CN116763432B - 对象的髋关节假体的运动范围确定方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法、装置和存储介质。该方法包括：获取对象的术前影像数据，其中，术前影像数据用于至少表示对象的股骨的图像；基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围；在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态；基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围。本发明解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题。

Description

对象的髋关节假体的运动范围确定方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体而言，涉及一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法、装置和存储介质。

背景技术

目前，在当前的全髋关节置换中，主要根据国人骨骼形态及统计数据，来规划摆放假体位置，但是传统规划方法并未考虑由于患者的骨骼畸形等因素所造成的安全区缩小的情况，也未考虑术后假体与骨骼之间的碰撞的情况，从而导致髋关节假体的稳固性低的技术问题。

针对上述髋关节假体的稳固性低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法、装置和存储介质，以至少解决髋关节假体的稳固性低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法。该方法可以包括：获取对象的术前影像数据，其中，术前影像数据用于至少表示对象的股骨的图像；基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围；在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态；基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围。

可选地，基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围，包括：基于术前影像数据，对对象的目标模型进行重建，其中，目标模型用于至少表示股骨的三维模型；对重建后的目标模型进行划分，得到髋关节运动范围。

可选地，基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围，包括：获取对象的术后影像数据；基于术后影像数据，确定运动范围。

可选地，基于术后影像数据，确定运动范围，包括：基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围；基于碰撞范围，对对象的预设动作和对象的预设姿态进行模拟，得到模拟结果，其中，模拟结果用于表征在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体是否与对象的骨柄发生碰撞；基于模拟结果，确定运动范围。

可选地，基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围，包括：基于术后影像数据，确定髋关节假体间发生碰撞的第一碰撞范围，确定髋关节假体与对象的骨质发生碰撞的第二碰撞范围，并确定所述骨质间发生碰撞的第三碰撞范围；将第一碰撞范围、第二碰撞范围和第三碰撞范围之间的交集范围，确定为碰撞范围。

可选地，基于模拟结果，确定运动范围，包括：响应于模拟结果为在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体与骨柄发生碰撞，将除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的屈曲角度之外的屈曲角度、除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外展角度之外的外展角度，以及除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外旋角度之外的外旋角度确定为运动范围。

可选地，在基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围之后，该对象的髋关节假体的运动范围确定方法还可以包括：将运动范围上传至运动模拟系统中，其中，运动模拟系统用于根据运动范围生成对象的术后报告。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种对象的髋关节假体的运动范围确定装置。该装置可以包括：获取单元，用于获取对象的术前影像数据，其中，术前影像数据用于至少表示对象的股骨的图像；第一确定单元，用于基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围；第二确定单元，用于在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态；第三确定单元，用于基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；第四确定单元，用于基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明实施例的对象的髋关节假体的运动范围确定方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器。该处理器用于运行程序，其中，程序被该处理器运行时执行本发明实施例的对象的髋关节假体的运动范围确定方法。

在本发明实施例中，获取对象的术前影像数据，根据获取的术前影像数据，可以确定对象的髋关节运动范围，在该髋关节运动范围内，可以确定股骨的运动状态，根据股骨的运动状态，可以确定髋关节假体的植入范围，根据髋关节假体的植入范围，可以确定髋关节假体的运动范围。也就是说，通过获取患者的术前影像数据，来确定患者的髋关节运动范围，在确定的髋关节运动范围内，通过确定股骨的运动状态，来确定髋关节假体的植入范围，由此可以确定髋关节假体的运动范围，从而达到了可以提前预测术后患者的运动范围极限的目的，解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，实现了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种基于髋关节安全区的个性化髋关节假体位置规划方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种预设动作姿势的模拟结果的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种髋臼杯的植入角度的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种对象的髋关节假体的运动范围确定装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法的流程图，该方法可以包括如下步骤：

步骤S101，获取对象的术前影像数据。

在本发明上述步骤S101提供的技术方案中，上述对象可以用于表示未进行髋关节假体植入的患者，上述术前影像数据可以用于表示对象的骨盆及股骨的图像，例如，上述术前影像数据可以为计算机断层扫描（Computerized Tomography，简称为CT）影像数据。

可选地，获取对象的术前影像数据，例如，通过CT扫描仪对未进行髋关节假体植入的患者进行术前扫描，可以得到该患者的术前CT影像数据，然后根据得到的术前CT影像数据，可以确定患者的股骨的三维模型。

