髋关节置换手术导航系统技术方案

本申请公开了一种髋关节置换手术导航系统，涉及医疗技术领域，该导航系统包括：术前规划子系统基于目标对象的医学影像进行三维重建，得到三维骨骼模型，并基于三维骨骼模型进行计算，得到髋臼假体的第一数据信息和股骨假体的第二数据信息；术中导航子系统基于三维骨骼模型、第一数据信息和第二数据信息在髋关节置换手术中进行导航和跟踪；术后评估子系统，术后评估子系统基于髋臼假体的植入信息、股骨假体的植入信息和三维骨骼模型进行模拟计算得到术后骨骼模型，并依据术后骨骼模型进行术后评估，得到评估结果。通过本申请，解决了相关技术中通过传统手术定位工具实现髋关节置换中的股骨头定位，导致定位的准确性比较低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
髋关节置换手术导航系统


[0001]本申请涉及医疗
，具体而言，涉及一种髋关节置换手术导航系统。

技术介绍

[0002]人工髋关节表面置换术(total hip resurfacing arthroplasty，THRA)经历了曲折的发展过程。随着关节假体抗磨损技术的进步，THRA成为年轻和活动量大的患者接受过渡性关节置换的首选。研究表明，THRA术后股骨颈骨折与术中股骨侧假体的置入角度不当所致股骨近端生物力学的变化相关。所以，股骨侧假体的置入方位被认为是手术成败的关键。一般来说，不同个体间髋关节的解剖形态均存在差异，只有个体化的假体置入才能与之相适应，减少THRA术后并发症。
[0003]目前针对股骨侧假体的植入仍然采用传统手术定位工具。借助传统手术定位工具，医生通过术中目视定位来引导股骨侧假体的放置。这种方式受医生的主观影响很大，一致性较差。后续出现一些导板类的股骨头定位方式，但是由于股骨暴露区域特征面较为对称，这种通过导板的方式在很多时候并不能实现很好的术中定位。
[0004]针对相关技术中通过传统手术定位工具实现髋关节置换中的股骨头定位，导致定位的准确性比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种髋关节置换手术导航系统，以解决相关技术中通过传统手术定位工具实现髋关节置换中的股骨头定位，导致定位的准确性比较低的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种髋关节置换手术导航系统。该导航系统包括：术前规划子系统，其中，所述术前规划子系统基于目标对象的医学影像进行三维重建，得到三维骨骼模型，并基于所述三维骨骼模型进行计算，得到髋臼假体的第一数据信息和股骨假体的第二数据信息，其中，所述第一数据信息中至少包括所述髋臼假体的型号、所述髋臼假体的植入角度和所述髋臼假体的植入位置，所述第二数据信息中至少包括所述股骨假体的型号、所述股骨假体的植入方向和所述股骨假体的植入深度；术中导航子系统，其中，所述术中导航子系统基于所述三维骨骼模型、所述第一数据信息和所述第二数据信息在髋关节置换手术中进行导航和跟踪；术后评估子系统，其中，所述术后评估子系统基于所述髋臼假体的植入信息、所述股骨假体的植入信息和所述三维骨骼模型进行模拟计算得到术后骨骼模型，并依据所述术后骨骼模型进行术后评估，得到评估结果。
[0007]进一步地，所述术前规划子系统还包括：骨盆规划单元，其中，所述骨盆规划单元依据所述三维骨骼模型将髋臼拟合为第一球体，依据所述第一球体确定所述髋臼的尺寸和所述髋臼的旋转中心，并依据所述髋臼的尺寸和所述髋臼的旋转中心确定所述髋臼假体的第一数据信息；股骨规划单元，其中，所述股骨规划单元依据所述三维骨骼模型将股骨头拟合为第二球体，依据所述第二球体和所述股骨的股骨颈轴确定所述股骨假体的第二数据信息。
