本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，尤其是關(guān)于一種基于力-間隙測量的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法、系統(tǒng)、計算機存儲介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、膝關(guān)節(jié)置換術(shù)包括單間室置換術(shù)、雙間室置換術(shù)、三間室置換術(shù)和全膝置換術(shù)等不同術(shù)式，所有術(shù)式的成功都依賴于恰當?shù)募袤w-骨-軟組織的相對關(guān)系，以便術(shù)后建立良好的膝關(guān)節(jié)運動學(xué)-動力學(xué)模式，獲得正常的膝關(guān)節(jié)術(shù)后功能。

2、但是，傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的屈伸平衡評價易引起以下問題：

3、①傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織屈伸平衡定義不明確：傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織屈伸平衡定義為屈曲間隙、伸直間隙差異<2mm，但缺乏對測量間隙寬度的力的大小規(guī)定，缺乏相應(yīng)的標準化硬件測量工具，造成屈伸平衡定義模糊，極具爭議，出現(xiàn)術(shù)后屈曲功能障礙、過伸畸形、屈曲攣縮畸形、膝關(guān)節(jié)脫位等并發(fā)癥。

4、②傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織屈伸調(diào)整技術(shù)缺乏量化評價：傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織屈伸平衡定義為屈曲間隙、伸直間隙差異<2mm，但同樣缺乏對測量間隙寬度的力大小的規(guī)定，缺乏相應(yīng)的標準化硬件測量工具，導(dǎo)致屈伸平衡術(shù)中操作偏差極大，無法量化分析軟組織屈伸平衡，出現(xiàn)術(shù)后屈伸不穩(wěn)定、膝關(guān)節(jié)疼痛、屈伸功能障礙、手術(shù)失敗等并發(fā)癥。

5、③膝關(guān)節(jié)置換軟組織屈伸平衡精準性不足：傳統(tǒng)的機械測量方法無法體現(xiàn)膝關(guān)節(jié)軟組織力-間隙變化的量化關(guān)系，由于缺乏定量的力-間隙測量方法，不能量化分析膝關(guān)節(jié)在不同屈伸角度下的軟組織張力特點并指導(dǎo)軟組織的精準平衡技術(shù)，出現(xiàn)術(shù)后軟組織不平衡、疼痛甚至不穩(wěn)定、假體松動等并發(fā)癥。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于力-間隙測量的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，以對膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中軟組織進行圖形化定量分析，從而為膝關(guān)節(jié)置換的屈伸平衡建立精準、智能化指導(dǎo)術(shù)中調(diào)整方案。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供的一種膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)獲得的不同屈曲角度時的內(nèi)側(cè)間室和外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力-間隙寬度數(shù)據(jù)，繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖；

5、選取膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的點陣在較為緊張的一側(cè)上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標；

6、通過構(gòu)建的量化評價指標分析膝關(guān)節(jié)軟組織平衡操作對屈伸間隙平衡狀態(tài)的影響，得到膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)；

7、綜合膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)及希望達到的目標屈伸間隙平衡狀態(tài)，制定優(yōu)化的調(diào)整策略，指導(dǎo)術(shù)中膝關(guān)節(jié)間隙平衡的量化操作。

8、所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，優(yōu)選地，所述的繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖，包括：完成膝關(guān)節(jié)脛骨、股骨初步截骨操作后，通過膝關(guān)節(jié)力-間隙求解器測量膝關(guān)節(jié)從伸直位至屈曲終點位在設(shè)定的各屈膝角度時的內(nèi)側(cè)間室、外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)力-間隙寬度數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的力-間隙寬度數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖。

9、所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，優(yōu)選地，所述的選取膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的點陣在較為緊張的一側(cè)上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標，包括：

10、根據(jù)膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度時的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖在相應(yīng)的內(nèi)側(cè)間隙上的點陣投影關(guān)系，構(gòu)建衡量屈伸間隙平衡狀態(tài)的投影面積重疊比例α，0≤α≤1，當α接近于0，表示屈伸間隙平衡差；當α=0，表示屈伸間隙不平衡；當α接近于1，表示屈伸間隙平衡好。

11、所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，優(yōu)選地，對于內(nèi)翻膝畸形患者，選取內(nèi)側(cè)間隙上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標；

12、對于外翻膝畸形患者，則選取外側(cè)間隙上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸平衡狀態(tài)的量化評價指標。

13、所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，優(yōu)選地，所述的通過構(gòu)建的分析膝關(guān)節(jié)軟組織平衡操作對屈伸間隙平衡狀態(tài)的影響，得到膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)，包括：

14、分析通過調(diào)整截骨量、截骨方向、關(guān)節(jié)假體大小、假體形狀、軟組織松解對膝關(guān)節(jié)屈伸間隙進行調(diào)整時，引起的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖及投影面積重疊比例α的動態(tài)變化，獲得膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)。