步骤S102，基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围。

在本发明上述步骤S102提供的技术方案中，上述髋关节运动范围可以用于表示患者的个性化髋臼杯安全区。

可选地，在获取对象的术前影像数据之后，基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围，例如，根据患者的CT影像数据，可以确定患者的股骨的三维模型，根据患者的股骨的三维模型，可以确定患者的个性化髋臼杯安全区。

可选地，在已确定个性化髋臼杯安全区的情况下，可以设定6个单一轴向运动及9组复合运动，其中，6个单一轴向运动可以包括但不局限于：髋关节屈曲125°、髋关节后伸45°、髋关节外旋70°、髋关节内旋45°、髋关节外展50°、髋关节内收45°，9组复合运动可以包括但不局限于：屈曲80°与外展50°、屈曲80°与内收40°、屈曲90°与内收30°、屈曲90°与内旋30°、屈曲100°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收30°、后伸20°与外旋20°、后伸20°与外旋25°。

步骤S103，在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态。

在本发明上述步骤S103提供的技术方案中，上述股骨的运动状态可以用于表示髋臼杯假体与假体柄是否发生碰撞，例如，上述股骨的运动状态可以为髋臼杯假体与假体柄发生碰撞，上述股骨的运动状态也可以为髋臼杯假体与假体柄未发生碰撞。

可选地，在基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围之后，在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态，例如，在患者的个性化髋臼杯安全区内，根据设定的单一轴向运动及设定的复合运动，来模拟患者的股骨在实际生活中的运动状态，然后根据模拟的运动状态，可以确定经过髋关节假体植入后的患者的股骨的运动状态。

可选地，在患者的个性化髋臼杯安全区内，根据设定的单一轴向运动及设定的复合运动，可以确定髋臼杯假体与假体柄是否发生碰撞，如果髋臼杯假体与假体柄发生碰撞，则将与当前碰撞相对应的单一运动或复合运动的角度确定为极限角度，如果髋臼杯假体与假体柄未发生碰撞，则将与当前未发生碰撞相对应的单一运动或复合运动的角度确定为适宜角度。

步骤S104，基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围。

在本发明上述步骤S104提供的技术方案中，上述植入范围可以用于表示髋关节假体的理想放置角度范围。

可选地，在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态之后，基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围，例如，根据通过模拟测试而得到的股骨的运动状态，可以确定髋关节假体的适宜放置角度范围，以及髋关节假体的极限放置角度范围，然后根据上述不同的角度范围，可以确定面向患者时髋关节假体的理想放置角度范围。

可选地，通过对髋臼杯的位姿进行计算，例如，按照下式对假体的前倾角及外展角进行计算，可以得到假体的理想放置角度范围：

（1）

（2）

（3）

其中，可以用于表示股骨柄的姿态，/>可以用于表示屈曲，/>可以用于表示后伸，/>可以用于表示外展，/>可以用于表示内收，/>可以用于表示外旋，/>可以用于表示内旋，/>可以用于表示矢状面矩阵，/>可以用于表示冠状面矩阵，/>可以用于表示横断面矩阵，/>可以用于表示髋臼杯假体的姿态，/>可以用于表示前倾角，/>可以用于表示外展角，/>可以用于表示某一姿态下髋臼杯假体与假体柄是否发生碰撞，碰撞为1，未碰撞为0。

步骤S105，基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围。

在本发明上述步骤S105提供的技术方案中，上述髋关节假体的运动范围可以用于表示经过髋关节假体植入后的患者在实际生活中的适宜运动范围。

可选地，在基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围之后，基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围，例如，根据确定的髋关节假体的理想放置角度范围，对患者进行髋关节假体植入，在患者完成髋关节假体植入之后，通过对经过髋关节假体植入后的患者的CT影像数据进行分析，可以确定该患者在实际生活中的适宜运动范围，其中，本申请中并不涉及上述对患者进行髋关节假体植入的具体手术过程，在本申请中仅仅涉及根据经过髋关节假体植入后的患者的CT影像数据，而确定该患者在实际生活中的适宜运动范围的过程。

