计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法及系统，包括：通过获取下肢动脉CT血管照影术的样本图像，进行三维建模，得到包括有第一机械轴和第二机械轴的三维股骨模型，测量三维股骨模型中的样本股骨长度和样本股骨前弓角，并基于测量结果对第一机械轴和第二机械轴构建多元线性回归模型方程，获取待处理的股骨全长X射线正侧位的X射线影像，测量X射线影像中的股骨长度和股骨前弓角，将股骨长度和股骨前弓角带入多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度。本发明专利技术能够通过X射线影像，实现对矢状面股骨假体的定制化辅助对位，提高计算机辅助全膝关节置换术的对位效率和精度，且能够降低成本和减少辐射量。减少辐射量。减少辐射量。

【技术实现步骤摘要】
计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机辅助
，尤其涉及一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着医学成像技术及计算机行业的发展，尤其是现代医学对精准医疗及个体化医疗的追求，使全膝关节置换术(Total knee arthroplasty，TKA)正朝着个体化、精准化、微创化、智能化的方向发展。但是目前计算机辅助系统参考股骨机械轴确定假体对线，无法充分考虑股骨矢状面解剖结构的差异。
[0003]目前改善计算机辅助全膝关节置换术股骨矢状面对线的方式主要包括以下几种：
[0004]一、使用固定屈曲角度确定矢状面股骨假体对线。通过术中设置固定股骨屈曲角度实现股骨假体与远端解剖轴的匹配。但是使用固定屈曲角度无法考虑股骨解剖形态差异，难以保证个体化方案的实现，无法恢复股骨远端解剖结构。
[0005]二、使用股骨远端前皮质确定矢状面股骨假体对线。通过术中采用集股骨远端前皮质平面确定股骨假体矢状面对线。但是，这种方式会导致股骨假体过度屈曲，影响假体使用寿命，同时股骨远端前皮质采集区域的不同也会产生较大的误差，容易产生不良结果。
[0006]三、术前通过X射线测量指导股骨假体对线。通过术前X射线测量股骨机械轴与解剖轴之间的差异，指导术中对齐。但是，术前X射线测量可能会因为肢体旋转及放大率的问题出现较大的测量误差，同时，X射线对于解剖标志点的识别存在困难，尤其是肥胖患者。
[0007]四、术前通过CT三维测量指导股骨假体对线。通过术前CT进行三维建模并测量股骨机械轴与解剖轴之间的差异，指导术中对齐。术前CT扫描需要患者接受较大剂量的辐射并伴有较高花费，同时，三维CT测量需要特定的软件，测量过程复杂，难度大。
[0008]因此，亟需一种能够实现矢状面股骨假体的定制化对位，提高对位精度和效率，降低成本的矢状面股骨假体对位优化方法。

