CN114469341A - 基于髋关节置换的髋臼注册方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例提供了基于髋关节置换的髋臼注册方法、装置、设备和计算机可读存储介质。所述方法包括获取患者信息；基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；基于所述关键点进行髋臼注册。以此方式，提高了髋臼侧臼杯安装的精准性。
Description
技术领域
本公开的实施例一般涉及计算机辅助骨科手术术前规划领域，并且更具体地，涉及基于髋关节置换的髋臼注册方法、装置、设备和计算机可读存储介质。
背景技术
强直性脊柱炎(AS)是一种慢性自身免疫性疾病，其特征性表现为影响中轴骨，包括骶髂关节和脊柱等，并最终造成脊柱的强直及后凸畸形。在疾病进展的过程中，部分患者可能会出现周围关节受累，主要包括髋、膝、踝以及肩关节等较大的周围关节，其中以髋关节受累的发病率最高。文献中报道的AS患者髋关节受累的患病率从16％到38％不等，且以双侧受累更为常见，参见图1。髋关节是连接躯干和下肢的中枢关节，因此AS并发的髋关节炎及关节强直会造成严重的功能障碍。髋关节受累后不仅影响患者的身体状况，就业能力，社会心理状况以及综合生活质量，还给个人及家庭带来沉重的社会经济负担。
髋关节置换术(THA)是改善AS强直髋关节功能的终极方法，然而由于AS融合髋关节正常解剖标志的缺失以及合并脊柱畸形，术中如何准确判断髋臼杯位置和角度一直是THA手术的难点，骨科机器人辅助THA手术的精准性已经获得循证医学的支持。通过三维的术前计划，将有利于真臼位置寻找，术中在导航实时反馈下，可精准控制髋臼杯磨锉的方向、深度和位置等，然后在机械臂的辅助下，精准安装适合患者的个体化髋臼杯角度，参见图2。
但是，当前通过机器人系统进行注册时，通常是将骨盆注册与股骨侧分开注册，需要先进行股骨颈截骨，取出股骨头，显露髋臼，然而AS融合髋患者髋臼的显露十分困难，预先截骨的风险很高，经验不足时常导致髋臼壁医源性骨缺损；而且对于AS髋融合病人来说，若预先截骨再注册则丢失了机器人辅助手术的优势点，容易导致解剖标志点缺失，最终影响注册的精确度。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，在本公开的第一方面，提供了一种基于髋关节置换的髋臼注册方法。该方法包括：
获取患者信息；
基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；
根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；
基于所述关键点进行髋臼注册。
进一步地，所述患者信息包括多个方位拍摄的患者髋关节X光片。
进一步地，所述预设的注册规则为保留完整的髋臼侧解剖结构。
进一步地，所述根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点包括：
根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的髋臼外后壁、大粗隆顶点和骨盆-股骨颈连接处作为第一关键点；
从所述三维模型中，选取与髋关节置换相关联的32个小点作为第二关键点。
进一步地，还包括：
所述第二关键点均匀分布在手术操作区域内。
进一步地，还包括：
通过预设标准对所述第二关键点中的所有小点进行分别检测。
在本公开的第二方面，提出了一种基于髋关节置换的髋臼注册装置，包括：
获取模块，用于获取患者信息；
生成模块，用于基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；
选取模块，用于根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；
注册模块，用于基于所述关键点进行髋臼注册。
在本公开的第三方面，提出了一种设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如根据本公开的上述方法。
在本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本公开的上述方法。
本申请实施例提供的基于髋关节置换的髋臼注册方法，通过获取患者信息；基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；基于所述关键点进行髋臼注册，保留完整的髋臼侧解剖结构，提升了注册的精准性，为后续手术提供了更精准的数据支持。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1是根据本申请的髋关节融合的X线片示意图；
图2是根据本申请的调整髋臼杯磨锉安放角度和深度控制的示意图；
图3是本申请的一个实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；
图4是根据本申请的基于髋关节置换的髋臼注册方法的一个实施例的流程图；
图5是根据本申请的髋臼外后壁注册示意图；
图6是根据本申请的大粗隆顶点处注册示意图；
图7是根据本申请的骨盆-股骨颈连接处注册示意图；
图8是根据本申请的术后的X线片对比示意图；
图9是根据本申请的基于髋关节置换的髋臼注册装置的结构示意图；
图10是用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
术语解析：
髋臼：髋关节的重要组成部分，位于髋骨中部外侧面，髂前上棘与坐骨结节连线的中间，为半球形深凹窝，臼口朝前下外方，将髋臼外侧面分为前后两部分，前部向前向内倾斜，后部向后，由髂骨体、坐骨体和耻骨体三部分构成。髂骨体构成髋臼顶，占2/5的臼面积；坐骨体构成髋臼后壁和臼底，占2/5的臼面积；耻骨体构成髋臼前壁，占l/5的臼面积，出生时三部分由Y形软骨分开，20—25岁三者相继愈合成一体。