本申请上述步骤S101至步骤S105，获取对象的术前影像数据，根据获取的术前影像数据，可以确定对象的髋关节运动范围，在该髋关节运动范围内，可以确定股骨的运动状态，根据股骨的运动状态，可以确定髋关节假体的植入范围，根据髋关节假体的植入范围，可以确定髋关节假体的运动范围。也就是说，通过获取患者的术前影像数据，来确定患者的髋关节运动范围，在确定的髋关节运动范围内，通过确定股骨的运动状态，来确定髋关节假体的植入范围，由此可以确定髋关节假体的运动范围，从而达到了可以提前预测术后患者的运动范围极限的目的，解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，实现了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

下面对该实施例的上述方法进行进一步介绍。

作为一种可选的实施例方式，步骤S102，基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围，包括：基于术前影像数据，对对象的目标模型进行重建；对重建后的目标模型进行划分，得到髋关节运动范围。

在该实施例中，上述目标模型可以用于表示骨盆及股骨的三维模型，上述重建过程可以为逆向重建。

可选地，在获取对象的术前影像数据之后，根据骨盆及股骨的术前CT影像数据，可以对患者的骨盆及股骨的三维模型进行逆向重建，然后通过对逆向重建后的骨盆及股骨的三维模型进行单一轴向运动及复合运动的划分，可以得到患者的个性化髋臼杯安全区。

可选地，上述单一轴向运动可以包括但不局限于：髋关节屈曲125°、髋关节后伸45°、髋关节外旋70°、髋关节内旋45°、髋关节外展50°、髋关节内收45°，上述复合运动可以包括但不局限于：屈曲80°与外展50°、屈曲80°与内收40°、屈曲90°与内收30°、屈曲90°与内旋30°、屈曲100°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收30°、后伸20°与外旋20°、后伸20°与外旋25°。

作为一种可选的实施例方式，步骤S105，基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围，包括：获取对象的术后影像数据；基于术后影像数据，确定运动范围。

在该实施例中，上述术后影像数据可以用于表示经过髋关节假体植入后的患者的骨盆及股骨的图像，例如，上述术后影像数据可以为通过CT扫描仪对患者的骨盆及股骨进行扫描而得到的。

可选地，在基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围之后，通过CT扫描仪对经过髋关节假体植入后的患者进行术后扫描，可以得到该患者的术后CT影像数据，然后根据得到的术后CT影像数据，可以确定经过髋关节假体植入后的患者在实际生活中的适宜运动范围。

作为一种可选的实施例方式，步骤S105，基于术后影像数据，确定运动范围，包括：基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围；基于碰撞范围，对对象的预设动作和对象的预设姿态进行模拟，得到模拟结果；基于模拟结果，确定运动范围。

在该实施例中，上述碰撞范围可以用于表示假体间发生碰撞的角度、骨质与假体发生碰撞的角度和骨质间发生碰撞的角度，上述模拟结果可以用于表征在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体是否与术后患者的骨柄发生碰撞。

可选地，在获取对象的术后影像数据之后，根据术后CT影像数据，可以确定假体间发生碰撞的角度、骨质与假体发生碰撞的角度和骨质间发生碰撞的角度，然后分别将上述发生碰撞的角度确定为极限运动范围，其中，极限运动范围仅为适宜运动范围的参考指标。

可选地，根据假体间发生碰撞的角度、骨质与假体发生碰撞的角度和骨质间发生碰撞的角度，通过对患者的预设动作和患者的预设姿态进行模拟，可以得到模拟结果，也即，可以确定在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体是否与术后患者的骨柄发生碰撞，从而根据是否发生碰撞，来确定经过髋关节假体植入后的患者在实际生活中的适宜运动范围，其中，预设动作可以包括但不限于：迈步、上楼、下楼等，预设姿态可以包括但不限于：打坐、蹲马桶、翘二郎腿等。

作为一种可选的实施例方式，基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围，包括：基于术后影像数据，确定髋关节假体间发生碰撞的第一碰撞范围，确定髋关节假体与对象的骨质发生碰撞的第二碰撞范围，并确定所述骨质间发生碰撞的第三碰撞范围；将第一碰撞范围、第二碰撞范围和第三碰撞范围之间的交集范围确定为碰撞范围。

在该实施例中，上述第一碰撞范围可以用于表示假体间发生碰撞的角度，上述第二碰撞范围可以用于表示骨质与假体发生碰撞的角度，上述第三碰撞范围可以用于表示骨质间发生碰撞的角度。

可选地，在获取对象的术后影像数据之后，通过对患者的术后CT影像数据进行分析，可以得到假体间发生碰撞的角度、骨质与假体发生碰撞的角度和骨质间发生碰撞的角度，然后通过对假体间发生碰撞的角度、骨质与假体发生碰撞的角度和骨质间发生碰撞的角度进行交集运算，可以得到碰撞范围。

