CN111685917A - 胫骨假体与胫骨的匹配方法、处理器 - Google Patents

胫骨假体与胫骨的匹配方法、处理器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及医疗技术领域，尤其涉及一种胫骨假体与胫骨的匹配方法和一种处理器。该匹配方法包括：获取胫骨的图像，并根据图像确定胫骨的走行面的位置；基于走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定胫骨假体的上沿位置；选取胫骨假体的目标厚度；根据上沿位置和目标厚度确定胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面；获取安装面的形状及尺寸；根据安装面的形状及尺寸确定胫骨假体的投影面的形状、尺寸，投影面为胫骨假体在安装面上的正投影面。该匹配方法能确定出胫骨假体的安装位置，且能减小胫骨假体选型时的误差。

Description

胫骨假体与胫骨的匹配方法、处理器
技术领域
本公开涉及医疗技术领域，尤其涉及一种胫骨假体与胫骨的匹配方法和一种处理器。
背景技术
近年来，随着医疗技术的快速发展，单髁膝关节置换手术取得了广泛的应用。单髁膝关节置换手术只置换膝关节的病损部位，膝关节的其他部位的软组织都得以保留；与全膝关节置换手术相比，单髁膝关节置换手术具有创伤小、恢复快、术后关节功能更接近生理状态以及更易于翻修等优势。
目前，在单髁膝关节置换手术前，胫骨假体型号的选择仅是借助X线模板进行，选型误差较大，而胫骨假体的安装位置的确定主要靠医生的目测，缺乏明确的参考，导致手术成功率相对较低。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种胫骨假体与胫骨的匹配方法和一种处理器，能确定出胫骨假体的安装位置，且能减小胫骨假体选型时的误差。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的一个方面，提供一种胫骨假体与胫骨的匹配方法，包括：
获取胫骨的图像，并根据所述图像确定所述胫骨的走行面的位置；
基于根据所述走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定所述胫骨假体的上沿位置；
选取所述胫骨假体的目标厚度；
根据所述上沿位置和所述目标厚度确定所述胫骨假体的下沿位置，所述胫骨上与所述下沿位置相贴合的面为所述胫骨假体的安装面；
获取所述安装面的形状及尺寸；
根据所述安装面的形状及尺寸确定所述胫骨假体的投影面的形状及尺寸，所述投影面为所述胫骨假体在所述安装面上的正投影面。
在本公开的一种示例性实施例中，所述获取胫骨的图像，并根据所述图像确定所述胫骨的走行面的位置，包括：
获取所述胫骨在冠状面上的第一图像，并根据所述第一图像确定所述胫骨在冠状面上的第一走行线的位置，所述第一走行线为所述胫骨软骨的下骨线上两个凹陷点的连接线；
获取所述胫骨在矢状面上的第二图像，并根据所述第二图像确定所述胫骨在矢状面上的第二走行线的位置，所述第二走行线为所述胫骨软骨的下骨线的平坦部分上两点的连接线；
基于所述第一走行线和所述第二走行线确定所述走行面的位置。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一走行线的倾斜角度的取值范围为0°～5°。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第二走行线的倾斜角度的取值范围为0°～7°。
在本公开的一种示例性实施例中，所述胫骨软骨的厚度的取值范围为2mm～3mm。
在本公开的一种示例性实施例中，所述正投影面的的形状和所述安装面的形状相同，且所述安装面位于所述正投影面内或与所述正投影面完全贴合。