[0008]进一步地，所述股骨规划单元还包括：第一确定模块，用于基于所述三维骨骼模型中的所述股骨的冠状面确定股骨颈的上边界和所述股骨颈的下边界；第二确定模块，用于依据所述股骨颈的上边界和所述股骨颈的下边界确定第一中心线；第三确定模块，用于基于所述三维骨骼模型中的所述股骨的矢状面确定所述股骨颈的左边界和所述股骨颈的右边界，并将所述第一中心线平移至过所述股骨颈的左边界和所述股骨颈的右边界的中心的位置，以确定所述股骨的股骨颈轴。
[0009]进一步地，所述股骨规划单元还包括：分离模块，用于从所述三维骨骼模型中分离出股骨颈的点云数据；拟合模块，用于依据所述股骨颈的点云数据将所述股骨颈拟合为圆柱或者棱柱，并将所述圆柱的中心轴或者所述棱柱的中心轴作为所述股骨的股骨颈轴。
[0010]进一步地，若所述股骨颈轴不经过所述股骨的中心时，所述股骨规划单元还包括：第一优化模块，用于将所述股骨颈轴平移至过所述股骨的中心的位置，得到移动后的股骨颈轴；第四确定模块，用于将所述移动后的股骨颈轴作为当前的股骨颈轴。
[0011]进一步地，若所述股骨颈轴不经过所述股骨的中心时，所述股骨规划单元还包括：第二优化模块，用于依据所述三维骨骼模型连接所述股骨的中心和所述股骨颈轴，得到目标连线；第五确定模块，用于将所述目标连线作为当前的股骨颈轴。
[0012]进一步地，所述术中导航子系统包括：辅助定位单元，用于基于手术工具和标志位对所述手术工具和/或骨骼进行术中定位；跟踪单元，用于依据所述辅助定位单元的定位信息和目标位置信息，对所述手术工具和/或所述骨骼进行术中跟踪，其中，所述目标位置信息为所述辅助定位单元与所述手术工具或者所述骨骼的相对位置信息；注册单元，用于获取所述标志位与所述骨骼的空间转换关系，其中，所述跟踪单元基于所述空间转换关系跟踪所述手术工具和/或所述骨骼。
[0013]进一步地，所述术后评估子系统包括：静态评估单元，用于基于所述术后骨骼模型对目标静态数据进行评估，得到第一初始评估结果，其中，所述目标静态数据至少包括腿长信息、人体双侧的旋转中心和偏心距信息，所述腿长信息为股骨小转子到骨盆横断面之间的距离信息，所述偏心距信息为所述股骨小转子到骨盆矢状面的距离信息；动态评估单元，用于基于所述术后骨骼模型对术后运动和股骨假体的受力进行评估，得到第二初始评估结果；汇总单元，用于依据所述第一初始评估结果和所述第二初始评估结果确定所述评估结果。
[0014]进一步地，所述静态评估单元还包括：第一模拟模块，用于依据所述术后骨骼模型进行模拟计算，得到所述股骨假体和所述髋臼假体之间的装配关系；控制模块，用于依据所述股骨假体和所述髋臼假体之间的装配关系对所述术后骨骼模型中的双侧股骨进行摆正处理，以使所述双侧股骨到达目标位置；第一评估模块，用于在所述双侧股骨到达目标位置后，对所述目标静态数据进行评估，得到所述第一初始评估结果。
[0015]进一步地，所述动态评估单元还包括：第二评估模块，用于依据所述术后骨骼模型模拟所述术后运动，得到运动评估数据，其中，所述术后运动至少包括股骨多个自由度上的运动和复合股骨运动；第三评估模块，用于在所述术后骨骼模型中模拟目标运动时，对所述股骨假体的受力进行评估，得到受力评估数据；汇总模块，用于将所述运动评估数据和所述受力评估数据进行汇总，得到所述第二初始评估结果。
[0016]进一步地，所述第二评估模块还包括：第一模拟子模块，用于以碰撞为约束终止条
件，在所述术后骨骼模型中模拟股骨侧在多个自由度上的运动，得到多个极限值，其中，所述碰撞为股骨假体与髋臼假体的碰撞，股骨假体与骨盆的碰撞，股骨与骨盆的碰撞和髋臼假体与股骨的碰撞，所述多个自由度至少包括：前屈、后驱、内收、外展、内旋和外旋；第一确定子模块，用于依据所述多个极限值，得到第一评估数据；第二模拟子模块，用于以碰撞为约束终止条件，在所述术后骨骼模型中模拟多种复合运动，得到股骨运动的运动曲线；第二确定子模块，用于依据所述股骨运动的运动曲线，得到第二评估数据；第一汇总子模块，用于将所述第一评估数据和所述第二评估数据进行汇总，得到所述运动评估数据。