作为一种可选的实施例方式，基于模拟结果，确定运动范围，包括：响应于模拟结果为在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体与骨柄发生碰撞，将除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的屈曲角度之外的屈曲角度、除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外展角度之外的外展角度，以及除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外旋角度之外的外旋角度确定为运动范围。

在该实施例中，上述髋关节假体的屈曲角度、上述髋关节假体的外展角度和上述髋关节假体的外旋角度均可以根据不同的预设动作和预设姿态而设定，例如，上述髋关节假体的屈曲角度可以为40°，上述髋关节假体的外展角度可以为20°，上述髋关节假体的外旋角度可以为15°，此处仅作举例说明，不作具体限定。

可选地，在基于碰撞范围，对对象的预设动作和对象的预设姿态进行模拟，得到模拟结果之后，对在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体是否与术后患者的骨柄发生碰撞进行判断，如果在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体与术后患者的骨柄发生碰撞，则将除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的屈曲角度之外的屈曲角度、除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外展角度之外的外展角度，以及除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外旋角度之外的外旋角度确定为患者在实际生活中的适宜运动范围。

可选地，如果在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体与术后患者的骨柄未发生碰撞，则将与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的屈曲角度、与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外展角度、与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外旋角度确定为患者在实际生活中的适宜运动范围。

可选地，如果预设动作为迈步，则将髋关节假体的屈曲角度设定为40°，在迈步的情况下，髋关节假体与术后患者的骨柄未发生碰撞，由此将该髋关节假体的屈曲角度40°确定为患者在实际生活中的适宜运动范围；如果预设动作为上楼，则将髋关节假体的屈曲角度设定为80°，在上楼的情况下，髋关节假体与术后患者的骨柄未发生碰撞，由此将该髋关节假体的屈曲角度80°确定为患者在实际生活中的适宜运动范围。

可选地，如果预设姿态为蹲马桶，则将髋关节假体的屈曲角度设定为90°、且将髋关节假体的外展角度设定为20°，在蹲马桶的情况下，髋关节假体与术后患者的骨柄未发生碰撞、但接近碰撞，由此将该髋关节假体的屈曲角度90°和该髋关节假体的外展角度20°确定为患者在实际生活中的适宜运动范围。

可选地，如果预设姿态为翘二郎腿，则将髋关节假体的屈曲角度设定为110°、将髋关节假体的外展角度设定为20°、且将髋关节假体的外旋角度设定为15°，在翘二郎腿的情况下，髋关节假体与术后患者的骨柄发生碰撞，由此将该髋关节假体的屈曲角度110°、髋关节假体的外展角度20°和髋关节假体的外旋角度15°不确定为患者在实际生活中的适宜运动范围。

作为一种可选的实施例方式，在步骤S105，在基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围之后，该对象的髋关节假体的运动范围确定方法还可以包括：将运动范围上传至运动模拟系统中。

在该实施例中，上述运动模拟系统可以用于根据运动范围生成对象的术后报告。

可选地，在基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围之后，将经过髋关节假体植入后的患者在实际生活中的适宜运动范围上传至运动模拟系统中，然后在该系统中根据上传的适宜运动范围，可以生成患者的术后报告。

本实施例获取对象的术前影像数据，根据获取的术前影像数据，可以确定对象的髋关节运动范围，在该髋关节运动范围内，可以确定股骨的运动状态，根据股骨的运动状态，可以确定髋关节假体的植入范围，根据髋关节假体的植入范围，可以确定髋关节假体的运动范围。也就是说，通过获取患者的术前影像数据，来确定患者的髋关节运动范围，在确定的髋关节运动范围内，通过确定股骨的运动状态，来确定髋关节假体的植入范围，由此可以确定髋关节假体的运动范围，从而达到了可以提前预测术后患者的运动范围极限的目的，解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，实现了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

实施例2

下面结合优选的实施方式对本发明实施例的技术方案进行举例说明。

在当前的全髋关节置换中，主要根据国人骨骼形态及统计数据，来规划摆放假体位置，但是传统规划方法并未考虑由于患者的骨骼畸形等因素所造成的安全区缩小的情况，也未考虑术后假体与骨骼之间的碰撞的情况，从而导致髋关节假体的稳固性低的技术问题。