15、所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，優(yōu)選地，所述的動態(tài)變化包括：

16、①進行增加股骨遠端截骨量和/或后方關(guān)節(jié)囊松解的操作，會使伸直位/10°膝關(guān)節(jié)點陣向右平移；

17、②進行增加脛骨后傾角度、縮小股骨假體前后徑和/或增加聚乙烯墊片后傾角的操作，會使屈曲位膝關(guān)節(jié)點陣向上方平移；

18、③進行增加脛骨平臺截骨量和/或軟組織松解的操作，會使點陣向右上方移動。

19、第二方面，本發(fā)明提供的一種膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

20、第一處理單元，用于根據(jù)獲得的不同屈曲角度時的內(nèi)側(cè)間室和外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力-間隙寬度數(shù)據(jù)，繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖；

21、第二處理單元，用于選取膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的點陣在較為緊張的一側(cè)上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標；

22、第三處理單元，用于通過構(gòu)建的量化評價指標分析膝關(guān)節(jié)軟組織平衡操作對屈伸間隙平衡狀態(tài)的影響，得到膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)；

23、第四處理單元，用于綜合膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)及希望達到的目標屈伸間隙平衡狀態(tài)，制定優(yōu)化的調(diào)整策略，指導(dǎo)術(shù)中膝關(guān)節(jié)間隙平衡的量化操作。

24、第三方面，本發(fā)明提供的一種計算機存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)本發(fā)明第一方面所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法的步驟。

25、第四方面，本發(fā)明提供的一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)本發(fā)明第一方面所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法的步驟。

26、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：

27、1、本發(fā)明通過測量不同屈曲角度下膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力-間隙數(shù)據(jù)，形成包含力學(xué)信息的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖，通過分析圖形的位置、形狀分布信息，量化分析膝關(guān)節(jié)屈伸間隙平衡狀態(tài)。

28、2、本發(fā)明根據(jù)力-間隙數(shù)據(jù)對膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力進行量化評價，可建立膝關(guān)節(jié)置換屈伸間隙平衡的關(guān)鍵數(shù)學(xué)描述指標，對膝關(guān)節(jié)置換的屈伸平衡程度的評價和指導(dǎo)精準平的手術(shù)技術(shù)具有重要意義，可用于指導(dǎo)機器人輔助膝關(guān)節(jié)置換的精準技術(shù)調(diào)整，并可為自動化手術(shù)方案指導(dǎo)、假體選擇、個性化手術(shù)等分析方法奠定數(shù)據(jù)和算法基礎(chǔ)。

29、綜上，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析中。

技術(shù)特征：

1.一種膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，所述的繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖，包括：完成膝關(guān)節(jié)脛骨、股骨初步截骨操作后，通過膝關(guān)節(jié)力-間隙求解器測量膝關(guān)節(jié)從伸直位至屈曲終點位在設(shè)定的各屈膝角度時的內(nèi)側(cè)間室、外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)力-間隙寬度數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的力-間隙寬度數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點陣圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，所述的選取膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的點陣在較為緊張的一側(cè)上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，對于內(nèi)翻膝畸形患者，選取內(nèi)側(cè)間隙上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，所述的通過構(gòu)建的分析膝關(guān)節(jié)軟組織平衡操作對屈伸間隙平衡狀態(tài)的影響，得到膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，其特征在于，所述的動態(tài)變化包括：

7.一種膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種計算機存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法的步驟。

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1-6任意一項所述的膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種膝關(guān)節(jié)置換屈伸平衡圖形化分析方法，包括以下步驟：根據(jù)獲得的不同屈曲角度時的內(nèi)側(cè)間室和外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力?間隙寬度數(shù)據(jù)，繪制內(nèi)側(cè)間隙?外側(cè)間隙點陣圖；選取膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的點陣在較為緊張的一側(cè)上的點陣投影關(guān)系構(gòu)建屈伸間隙平衡狀態(tài)的量化評價指標；通過構(gòu)建的量化評價指標分析膝關(guān)節(jié)軟組織平衡操作對屈伸間隙平衡狀態(tài)的影響，得到膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)；綜合膝關(guān)節(jié)當前屈伸間隙平衡狀態(tài)及希望達到的目標屈伸間隙平衡狀態(tài)，制定優(yōu)化的調(diào)整策略。本發(fā)明根據(jù)力?間隙數(shù)據(jù)以對膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中軟組織張力進行圖形化定量分析，從而為膝關(guān)節(jié)置換的屈伸平衡建立精準、智能化指導(dǎo)術(shù)中調(diào)整方案。

技術(shù)研發(fā)人員：唐浩,周一新,王兆倫,楊德金,邵宏翊
受保護的技術(shù)使用者：首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京積水潭醫(yī)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6