CN114668390A - 一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，该方法包括：完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下；计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度；评估术后患者的股骨可活动情况。本发明在手术完成后第一时间即可计算出当前股骨的活动度，并且根据计算过程中欧拉角转换的二义性分析了所有可能的结果，筛选出符合医学上人体生理极限的活动度，避免了常规测量方法引起的误差。另外，通过摆动患者关节，手术电脑上会实时显示当前股骨在三个方向上的数值，医生可以根据实时显示的活动度将患者股骨调整到想要测试的指定位姿，从而更好地评估患者在术后的股骨活动能力。

Description

一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法

技术领域

本发明涉及关节置换技术领域，尤其涉及一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法。

背景技术

关节活动度又称关节活动范围，是指关节活动时可达到的最大角度。关节活动度是临床医学中常见的检测项目，可以使医生更好地评估患者在术后的股骨活动能力，由此可见对人体的关节活动度进行准确的检测至关重要。

现有临床上评估术后关节活动度的方法是首先在确保患者姿势标准的前提下，由医生通过量角器进行测量，如测量患者的髋关节屈曲程度：令患者呈仰卧姿，被测一侧适度屈髋，膝关节呈最大角度屈曲。髋关节在额状面保持中立；量角器轴心置于股骨大转子，固定臂与体侧中线重合；被动屈曲髋关节，在到达终点前或者出现代偿时读取并记录量角器的刻度，该方法测量精准度较低。并且现实生活中的髋关节角度往往是在前后、左右、内外三个方向上共同作用的结果，临床上的测量方法在摆正病人位置后一次测量只能得到一个方向上的角度，若需要测量此时在另一方向上的角度则需要使用量角器等再测量一次，不但操作繁琐，且容易受到多种外界因素的影响，导致其测量过程较为不稳定且存在误差，从而降低测量结果的准确性。

申请号为201710689841.1的专利提供了一种关节活动度测量方法，可以实现关节活动度的智能化检测，提高测量结果的准确度，但该发明通过在被测者的待测关节上装配两个位置检测模块来检测关节活动度，所述位置检测模块包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、单片机以及无线传输单元等，该方法不仅增大了成本，且不利于医护人员操作。

发明内容

为了解决上述背景技术中所述的问题，本发明提供了一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，该方法能够将患者当前的股骨位姿实时计算并显示，使得医生可以从计算结果得到正反馈，从而更好的去评估患者的股骨活动能力。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，该方法包括：

完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下；

计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度；

记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况。

其中，所述计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度包括：分别计算所述髋骨、所述股骨在实际坐标系下的位姿；计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵；计算所述股骨在三个方向上的活动度。

进一步地，所述完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下包括：

相机视野内在患者所述髋骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述髋骨表面采集特征点，将患者所述髋骨注册到相机坐标系下；

相机视野内在患者所述股骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述股骨表面采集特征点，将患者所述股骨注册到相机坐标系下；

根据术前规划方案完成髋臼杯和股骨柄等假体的安装。

进一步地，所述计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的髋骨阵列读取所述髋骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述髋骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿。

进一步地，所述计算所述股骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的股骨阵列读取所述股骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述股骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述股骨在实际坐标系下的位姿。

进一步地，所述计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵包括：

通过所述髋骨与所述股骨在实际坐标系下的位姿计算所述股骨在髋骨坐标系下的位姿；

在术前矫正后的实际坐标系下，计算术前股骨在髋骨坐标系下的位姿，此时股骨的活动度在各个方向上为0；

计算当前股骨在术前股骨坐标系下的位姿；

计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵。

进一步地，所述计算股骨在三个方向上的活动度包括：

将当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵平移到以所述股骨球头中心为原点的坐标系；

将旋转矩阵转换到欧拉角得到所述股骨在三个方向上的活动度，由于欧拉角的转换过程中应用了反三角函数，故其结果存在二义性；

通过遍历其所有可能的结果，并结合所述股骨活动度在医学上可能的最大活动范围，最终得到所述股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上正确的活动度。

进一步地，所述记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况包括：

在保证所述髋骨和所述股骨阵列稳定的情况下，医护人员摆动患者的股骨，实时记录并更新患者在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的最大最小值，用于评估术后患者的股骨可活动情况。

与现有技术相比，本发明的创新点在于：1、在手术完成后第一时间即可根据注册后的髋骨、股骨计算出当前股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度，避免了常规测量方法由于患者姿势不标准引起的误差；2、术中对髋骨股骨的在相机坐标系下的注册、术前将髋骨股骨在世界坐标系下矫正到0零活动度，得到患者现实中的当前股骨位姿代表的三个方向上的活动度，并根据计算过程中欧拉角转换的二义性分析了所有可能的结果，筛选出符合医学上人体生理极限的活动度。3、通过摆动患者关节，手术电脑上会实时显示当前的股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的数值，并记录其在目前为止达到过的最大、最小值，医生可以根据实时显示的活动度将患者股骨调整到想要测试的指定位姿，如在内旋15度的情况下，其余外展前屈两个方向上的最大最小值，便于医生更好地评估患者在术后的股骨活动能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明实施例提供的用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法的流程示意图；

图2是本发明实施例计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上活动度的流程示意图；

图3是本发明实施例的股骨内收29度的示意图；

图4是本发明实施例的股骨前屈59度的示意图；

图5是本发明实施例的股骨内旋40度的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开 的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开， 而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体 细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本 公开的示例来提供对本公开更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明实施例提供的方法进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，该方法包括：