在一种相关技术中，公开了一种关节置换手术导航系统，该系统包括：术前规划模块，用于根据获取的髋关节医学图像数据进行分割重建得到髋关节三维模型，并进行术前规划，确定假体安放的位置、大小和角度；导航配准模块，用于根据骨盆参考架和股骨参考架确定骨盆和股骨的空间位置，以及，根据手术探针与骨盆参考架和股骨参考架的空间位置关系，对髋关节三维模型进行配准，得到髋关节实体模型，根据所述髋关节实体模型，控制夹持假体的手术器械将假体安放在髋关节中。但是该系统仅术前根据髋关节医学图像数据得到髋关节的三维模型，进而根据髋关节三维模型进行手术规划，模拟假体安放的位置、大小和角度等信息，术中通过骨盆参考架和股骨参考架追踪股骨和骨盆的空间位置，并根据手术探针与骨盆参考架和股骨参考架的空间位置关系，对髋关节三维模型进行配准，无法通过在患者的髋关节安全区设定单一运动角度和复合运动角度，模拟患者的股骨运动状态，以可以提高髋关节假体的稳固性。

然而，本发明实施例提出一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法，通过基于髋关节活动度来术前预测病人安全区，以及个性化设计假体摆放位置，达到了可以提前预测术后患者的运动范围极限的目的，解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，实现了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

图2是根据本发明实施例的一种基于髋关节安全区的个性化髋关节假体位置规划方法的流程图，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S201，对患者的骨盆及股骨模型进行逆向重建。

在对患者的骨盆及股骨模型进行逆向重建之后，进入步骤S202，通过对逆向重建后的骨盆及股骨模型进行安全区计算，得到病人个性化髋臼杯安全区。

在通过对逆向重建后的骨盆及股骨模型进行安全区计算，得到病人个性化髋臼杯安全区之后，进入步骤S203，判断是否需要进行术中实施，如果需要进行术中实施，则进入步骤S204，计算安全运动范围，如果不需要进行术中实施，则进入步骤S205，对患者进行术后测量，其中，本申请中并不涉及上述术中实施的具体过程。

可选地，基于术前CT的规划方法可以包括以下步骤：

步骤一，通过患者CT逆向重建患者骨盆及股骨模型，其中，对于CT的最低拍摄长度要求是包括整骨盆及多于一半股骨。

步骤二，使用重建后的模型进行安全区计算，得到病人个性化髋臼杯安全区。通过系统输入髋关节运动范围，可以定义6个单一轴向运动及9组复合运动，目前标准髋关节运动范围可以分别为以下内容：

单一运动可以为：髋关节屈曲125°、髋关节后伸45°、髋关节外旋70°、髋关节内旋45°、髋关节外展50°、髋关节内收45°，复合运动可以为：屈曲80°与外展50°、屈曲80°与内收40°、屈曲90°与内收30°、屈曲90°与内旋30°、屈曲100°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收30°、后伸20°与外旋20°、后伸20°与外旋25°。

步骤三，系统根据输入的单一运动和复合运动角度，模拟患者股骨运动状态，并进行可视化，例如，对髋臼杯的位姿，也即，对假体的前倾角及外展角进行计算，得到假体的理想放置角度范围，其中，在此理想放置角度范围内，执行上述单一运动和复合运动时，假体间不发生碰撞。

可选地，可以按照以下步骤来计算假体的理想放置角度范围：

步骤（1），通过下式计算得到确定股骨柄姿态：

（1）

其中，可以用于表示股骨柄的姿态，/>可以用于表示屈曲，/>可以用于表示后伸，/>可以用于表示外展，/>可以用于表示内收，/>可以用于表示外旋，/>可以用于表示内旋，/>可以用于表示矢状面矩阵，/>可以用于表示冠状面矩阵，/>可以用于表示横断面矩阵，/>可以用于表示髋臼杯假体的姿态。

步骤（2），按照下式来遍历前倾角和外展角，以获取当前髋臼杯假体的姿态，并与骨柄进行装配：

（2）

其中，可以用于表示髋臼杯假体的姿态，/>可以用于表示前倾角，/>可以用于表示外展角。

步骤（3），按照下式可以在装配的状态下检测髋臼杯假体与柄是否发生碰撞：

（3）

其中，可以用于表示某一姿态下髋臼杯假体与假体柄是否发生碰撞，碰撞为1，未碰撞为0。

步骤（4），计算安全区范围，在得到安全区范围之后，将舍去外展角大于50度的安全区，由此可以得到患者个性化安全区，其中，髋臼杯角度放置在此安全区范围下即为安全的、且术后脱位概率较小。