图3示出了可以应用本申请的用于生成信息的方法或用于生成信息的装置的实施例的示例性系统架构300。
如图3所示，系统架构300可以包括终端设备301、302、303，网络304和服务器305。网络304用以在终端设备301、302、303和服务器305之间提供通信链路的介质。网络304可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用终端设备301、302、303通过网络304与服务器305交互，以接收或发送消息等。终端设备301、302、303上可以安装有各种通讯客户端应用，例如模型训练类应用、视频识别类应用、网页浏览器应用、社交平台软件等。
终端设备301、302、303可以是硬件，也可以是软件。当终端设备301、302、303为硬件时，可以是具有显示屏的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3播放器(Moving Picture Experts Group Audio Layer III，动态影像专家压缩标准音频层面3)、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，动态影像专家压缩标准音频层面4)播放器、膝上型便携计算机和台式计算机等等。当终端设备301、302、303为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中。其可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
当终端301、302、303为硬件时，其上还可以安装有视频采集设备。视频采集设备可以是各种能实现采集视频功能的设备，如摄像头、传感器等等。用户可以利用终端301、302、303上的视频采集设备来采集视频。
服务器305可以是提供各种服务的服务器，例如对终端设备301、302、303上显示的数据处理的后台服务器。后台服务器可以对接收到的数据进行分析等处理，并可以将处理结果(例如三维模型)反馈给终端设备。
需要说明的是，服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
应该理解，图3中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。特别地，在目标数据不需要从远程获取的情况下，上述系统架构可以不包括网络，而只包括终端设备或服务器。
如图4所示，是本申请实施例基于髋关节置换的髋臼注册方法的流程图。从图4中可以看出，本实施例的基于髋关节置换的髋臼注册方法，包括以下步骤：
S410，获取患者信息。
在本实施例中，用于基于髋关节置换的髋臼注册方法的执行主体(例如图1所示的服务器)可以通过有线方式或者无线连接的方式获取患者信息。
进一步地，上述执行主体可以获取与之通信连接的电子设备(例如图1所示的终端设备)发送的患者信息，也可以是预先存储于本地的患者信息。
在一些实施例中，所述患者信息包括多张、不同角度的患者髋关节X线片和/或CT等。
S420，基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型。
在一些实施例中，基于步骤S410中得到的X线片和/或CT，通过三维建模软件(例如，3DMAX等)，构建包含患者髋关节信息的三维模型。
在一些实施例中，可将获取的X线片和/或CT，直接输入至机器人系统，生成包含患者髋关节信息的三维模型。
在一些实施例中，可通过旋转矩阵和/或平移矩阵等方法，对所述多张、不同角度的患者髋关节X线片和/或CT进行处理，构建包含患者髋关节信息的三维模型。
S430，根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点。
在一些实施例中，将所述三维模型中融合髋的股骨侧与骨盆作为一个整体结构，不进行分割。即，保留完整的髋臼侧解剖结构(注册规则)。
在一些实施例中，选取所述三维模型中的髋臼外后壁、大粗隆顶点和骨盆-股骨颈连接处作为第一关键点。
具体地，相对于传统的注册方法，在本申请中，将髋臼后壁注册点变更为髋臼外后壁，参见图5；将髋臼前壁注册点变更为大粗隆顶点处，参见图6；髋臼外上壁注册点变更为骨盆-股骨颈连接处，参见图7。
在一些实施例中，根据机器人系统的注册规则和/或实际应用场景，选取32个小点作为第二关键点。通常选取的32个小点均为分布在手术操作区域内，且各个小点之间的距离为最远距离。
进一步地，还包括：
通过MAKOplasty机器人系统自带的验证功能，对所述第二关键点进行验证，若验证失败，则从新选取第二关键点；通常情况下，若所述第二关键点中有三个点不符合要求，则为验证不通过。
S440，基于所述关键点进行髋臼注册。
在一些实施例中，对所述第一关键点和验证通过的第二关键点进行注册，即，完成对髋臼的注册。
参考图8，图8示出了术前规划的假体位置和通过本公开的方法进行注册，完成手术后的X线片对比图。
本实施例的基于髋关节置换的髋臼注册方法，针对直性脊柱炎融合髋关节病人进行机器人辅助髋关节置换手术，保留了完整的髋臼侧解剖结构，避免了医源性髋臼骨缺损，提高了髋臼侧臼杯安装的精准性。
本申请实施例还提出了一种基于髋关节置换的髋臼注册系统900，包括：
获取模块910，用于获取患者信息；
生成模块920，用于基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；
选取模块930，用于根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；