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种髋关节置换手术导航系统，其特征在于，包括：术前规划子系统，其中，所述术前规划子系统基于目标对象的医学影像进行三维重建，得到三维骨骼模型，并基于所述三维骨骼模型进行计算，得到髋臼假体的第一数据信息和股骨假体的第二数据信息，其中，所述第一数据信息中至少包括所述髋臼假体的型号、所述髋臼假体的植入角度和所述髋臼假体的植入位置，所述第二数据信息中至少包括所述股骨假体的型号、所述股骨假体的植入方向和所述股骨假体的植入深度；术中导航子系统，其中，所述术中导航子系统基于所述三维骨骼模型、所述第一数据信息和所述第二数据信息在髋关节置换手术中进行导航和跟踪；术后评估子系统，其中，所述术后评估子系统基于所述髋臼假体的植入信息、所述股骨假体的植入信息和所述三维骨骼模型进行模拟计算得到术后骨骼模型，并依据所述术后骨骼模型进行术后评估，得到评估结果。2.根据权利要求1所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，所述术前规划子系统还包括：骨盆规划单元，其中，所述骨盆规划单元依据所述三维骨骼模型将髋臼拟合为第一球体，依据所述第一球体确定所述髋臼的尺寸和所述髋臼的旋转中心，并依据所述髋臼的尺寸和所述髋臼的旋转中心确定所述髋臼假体的第一数据信息；股骨规划单元，其中，所述股骨规划单元依据所述三维骨骼模型将股骨头拟合为第二球体，依据所述第二球体和所述股骨的股骨颈轴确定所述股骨假体的第二数据信息。3.根据权利要求2所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，所述股骨规划单元还包括：第一确定模块，用于基于所述三维骨骼模型中的所述股骨的冠状面确定股骨颈的上边界和所述股骨颈的下边界；第二确定模块，用于依据所述股骨颈的上边界和所述股骨颈的下边界确定第一中心线；第三确定模块，用于基于所述三维骨骼模型中的所述股骨的矢状面确定所述股骨颈的左边界和所述股骨颈的右边界，并将所述第一中心线平移至过所述股骨颈的左边界和所述股骨颈的右边界的中心的位置，以确定所述股骨的股骨颈轴。4.根据权利要求3所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，所述股骨规划单元还包括：分离模块，用于从所述三维骨骼模型中分离出股骨颈的点云数据；拟合模块，用于依据所述股骨颈的点云数据将所述股骨颈拟合为圆柱或者棱柱，并将所述圆柱的中心轴或者所述棱柱的中心轴作为所述股骨的股骨颈轴。5.根据权利要求4所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，若所述股骨颈轴不经过所述股骨的中心时，所述股骨规划单元还包括：第一优化模块，用于将所述股骨颈轴平移至过所述股骨的中心的位置，得到移动后的股骨颈轴；第四确定模块，用于将所述移动后的股骨颈轴作为当前的股骨颈轴。6.根据权利要求4所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，若所述股骨颈轴不经过所述股骨的中心时，所述股骨规划单元还包括：
第二优化模块，用于依据所述三维骨骼模型连接所述股骨的中心和所述股骨颈轴，得到目标连线；第五确定模块，用于将所述目标连线作为当前的股骨颈轴。7.根据权利要求1所述的髋关节置换手术导航系统，其特征在于，所述术中导航子系统包括：辅助定位单元，用于基于手术工具和标志位对所述手术工具和/或骨骼进行术中定位；跟踪单元，用于依据所述辅助定位单元的定位信息和目标位置信息，对所述手术工具和/或所述骨骼进行术中跟踪，其中，所述目标位置信息为所述辅助定位单元与所述手术工具或者所述骨骼的相对位置信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：申一君，
申请(专利权)人：北京壹点灵动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：