可选地，本申请通过术后测量的方式，可以得到髋臼杯假体角度信息，并基于术后髋臼杯假体角度信息，可以进行髋关节运动范围分析，其中，上述过程可以通过以下步骤来实现：

步骤四，将假体及患者骨骼模型导入至系统中，输入术后测量的髋臼杯假体角度，系统自动分别计算假体间碰撞角度，骨质与假体碰撞和骨质间碰撞，分别得到极限运动范围，并取交集作为最终运动范围。

步骤五，通过前文获取的安全区域，可以确定髋臼杯假体的姿态，在髋臼杯假体的姿态/>下，计算股骨假体柄的位置姿态，寻找发生碰撞的极限位置，记录患者当前活动角度。

步骤六，对患者进行碰撞检测，其中，碰撞检测可以包括：髋臼杯与股骨柄间的碰撞检测、内衬与股骨柄间的碰撞检测、球头与股骨柄间的碰撞检测、髋臼杯与股骨间的碰撞检测、内衬与股骨间的碰撞检测、球头与股骨间的碰撞检测。

可选地，在系统中设定患者日常动作的模拟角度，其中，日常动作可以包括但不限于：迈步、上楼、蹲马桶、翘二郎腿等，并为每个动作分别设置目标角度，上述四种日常动作的角度组合分别为：Z1、Z2、Z3、Z4，Z1的模拟角度为髋关节屈曲40°，Z2的模拟角度为髋关节屈曲80°，Z3的模拟角度为髋关节屈曲90°、且髋关节外展20°，Z4的模拟角度为髋关节屈曲110°、髋关节外展20°、且髋关节外旋15°。

图3是根据本发明实施例的一种预设动作姿势的模拟结果的示意图，如图3所示，通过对预设动作姿势进行模拟，可以得到此示意图，其中，白色区域可以用于表示模拟过程中没发生碰撞的动作，阴影区域可以用于表示模拟过程中没发生碰撞但接近碰撞的动作，另一阴影区域可以用于表示模拟过程中已发生碰撞的动作，从而可以提醒患者后续做此动作时需要注意，以防脱位的发生。

可选地，根据模拟结果，可以建议患者在术后生活中应避免哪些动作、注意哪些动作的运动幅度等，从而获得更好的术后生活，减少碰撞或脱位的发生。

举例而言，基于术前CT的规划方法还可以包括以下步骤：

步骤十一，通过CT数据对患者骨骼模型进行重建。

在通过CT数据对患者骨骼模型进行重建之后，进入步骤十二，输入6个单一轴向运动及9组复合运动角度，其中，6个单一轴向运动可以包括但不限于：髋关节屈曲125°、髋关节后伸45°、髋关节外旋70°、髋关节内旋45°、髋关节外展50°、髋关节内收45°，9组复合运动角度可以包括但不局限于：屈曲80°与外展50°、屈曲80°与内收40°、屈曲90°与内收30°、屈曲90°与内旋30°、屈曲100°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收20°、屈曲80°与内旋20°与内收30°、后伸20°与外旋20°、后伸20°与外旋25°。

在输入6个单一轴向运动及9组复合运动角度之后，进入步骤十三，系统分别对不同运动状态进行可视化，使得更加直观的查看骨骼及假体的碰撞情况。

在系统分别对不同运动状态进行可视化之后，进入步骤十四，在系统中点击计算，来获得髋臼杯植入角度范围、并选出最优角度。

图4是根据本发明实施例的一种髋臼杯的植入角度的示意图，如图4所示，最优角度可以为：外展角40°和前倾角20°。

在获得髋臼杯植入角度范围、并选出最优角度之后，进入步骤十五，确定假体的安全植入角度。

再举例而言，基于术后测量数据的安全区计算方法还可以包括以下步骤：

步骤十六，通过术后CT数据对患者骨骼模型进行重建，并测量术后髋臼杯前倾角及外展角，或者，直接使用手术机器人和手术导航术中的参考角度。

在通过术后CT数据对患者骨骼模型进行重建，并测量术后髋臼杯前倾角及外展角之后，进入步骤十七，将髋臼杯假体角度输入到计算模型中，得到假体在此角度下的最大运动范围（例如，在6个单一轴向运动及9组复合运动的情况下）以及各个姿态的可视化运动模型。

