度以及角加速度运动学参数。4.如权利要求1所述的一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，其特征在于，所述髋关节几何建模模块将股骨头假体和股骨颈假体分别模拟成一个球体和一段椎体，股骨柄被模拟成一个固定形状的椎体，臼杯假体模拟成一个与股骨头假体链接且同球心的半球，通过一个三维正交直角坐标系能够描述它的地面参考坐标系。5.如权利要求1所述的一种可进行假体姿态测量的全髋关节置换术测量系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周一新，朱斌杰，张岳，
申请(专利权)人：山东易迈医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：