在本公开的一种示例性实施例中，所述正投影面的尺寸与所述安装面的尺寸之间的差值小于或等于2mm。
根据本公开的另一个方面，提供一种处理器，用于实现上述任意一项所述的胫骨假体与胫骨的匹配方法。
本公开提供的胫骨假体与胫骨的匹配方法，首先需要确定出胫骨的走行面的位置，走行面沿远离胫骨的方向平移胫骨软骨的厚度后可得到胫骨假体的上沿位置，上沿位置沿靠近胫骨的方向平移胫骨假体的目标厚度后可得到胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面，即可确定出胫骨假体的安装位置；其次获取安装面的形状及尺寸，再根据安装面的形状及尺寸确定出胫骨假体在安装面上的正投影面的形状及尺寸，进而确定出胫骨假体的形状及尺寸，最终确定出胫骨假体的型号。该匹配方法能确定出胫骨假体的安装位置，且能减小胫骨假体选型时的误差，有利于手术成功率的提高。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施方式胫骨假体与胫骨的匹配方法的流程图。
图2为本公开实施方式胫骨假体第一图像的示意图。
图3为本公开实施方式胫骨假体第二图像的示意图。
图4为本公开实施方式胫骨假体的第一走行线、上沿位置和下沿位置的示意图。
图5为本公开实施方式胫骨假体的安装面的形状及尺寸、胫骨假体在安装面上的正投影面的形状及尺寸的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开提供一种胫骨假体与胫骨的匹配方法，胫骨假体设于胫骨之上，用来置换膝关节的病损部位，病损部位之外的关节软组织都得以保留，大大保留了膝关节的生理功能。如图1所示，该匹配方法可以包括以下步骤：
步骤S110，获取胫骨的图像，并根据图像确定胫骨的走行面的位置；
步骤S120，基于走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定胫骨假体的上沿位置；
步骤S130，选取胫骨假体的目标厚度；
步骤S140，根据上沿位置和目标厚度确定胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面；
步骤S150，获取安装面的形状及尺寸；
步骤S160，根据安装面的形状及尺寸确定胫骨假体的投影面的形状、尺寸，投影面为胫骨假体在安装面上的正投影面。
本公开提供的胫骨假体与胫骨的匹配方法，该匹配方法首先需要确定出胫骨的走行面的位置，走行面沿远离胫骨的方向平移胫骨软骨的厚度后可得到胫骨假体的上沿位置，上沿位置沿靠近胫骨的方向平移胫骨假体的目标厚度后可得到胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面，即可确定出胫骨假体的安装位置；其次获取安装面的形状及尺寸，再根据安装面的形状及尺寸确定出胫骨假体在安装面上的正投影面的形状及尺寸，进而确定出胫骨假体的形状及尺寸，最终确定出胫骨假体的型号。该匹配方法能确定出胫骨假体的安装位置，且能减小胫骨假体选型时的误差，有利于手术成功率的提高。
下面结合附图对本公开实施方式提供的胫骨假体与胫骨的匹配方法进行详细说明：
在步骤S110中，可依托病人手术前拍摄的胫骨X线片或扫描的胫骨的三维模型获取待手术操作的胫骨的图像。该图像有助于医生确定病人胫骨的病变情况，并可作为确定胫骨假体安装位置和选取胫骨假体型号的基准。
举例而言，该图像至少包括胫骨在冠状面上的第一图像和在矢状面上的第二图像，当然，该图像也可以包括胫骨在横断面的第三图像，此处不作特殊限定。
本公开实施方式中，步骤S110可包括以下步骤：
步骤S1101，获取胫骨在冠状面上的第一图像，并根据第一图像确定胫骨在冠状面上的第一走行线的位置；