在将髋臼杯假体角度输入到计算模型中，得到假体在此角度下的最大运动范围，以及各个姿态的可视化运动模型之后，进入步骤十八，将运动范围带入预设动作姿势模拟系统，计算安全运动范围。

在该实施例中，对患者的骨盆及股骨模型进行逆向重建，然后对逆向重建后的骨盆及股骨模型进行安全区计算，得到病人个性化髋臼杯安全区，接着计算安全运动范围，或者，对患者进行术后测量，从而解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，达到了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

实施例3

根据本发明实施例，还提供了一种对象的髋关节假体的运动范围确定装置。需要说明的是，该对象的髋关节假体的运动范围确定装置可以用于执行实施例1中的一种对象的髋关节假体的运动范围确定方法。

图5是根据本发明实施例的一种对象的髋关节假体的运动范围确定装置的示意图。如图5所示，该对象的髋关节假体的运动范围确定装置500可以包括：获取单元501、第一确定单元502、第二确定单元503、第三确定单元504和第四确定单元505。

获取单元501，用于获取对象的术前影像数据，其中，术前影像数据用于至少表示对象的股骨的图像。

第一确定单元502，用于基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围。

第二确定单元503，用于在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态。

第三确定单元504，用于基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围。

第四确定单元505，用于基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围。

可选地，第一确定单元502可以包括：重建模块，用于基于术前影像数据，对对象的目标模型进行重建，其中，目标模型用于至少表示股骨的三维模型；划分模块，用于对重建后的目标模型进行划分，得到髋关节运动范围。

可选地，第四确定单元505可以包括：获取模块，用于获取对象的术后影像数据；确定模块，用于基于术后影像数据，确定运动范围。

可选地，确定模块可以包括：第一确定子模块，用于基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围；模拟子模块，用于基于碰撞范围，对对象的预设动作和对象的预设姿态进行模拟，得到模拟结果，其中，模拟结果用于表征在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体是否与对象的骨柄发生碰撞；第二确定子模块，用于基于模拟结果，确定运动范围。

可选地，第一确定子模块可以通过执行以下步骤来实现基于术后影像数据，确定髋关节假体的碰撞范围：基于术后影像数据，确定髋关节假体间发生碰撞的第一碰撞范围，确定髋关节假体与对象的骨质发生碰撞的第二碰撞范围，并确定所述骨质间发生碰撞的第三碰撞范围；将第一碰撞范围、第二碰撞范围和第三碰撞范围之间的交集范围，确定为碰撞范围。

可选地，第二确定子模块可以通过执行以下步骤来实现基于模拟结果，确定运动范围：响应于模拟结果为在预设动作和预设姿态的情况下髋关节假体与骨柄发生碰撞，将除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的屈曲角度之外的屈曲角度、除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外展角度之外的外展角度，以及除与预设动作和预设姿态对应的髋关节假体的外旋角度之外的外旋角度确定为运动范围。

可选地，该对象的髋关节假体的运动范围确定装置500还可以包括：上传单元，用于将运动范围上传至运动模拟系统中，其中，运动模拟系统用于根据运动范围生成对象的术后报告。

在该实施例中，获取单元，用于获取对象的术前影像数据，其中，术前影像数据用于至少表示对象的股骨的图像；第一确定单元，用于基于术前影像数据，确定对象的髋关节运动范围；第二确定单元，用于在髋关节运动范围内，确定股骨的运动状态；第三确定单元，用于基于股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；第四确定单元，用于基于植入范围，确定髋关节假体的运动范围，解决了髋关节假体的稳固性低的技术问题，达到了可以提高髋关节假体的稳固性的技术效果。

实施例4

根据本发明实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，程序执行实施例1中的对象的髋关节假体的运动范围确定方法。

实施例5

根据本发明实施例，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序被处理器运行时执行实施例1中的对象的髋关节假体的运动范围确定方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种对象的髋关节假体的运动范围确定装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取对象的术前影像数据，其中，所述术前影像数据用于至少表示所述对象的股骨的图像；

第一确定单元，用于基于所述术前影像数据，确定所述对象的髋关节运动范围；

第二确定单元，用于在所述髋关节运动范围内，确定所述股骨的运动状态；

第三确定单元，用于基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；

第四确定单元，用于基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围；

其中，所述第三确定单元还用于通过执行以下步骤，来基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围：通过对所述股骨的运动状态进行模拟，以及对所述髋关节假体的前倾角及外展角进行计算，得到所述髋关节假体的植入范围；