S101，完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下；

S102，计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度；

S103，记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况。

如图2所示，S102中所述计算股骨在三个方向上的活动度包括：S201，分别计算所述髋骨、所述股骨在实际坐标系下的位姿；S202，计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵；S203，计算所述股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度。

作为一种可选的实施方式，S101中所述完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下包括：

相机视野内在患者所述髋骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述髋骨表面采集特征点，将患者所述髋骨注册到相机坐标系下；

相机视野内在患者所述股骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述股骨表面采集特征点，将患者所述股骨注册到相机坐标系下；

根据术前规划方案完成髋臼杯和股骨柄等假体的安装。

作为一种可选的实施方式，S201中所述计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的髋骨阵列读取所述髋骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述髋骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿。

作为一种可选的实施方式，S201中所述计算所述股骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的股骨阵列读取所述股骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述股骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述股骨在实际坐标系下的位姿。

作为一种可选的实施方式，S202中所述计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵包括：

通过所述髋骨与所述股骨在实际坐标系下的位姿计算所述股骨在髋骨坐标系下的位姿；

在术前矫正后的实际坐标系下，计算术前股骨在髋骨坐标系下的位姿，此时股骨的活动度在各个方向上为0；

计算当前股骨在术前股骨坐标系下的位姿；

计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵。

作为一种可选的实施方式，S203中所述计算股骨在三个方向上的活动度包括：

将当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵平移到以所述股骨球头中心为原点的坐标系；

将旋转矩阵转换到欧拉角得到所述股骨在三个方向上的活动度，由于欧拉角的转换过程中应用了反三角函数，故其结果存在二义性；

通过遍历其所有可能的结果，并结合所述股骨活动度在医学上可能的最大活动范围，最终得到所述股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上正确的活动度。

作为一种可选的实施方式，S103中所述记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况包括：

如图3、图4、图5所示，在保证所述髋骨和所述股骨阵列稳定的情况下，医护人员可以摆动患者的股骨，实时记录并更新患者在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的最大最小值，用于评估术后患者的股骨可活动情况。

本发明提供了一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，该方法在手术完成后第一时间即可根据注册后的髋骨、股骨计算出当前股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度，并且本根据计算过程中欧拉角转换的二义性分析了所有可能的结果，筛选出符合医学上人体生理极限的活动度，操作简单，测量便捷，且避免了常规测量方法由于患者姿势不标准引起的误差。另外，通过摆动患者关节，手术电脑上会实时显示当前的股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的数值，并记录其在目前为止达到过的最大、最小值。医生可以根据实时显示的活动度将患者股骨调整到想要测试的指定位姿，如在内旋15度的情况下，其余外展前屈两个方向上的最大最小值，便于医生更好地评估患者在术后的股骨活动能力。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地 了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过 程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述方法包括：

完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下；

计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度；

记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况；

其中，所述计算股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的活动度包括：分别计算所述髋骨及股骨在实际坐标系下的位姿；计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵；计算所述股骨在三个方向上的活动度。

2.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述完成髋关节置换手术，将患者髋骨、股骨注册到相机坐标系下包括：

相机视野内在患者所述髋骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述髋骨表面采集特征点，将患者所述髋骨注册到相机坐标系下；

相机视野内在患者所述股骨上安装反光阵列，通过同样装有反光阵列的探针在患者所述股骨表面采集特征点，将患者所述股骨注册到相机坐标系下；

根据术前规划方案完成髋臼杯和股骨柄等假体的安装。

3.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的髋骨阵列读取所述髋骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述髋骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述髋骨在实际坐标系下的位姿。

4.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述计算所述股骨在实际坐标系下的位姿包括：

根据当前的股骨阵列读取所述股骨在相机坐标系下的位姿；

通过手术时注册得到的转换矩阵，计算所述股骨在CT坐标系下的位姿；

通过术前方案的矫正矩阵计算所述股骨在实际坐标系下的位姿。

5.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵包括：

通过所述髋骨与所述股骨在实际坐标系下的位姿计算所述股骨在髋骨坐标系下的位姿；

在术前矫正后的实际坐标系下，计算术前股骨在髋骨坐标系下的位姿，此时股骨活动度在各个方向上为 0；

计算当前股骨在术前股骨坐标系下的位姿；

计算当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵。

6.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述计算股骨在三个方向上的活动度包括：

将当前股骨相对于标准股骨的变换矩阵平移到以所述股骨球头中心为原点的坐标系；

将旋转矩阵转换到欧拉角得到所述股骨在三个方向上的活动度，由于欧拉角的转换过程中应用了反三角函数，故其结果存在二义性；

通过遍历其所有可能的结果，并结合所述股骨活动度在医学上可能的最大活动范围，最终得到所述股骨在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上正确的活动度。

7.根据权利要求1所述的一种用于髋关节置换手术的术后关节活动度评估方法，其特征在于，所述记录股骨的活动范围，评估术后患者的股骨可活动情况包括：

在保证所述髋骨和所述股骨阵列稳定的情况下，医护人员摆动患者的股骨，实时记录并更新患者在外旋内旋、外展内收、前屈后伸三个方向上的最大最小值，用于评估术后患者的股骨可活动情况。

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