步骤S1102，获取胫骨在矢状面上的第二图像，并根据第二图像确定胫骨在矢状面上的第二走行线的位置；
步骤S1103，基于第一走行线和第二走行线确定所述走行面的位置。
在实际的膝关节中，胫骨的表面生长有胫骨软骨，可起到缓冲震荡和增加膝关节稳定性的作用。
如图2所示，在胫骨的第一图像中，胫骨软骨的下骨线包括多个凸起部和多个凹陷部，因此，可从该下骨线上的多个凹陷部选取两个凹陷点，并作连接两个凹陷点的直线，该直线为冠状面胫骨靠近膝关节的走行方向线，即为第一走行线L1，进而可确定出第一走行线L1的位置。
需要注意的是，上述两个凹陷点的选取并不是随机进行，而要保证第一走行线L1的倾斜角度(第一走行线L1和冠状轴L2的夹角)的取值范围为0°～5°，以使第一走行线L1的倾斜角度符合膝关节运动时的实际情况。第一走行线L1的倾斜角度的具体值可由医生根据经验设定，此处不再详细描述。
如图3所示，在胫骨的第二图像中，胫骨软骨的下骨线包括平坦部，可在该平坦部上选取两点，并作连接两点的直线，该直线矢状面胫骨靠近膝关节的走行方向线，即为第二走行线L3，进而可确定出第二走行线L3的位置。同上所述，需要使第二走行线L3的倾斜角度(第二走行线L3和矢状轴L4夹角)的取值范围为0°～7°，以使第二走行线L3的倾斜角度符合膝关节运动时的实际情况。第二走行线L3的倾斜角度的具体值可由医生根据经验设定，此处不再详细描述。
根据第一走行线L1的倾斜角度可确定出胫骨假体的内外翻角的角度，根据第二走行线L3的倾斜角度可确定出胫骨假体的前后倾角的角度，即：胫骨假体的安装角度可完全确定，且该安装角度与胫骨的自然角度一致。
易于理解的是，第一走行线L1和第二走行线L3均经过胫骨软骨，可做一条平行于第二走行线L3且经过图2中右侧的凹陷点的直线，该直线与第一走行线L1相交，且该直线和第一走行线L1可确定出一平面，可将该平面定义为胫骨的走行面，走行面的位置也随之确定。
在步骤S120中，根据走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定胫骨假体的上沿位置。
如前所述，胫骨的走行面由胫骨软骨的下骨线上的第一走行线L1和第二走行线L3确定而来，也就是说，胫骨的走行面上生长有胫骨软骨。在进行单髁膝关节置换手术时，需要依次切割胫骨软骨和胫骨的病损部位，并安装胫骨假体，胫骨假体用来替换切割掉的胫骨软骨和胫骨的病损部位。为了使胫骨假体能最大程度地拟合切割掉的胫骨软骨和胫骨的病损部位，胫骨假体的上沿位置需要和胫骨软骨的上端位置相重合，也就是说，在走行面的位置处加上胫骨软骨的厚度值，即可确定出胫骨软骨的上端位置，进而确定出胫骨假体的上沿位置。具体而言，胫骨软骨的厚度的取值范围可以为2mm～3mm，此处不再详细描述。
举例而言，可建立胫骨的三维坐标系，并在三维坐标系中确定胫骨假体的上沿位置。如图4所示，定义胫骨的冠状面为三维坐标系中的XZ面，并在第一走行方向线L1靠近X轴的一侧作平行于第一走行方向线L1的直线L5，直线L5和第一走行方向线L1之间的间隙值为胫骨软骨的厚度值，且直线L5与胫骨位于Z轴左侧的轮廓交于(a1，b1)点。同理，也可以在胫骨的矢状面上确定出第二走行线L3平行的直线L51，直线L51需位于第二走行线L3远离胫骨的一侧，且直线L51和第二走行线L3之间的间隙值也为胫骨软骨的厚度值。
同前文所述，可在胫骨上做一条平行于直线L5且与直线L51相交的直线，该直线与直线L5可确定出一平面，该平面即为胫骨假体的上沿位置。易于理解的是，胫骨假体的上沿位置与胫骨的走行面平行，也就是说，胫骨的走行面向上平移2mm～3mm形成的面为胫骨假体上沿位置。
在步骤S130中，选取胫骨假体的目标厚度。
