[发明专利]一种数字化辅助确定股骨远端截骨平面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具有鲜明的医工结合特色，具体是一种数字化辅助在全膝关节置换手术前确定股骨远端截骨平面的方法。

背景技术

骨关节炎(osteoarthritis,OA)，又名骨关节病(osteoarthrosis)，是一种常见的风湿性疾病。骨关节炎影响老年患者的行走、上下楼梯及其他下肢功能，部分严重地导致关节功能障碍、关节畸形，甚至导致残疾。

对于严重的骨关节炎患者，最彻底的治疗方法即通过人工膝关节置换术。在传统膝关节置换术中，术者主要通过髓内定位的方式确定截骨平面，这样不仅增加了发生脂肪栓塞和感染的风险，同时也增加了手术时间，增大手术风险。

传统膝关节置换术精度低，只能利用整数倍的角度进行截骨，比如外翻角通常只能取3°到8°的整数角度，外旋角只能取0°，3°和5°进行截骨，对于股骨前弓角较大的情况，容易发生髓腔杆导向错误，甚至无法插入髓腔杆。同时，截骨平面所需骨性标志点完全是按照医生本身经验选取，精度低，导致手术失败率增高。

采用传统方法定位下肢机械轴出现3°以内内外翻的失败率高达30％以上。Stulberg认为这是由传统机械定位器械固有的局限性造成的，术者不能通过手法触摸解剖标志定位截骨获得很高的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述问题，提出了一种数字化辅助确定股骨远端截骨平面的方法，具体包括如下步骤：

(1)对患者进行连续断层CT扫描，获得影像数据；

(2)将影像数据文件导入到交互式医学图像处理软件Mimics 15.0中，，对图像进行二值化、区域增长和空腔填充处理，分割出股骨蒙板，经三维运算得到股骨三维模型数据；

(3)通过逆向工程手段得到膝关节假体的三维模型数据；

(4)将股骨三维模型和膝关节假体三维模型导入到逆向工程软件Geomagic studio 2013中，进行多边形处理和精确曲面处理，得到理想的曲面模型数据；

(5)对患者进行X光检查，获得患者冠状位与矢状位的下肢负重X片，并导入到计算机辅助设计软件AutoCAD 2016中测量相关角度；

(6)将患者股骨远端三维模型导入到计算机辅助设计软件UG(Unigraphics,UG)NX 9.0中，进行骨性标志点的标注，确定股骨机械轴和解剖轴；

(7)在UG NX 9.0中再次测量相关角度，对比步骤(5)中测量的角度，以确定股骨机械轴和解剖轴定位的准确性；

(8)在UG NX 9.0中，通过股骨机械轴在冠状面上的垂线与股骨解剖轴在矢状面上的垂线，找到股骨远端中立位平面；

(9)在UG NX 9.0中测量股骨前后径和左右径，选择相互匹配的膝关节置换假体，测量假体内侧髁厚度，平移股骨远端中立位平面找到股骨远端中立位截骨平面；

(10)将相互匹配的假体三维模型导入到计算机辅助设计软件UG NX 9.0中，以股骨远端中立位截骨平面为基准进行装配，若假体前翼与股骨前皮质面切角大于3°而小于5°时，中立位截骨平面就是最终截骨平面，若假体前翼与股骨前皮质面切角小于3°或大于5°时，需调整角度找到屈曲位截骨平面为最终截骨平面。

(11)确定了股骨远端截骨平面与假体位置后进行其他面的截骨。

步骤(1)中，所述的CT扫描部位为上至股骨远端关节面160mm左右，下至股骨远端关节面50mm左右，扫描仪器是德国西门子公司SOMATOM Definition AS+，所述的CT扫描电压是130KV，扫描电流是300mA，扫描层厚是1mm，扫描层间距是1mm，图像分辨率是512px*512px，所述的影像数据格式为DICOM 3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine 3.0,DICOM 3.0)。

步骤(2)中和步骤(3)中，所述的股骨三维模型数据和膝关节假体的三维模型数据是STL格式(Standard Template Library,STL)。

步骤(3)中，所述的膝关节假体采用德国Link公司的保留后交叉韧带、旋转平台型假体Gemini MKⅡ与固定平台型假体Gemini PS，同一型号的假体尺寸完全一致，在术中可使用同一套工具进行操作。

步骤(3)中，所用到的逆向工程器械是德国GOM公司的ATOS Core 200激光三维扫描仪。