注册模块940，用于基于所述关键点进行髋臼注册。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述一种基于髋关节置换的髋臼注册方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提出了一种设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的基于髋关节置换的髋臼注册方法。
此外，本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于髋关节置换的髋臼注册方法。
下面参考图10，其示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。图10示出的终端设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，计算机系统包括中央处理单元(CPU)1001，其可以基于存储在只读存储器(ROM)1002中的程序或者从存储部分1008加载到随机访问存储器(RAM)1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 1003中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 1001、ROM 1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。输入/输出(I/O)接口1005也连接至总线1004。
以下部件连接至I/O接口1005：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分1007；包括硬盘等的存储部分1008；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也基于需要连接至I/O接口1005。可拆卸介质1011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，基于需要安装在驱动器1010上，以便于从其上读出的计算机程序基于需要被安装入存储部分1008。
特别地，基于本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)1001执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段、或代码的一部分，所述单元、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括信息测量单元、行驶轨迹确定单元、映射关系确定单元和驾驶策略生成单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，信息测量单元还可以被描述为“测量本车的状态信息以及周围场景信息的单元”。
作为另一方面，本申请还提供了一种非易失性计算机存储介质，该非易失性计算机存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的非易失性计算机存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端中的非易失性计算机存储介质。上述非易失性计算机存储介质存储有一个或者多个程序，当所述一个或者多个程序被一个设备执行时，使得所述设备：获取患者信息；基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；基于所述关键点进行髋臼注册。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种基于髋关节置换的髋臼注册方法，其特征在于，包括：
获取患者信息；
基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；
根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；
基于所述关键点进行髋臼注册。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述患者信息包括多个方位拍摄的患者髋关节X光片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的注册规则为保留完整的髋臼侧解剖结构。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点包括：
根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的髋臼外后壁、大粗隆顶点和骨盆-股骨颈连接处作为第一关键点；
从所述三维模型中，选取与髋关节置换相关联的32个小点作为第二关键点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
所述第二关键点均匀分布在手术操作区域内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
通过预设标准对所述第二关键点中的所有小点进行分别检测。
7.一种基于髋关节置换的髋臼注册装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取患者信息；
生成模块，用于基于所述患者信息，生成包含患者髋关节信息的三维模型；
选取模块，用于根据预设的注册规则，选取所述三维模型中的关键点；
注册模块，用于基于所述关键点进行髋臼注册。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述患者信息包括多个方位拍摄的患者髋关节X光片。
9.一种设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
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