如前所述，胫骨假体用来替换切割掉的胫骨软骨和胫骨的病损部位。在实际操作中，可通过观测胫骨的X线片确定出胫骨的病损部位，并确定出该病损部位的尺寸，尤其是该病损部位的厚度。
而病损部位一般是不规则形状，所以在切割该病损部位时需要多切割掉一部分胫骨，以确保该病损部位被完全去除。所以，可在该病损部位的厚度值加上一个修正值，再加上胫骨软骨的厚度，并最终得到胫骨假体的目标厚度，并根据该目标厚度在胫骨假体的储存库中选择相应厚度规格的胫骨假体。具体的选择过程可借助于预定程序或相关软件进行，此处不再详细描述。
在步骤S140中，根据上沿位置和目标厚度确定胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面。
胫骨假体的上沿位置沿靠近胫骨的方向平移胫骨假体的目标厚度后，可得到胫骨假体的下沿位置，胫骨上与该下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面，胫骨假体安装在该安装面上。至此，可完全确定出胫骨假体的安装位置。
如图4所示，可在第一走行方向线L1远离X轴的一侧作平行于第一走行方向线L1的直线L6，直线L6和直线L5之间的间隙值为胫骨假体的目标厚度值。同理，也可以在胫骨的矢状面上确定出第二走行线L3平行的直线L61，直线L61需位于第二走行线L3靠近胫骨的一侧，且直线L61和第二走行线L3之间的间隙值也为胫骨假体的目标厚度值。
同前文所述，可在胫骨上做一条平行于直线L6且与直线L61相交的直线，该直线与直线L6可确定出一平面，该平面即为胫骨假体的下沿位置。易于理解的是，胫骨假体的下沿位置与胫骨的走行面平行，也就是说，胫骨的走行面向下平移胫骨假体的目标厚度形成的面为胫骨假体下沿位置。
在步骤S150中，获取安装面的形状及尺寸。
如前所述，可在胫骨的三维坐标系中确定出胫骨假体的下沿位置，并得到下沿位置的具体的坐标参数，又因为安装面与下沿位置相贴合，所以安装面的坐标参数也随之确定，进而可获取安装面的形状和尺寸。具体的获取过程可借助于预定程序或相关软件进行，此处不再详细描述。
如图4所示，可沿(a1，b1)点作平行于Z轴的直线L7，且直线L7与直线L6交于(a2，b2)点。如图5所示，在上述三维坐标系的XY平面(即胫骨假体的横断面)上作平行于Y轴的直线L8，直线L8在X轴上的取值为a2，也就是说，直线L8位于胫骨假体的安装面上，并与胫骨的轮廓交于(a2，c1)点和(a2，c2)点，安装面的其余的坐标参数也可确定，再根据安装面的所有坐标参数可确定出安装面的形状及尺寸。
需要注意的是，图5中安装面的形状为规则的半圆形，该半圆形在此处为示意性图例，只是为了方便阐述技术方案，安装面的实际形状比规则的半圆形复杂的多，此处不再详细描述。
在步骤S160中，根据安装面的形状及尺寸确定胫骨假体的投影面的形状及尺寸，投影面为胫骨假体在安装面上的正投影面。
如图5所示，胫骨假体在安装面上的正投影面的形状和安装面的形状相同，且安装面位于正投影面内或与正投影面完全贴合，也就是说，胫骨假体在安装面上的正投影面的尺寸可等于或略大于安装面的尺寸，优选地，假体在安装面上的正投影面的尺寸可等于安装面的尺寸，即：胫骨假体的轮廓和安装面完全重合，以使胫骨假体能与胫骨完全匹配。此时，可根据c1和c2的取值确定出胫骨假体的轮廓，再结合胫骨假体的目标厚度，可最终确定出胫骨假体的规格。
需要注意的是，如图5所示，胫骨假体的后部轮廓可略大于安装面后部的轮廓，但两者的差值需小于或等于2mm，以使胫骨假体能与胫骨较好的匹配。
本公开示例实施方式还提供一种处理器，用于实现上述任意一项所述的胫骨假体与胫骨的匹配方法。