所述第四确定单元还用于通过执行以下步骤，来基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围：根据所述髋关节假体的理想放置角度范围，对所述对象的术后影像数据进行分析，得到所述髋关节假体的运动范围。

2.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行以下步骤的指令：

获取对象的术前影像数据，其中，所述术前影像数据用于至少表示所述对象的股骨的图像；

基于所述术前影像数据，确定所述对象的髋关节运动范围；

在所述髋关节运动范围内，确定所述股骨的运动状态；

基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；

基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围；

其中，基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围，包括：通过对所述股骨的运动状态进行模拟，以及对所述髋关节假体的前倾角及外展角进行计算，得到所述髋关节假体的植入范围；基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围，包括：根据所述髋关节假体的理想放置角度范围，对所述对象的术后影像数据进行分析，得到所述髋关节假体的运动范围。

3.根据权利要求2所述的计算机可读存储介质，其特征在于，基于所述术前影像数据，确定所述对象的髋关节运动范围，包括：

基于所述术前影像数据，对所述对象的目标模型进行重建，其中，所述目标模型用于至少表示所述股骨的三维模型；

对重建后的所述目标模型进行划分，得到所述髋关节运动范围。

4.根据权利要求2所述的计算机可读存储介质，其特征在于，基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围，包括：

获取所述对象的术后影像数据；

基于所述术后影像数据，确定所述髋关节假体的运动范围。

5.根据权利要求4所述的计算机可读存储介质，其特征在于，基于所述术后影像数据，确定所述髋关节假体的运动范围，包括：

基于所述术后影像数据，确定所述髋关节假体的碰撞范围；

基于所述碰撞范围，对所述对象的预设动作和所述对象的预设姿态进行模拟，得到模拟结果，其中，所述模拟结果用于表征在所述预设动作和所述预设姿态的情况下所述髋关节假体是否与所述对象的骨柄发生碰撞；

基于所述模拟结果，确定所述髋关节假体的运动范围。

6.根据权利要求5所述的计算机可读存储介质，其特征在于，基于所述术后影像数据，确定所述髋关节假体的碰撞范围，包括：

基于所述术后影像数据，确定所述髋关节假体间发生碰撞的第一碰撞范围，确定所述髋关节假体与所述对象的骨质发生碰撞的第二碰撞范围，并确定所述骨质间发生碰撞的第三碰撞范围；

将所述第一碰撞范围、所述第二碰撞范围和所述第三碰撞范围之间的交集范围，确定为所述碰撞范围。

7.根据权利要求5所述的计算机可读存储介质，其特征在于，基于所述模拟结果，确定所述髋关节假体的运动范围，包括：

响应于所述模拟结果为在所述预设动作和所述预设姿态的情况下所述髋关节假体与所述骨柄发生碰撞，将除与所述预设动作和所述预设姿态对应的所述髋关节假体的屈曲角度之外的所述屈曲角度、除与所述预设动作和所述预设姿态对应的所述髋关节假体的外展角度之外的所述外展角度，以及除与所述预设动作和所述预设姿态对应的所述髋关节假体的外旋角度之外的所述外旋角度，确定为所述髋关节假体的运动范围。

8.根据权利要求2所述的计算机可读存储介质，其特征在于，在基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围之后，执行以下步骤的指令：

将所述髋关节假体的运动范围上传至运动模拟系统中，其中，所述运动模拟系统用于根据所述髋关节假体的运动范围生成所述对象的术后报告。

9.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序被所述处理器运行时执行以下步骤的指令：

获取对象的术前影像数据，其中，所述术前影像数据用于至少表示所述对象的股骨的图像；

基于所述术前影像数据，确定所述对象的髋关节运动范围；

在所述髋关节运动范围内，确定所述股骨的运动状态；

基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围；

基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围；

其中，基于所述股骨的运动状态，确定髋关节假体的植入范围，包括：通过对所述股骨的运动状态进行模拟，以及对所述髋关节假体的前倾角及外展角进行计算，得到所述髋关节假体的植入范围；基于所述植入范围，确定髋关节假体的运动范围，包括：根据所述髋关节假体的理想放置角度范围，对所述对象的术后影像数据进行分析，得到所述髋关节假体的运动范围。