技术实现思路

[0009]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法及系统。
[0010]一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法，包括以下步骤：获取下肢动脉CT血管照影术的样本图像，并根据所述样本图像进行三维建模，得到三维股骨模型，所述三维股骨模型包括第一机械轴和第二机械轴，所述第一机械轴为髋关节中心至髁间窝顶点，所述第二机械轴为髋关节中心至外科通髁线中点；测量所述三维股骨模型中的样本股骨长度和样本股骨前弓角，获取测量结果，并基于测量结果，分别对所述第一机械轴和第二机械轴进行多元线性回归模型方程的构建；获取待处理的股骨全长X射线正侧位的X射线影像，测量所述X射线影像中的股骨长度和股骨前弓角；其中，所述样本股骨长度和股骨长度均为大转子尖至髁间窝顶点的距离；所述样本股骨前弓角和股骨前弓角均为股骨小转子水平至
小转子下方5cm连线与膝关节线近端5cm至膝关节线近端10cm连线的夹角；将所述股骨长度和股骨前弓角带入所述多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一机械轴的多元线性回归模型方程为：
[0012]θ1＝
‑
9.79+0.158*l+0.555*α
[0013]式中，θ1为第一屈曲角，l为股骨长度，α为股骨前弓角；所述第二机械轴的多元线性回归模型方程为：
[0014]θ2＝
‑
12.088+0.165*l+0.55*α
[0015]式中，θ2为第二屈曲角。
[0016]在其中一个实施例中，在所述分别对所述第一机械轴和第二机械轴进行多元线性回归模型方程的构建之后，在所述通过屈曲角度获取模块将所述股骨长度和股骨前弓角带入所述多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度之前，还包括：采用决定系数和估计标准误差对所述多元线性回归模型方程进行内部验证；通过计算皮尔逊相关系数对所述多元线性回归模型方程进行外部验证。
[0017]一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化系统，用于实现如上所述的计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法，包括：三维股骨模型构建模块、模型方程建立模块、参数测量模块和屈曲角度获取模块，所述三维股骨模型构建模块、模型方程建立模块、参数测量模块和屈曲角度获取模块之间通信连接；所述三维股骨模型构建模块用于获取下肢动脉CT血管照影术的样本图像，并根据所述样本图像进行三维建模，得到三维股骨模型，所述三维股骨模型包括第一机械轴和第二机械轴，所述第一机械轴为髋关节中心至髁间窝顶点，所述第二机械轴为髋关节中心至外科通髁线中点；所述模型方程建立模块用于测量所述三维股骨模型中的样本股骨长度和样本股骨前弓角，获取测量结果，并基于所述测量结果，分别对所述第一机械轴和第二机械轴进行多元线性回归模型方程的构建；所述参数测量模块用于获取待处理的股骨全长X射线正侧位的X射线影像，测量所述X射线影像中的股骨长度和股骨前弓角；其中，所述股骨长度为大转子尖至髁间窝顶点的距离，所述股骨前弓角为股骨小转子水平至小转子下方5cm连线与膝关节线近端5cm至膝关节线近端10cm连线的夹角；屈曲角度获取模块用于将所述股骨长度和股骨前弓角带入所述多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度。
[0018]在其中一个实施例中，所述系统还包括验证模块，所述验证模块与所述模型方程建立模块通信连接，用于对所述多元线性回归模型方程进行内部验证和外部验证；其中，所述内部验证采用决定系数和估计标准误差对所述多元线性回归模型方程进行验证；所述外部验证采用皮尔逊相关系数对所述多元线性回归模型方程进行验证。
[0019]相比于现有技术，本专利技术的优点及有益效果在于：通过获取下肢动脉CT血管照影术的样本图像，根据样本图像进行三维建模，得到包括有第一机械轴和第二机械轴的三维股骨模型，测量三维股骨模型中的样本股骨长度和样本股骨前弓角，得到测量结果，并基于测量结果分别对第一机械轴和第二机械轴构建多元线性回归模型方程，获取待处理的股骨全长X射线正侧位的X射线影像，测量X射线影像中的股骨长度和股骨前弓角，将股骨长度和股骨前弓角带入多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度，能够通过X射线影像，实现对矢状面股骨假体的定制化辅助对位，提高全膝关节置换术的对位效
率和精度，且能够降低成本和减少辐射量。
附图说明
[0020]图1为一个实施例中一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法的流程示意图；
[0021]图2为一个实施例中股骨全长X射线正侧位的光学影像示意图；
[0022]图3为一个实施例中多元线性回归模型方程的外部验证效果图；
[0023]图4为一个实施例中一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化系统的结构示意图。
具体实施方式
[0024]在进行本专利技术具体实施方式说明之前，先对本专利技术的整体构思进行如下说明：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法，其特征在于，包括以下步骤：获取下肢动脉CT血管照影术的样本图像，并根据所述样本图像进行三维建模，得到三维股骨模型，所述三维股骨模型包括第一机械轴和第二机械轴，所述第一机械轴为髋关节中心至髁间窝顶点，所述第二机械轴为髋关节中心至外科通髁线中点；测量所述三维股骨模型中的样本股骨长度和样本股骨前弓角，获取测量结果，并基于测量结果，分别对所述第一机械轴和第二机械轴进行多元线性回归模型方程的构建；获取待处理的股骨全长X射线正侧位的X射线影像，测量所述X射线影像中的股骨长度和股骨前弓角；其中，所述样本股骨长度和股骨长度均为大转子尖至髁间窝顶点的距离；所述样本股骨前弓角和股骨前弓角均为股骨小转子水平至小转子下方5cm连线与膝关节线近端5cm至膝关节线近端10cm连线的夹角；将所述股骨长度和股骨前弓角带入所述多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度。2.根据权利要求1所述的计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法，其特征在于，所述第一机械轴的多元线性回归模型方程为：θ1＝
‑
9.79+0.158*l+0.555*α式中，θ1为第一屈曲角，l为股骨长度，α为股骨前弓角；所述第二机械轴的多元线性回归模型方程为：θ2＝
‑
12.088+0.165*l+0.55*α式中，θ2为第二屈曲角。3.根据权利要求1所述的计算机辅助TKA矢状面股骨假体对线优化方法，其特征在于，在所述分别对所述第一机械轴和第二机械轴进行多元线性回归模型方程的构建之后，在所述通过屈曲角度获取模块将所述股骨长度和股骨前弓角带入所述多元线性回归模型方程，得到对应的第一屈曲角度和第二屈曲角度之前，还包括：采用决定系数和估计标准误差对所述多元线性回归模型方程进行内部验证；通过计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德华，黄伟，厉轲，梁熙，廖军义，
申请(专利权)人：重庆医科大学附属第一医院，
类型：发明
国别省市：