举例而言，该处理器可包括第一确定单元、第二确定单元、第二选取单元、第三确定单元、获取单元和第四确定单元，第一确定单元、第二确定单元、第二选取单元、第三确定单元、获取单元和第四确定单元用于执行上述胫骨假体与胫骨的匹配方法，能确定出胫骨假体的安装位置，且能减小胫骨假体选型时的误差，进而提高手术的成功率。其中：
第一确定单元，用于获取胫骨的图像，并根据图像确定胫骨的走行面的位置；
第二确定单元，用于根据走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定胫骨假体的上沿位置；
第二选取单元，用于选取胫骨假体的目标厚度；
第三确定单元，用于根据上沿位置和目标厚度确定胫骨假体的下沿位置，胫骨上与下沿位置相贴合的面为胫骨假体的安装面；
获取单元，用于获取安装面的形状及尺寸；
第四确定单元，用于根据安装面的形状及尺寸确定胫骨假体的投影面的形状、尺寸，投影面为胫骨假体在所述安装面上的正投影面。
第一确定单元、第二确定单元、第二选取单元、第三确定单元、获取单元和第四确定单元的具体工作过程在此不再详细描述。
而第一确定单元可包括第一确定子单元、第二确定子单元和第三确定子单元，其中：
第一确定子单元，用来获取胫骨在冠状面上的第一图像，并根据第一图像确定胫骨在冠状面上的第一走行线的位置；
第二确定子单元，用来获取胫骨在矢状面上的第二图像，并根据第二图像确定胫骨在矢状面上的第二走行线的位置；
第三确定子单元，用来基于第一走行线和第二走行线确定走行面。
第一确定子单元、第二确定子单元和第三确定子单元的具体工作过程在此不再详细描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种胫骨假体与胫骨的匹配方法，其特征在于，所述匹配方法包括：
获取胫骨的图像，并根据所述图像确定所述胫骨的走行面的位置；
基于所述走行面的位置和胫骨软骨的厚度确定所述胫骨假体的上沿位置；
选取所述胫骨假体的目标厚度；
根据所述上沿位置和所述目标厚度确定所述胫骨假体的下沿位置，所述胫骨上与所述下沿位置相贴合的面为所述胫骨假体的安装面；
获取所述安装面的形状及尺寸；
根据所述安装面的形状及尺寸确定所述胫骨假体的投影面的形状及尺寸，所述投影面为所述胫骨假体在所述安装面上的正投影面。
2.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述获取胫骨的图像，并根据所述图像确定所述胫骨的走行面的位置，包括：
获取所述胫骨在冠状面上的第一图像，并根据所述第一图像确定所述胫骨在冠状面上的第一走行线的位置，所述第一走行线为所述胫骨软骨的下骨线上两个凹陷点的连接线；
获取所述胫骨在矢状面上的第二图像，并根据所述第二图像确定所述胫骨在矢状面上的第二走行线的位置，所述第二走行线为所述胫骨软骨的下骨线的平坦部上两点的连接线；
基于所述第一走行线和所述第二走行线确定所述走行面的位置。
3.根据权利要求2所述的匹配方法，其特征在于，所述第一走行线的倾斜角度的取值范围为0°～5°。
4.根据权利要求2所述的匹配方法，其特征在于，所述第二走行线的倾斜角度的取值范围为0°～7°。
5.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述胫骨软骨的厚度的取值范围为2mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述正投影面的的形状和所述安装面的形状相同，且所述安装面位于所述正投影面内或与所述正投影面完全贴合。
7.根据权利要求6所述的匹配方法，其特征在于，所述正投影面的尺寸与所述安装面的尺寸之间的差值小于或等于2mm。
8.一种处理器，其特征在于，用于实现如权利要求1～7中任意一项所述的胫骨假体与胫骨的匹配方法。
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