[发明专利]传感器在膝关节假体垫片上的布局方法

说明书

本发明公开了一种传感器在膝关节假体垫片上的布局方法，先通过正常膝关节和假体垫片建立全膝关节置换术的膝关节三维模型；再对不同情况下的膝关节进行有限元分析得到应力云图，统计假体垫片在不同角度下受力情况的接触应力峰值坐标，得到峰值坐标集；最后采用聚类算法求解峰值坐标集的聚类情况，根据聚类结果计算出各类的几何中心点，在假体垫片上对应的几何中心点处布局传感器。本发明通过利用有限元分析模拟实际受力情况，并建立不同膝关节情况下的有限元模型，模拟膝关节不同屈曲过程，充分表现了在不同角度、不同受力下假体垫片的受力情况；在此基础上通过聚类算法求解假体垫片应力峰值位点的分类和几何中心点，得到合理的传感器布局位置。

技术领域

本发明涉及临床医学领域，具体涉及传感器在膝关节假体垫片上的布局方法。

背景技术

全膝关节置换术(Total Knee arthroplasty，TKA)是一种治疗终末期膝关节骨性关节炎的最有效方法，能长期缓解患者疼痛，改善关节功能，提高生活质量。然而关节周围软组织不平衡常会导致膝关节不稳和假体松动等全膝关节置换术预后不良的情况，导致需要进行翻修手术。临床中需要进行全膝关节置换术的患者往往存在软组织失衡的问题，医生会在手术中进行中度或广泛的软组织松解。因此适当的软组织平衡对全膝关节置换术的预后至关重要，能降减轻疼痛低翻修率，改善功能增加患者满意度。

目前广泛认可的软组织达到平衡的条件为膝关节屈伸过程中两侧韧带的张力相等，但对两侧韧带的张力是否相等的测量方法通常都是取决于外科医生的模糊感觉和主观判断，评估的准确性和可靠性都较低。近年来，利用传感器定量测量软组织平衡代替传统的人为判断成为趋势，但是，通过控制传感器元件的数量和对传感器元件布局而达到的对软组织平衡的测量效果仍然有限，需要改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以更好地反映假体垫片的受力情况、定量分析膝关节置换手术中软组织平衡问题的传感器在膝关节假体垫片上的布局方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种传感器在膝关节假体垫片上的布局方法，包括以下步骤：

步骤1：利用医学影像数据建立正常膝关节三维模型，获取膝关节假体垫片的三维模型，对正常膝关节三维模型进行手术模拟并植入假体垫片的三维模型，得到全膝关节置换术的膝关节三维模型；

步骤2：对不同情况下的全膝关节置换术的膝关节三维模型进行有限元分析，得到应力云图，统计假体垫片在不同角度下受力情况的接触应力峰值坐标，得到峰值坐标集；

步骤3：采用聚类算法求解峰值坐标集的聚类情况，根据聚类结果计算出各类的几何中心点，在假体垫片上对应的几何中心点处布局传感器。

进一步地，所述步骤1中利用医学影像数据建立正常膝关节三维模型的方法为，使用计算机断层扫描和磁共振成像共同建立医学影像数据，对医学影像数据进行平滑处理后得到正常膝关节三维模型。

进一步地，所述步骤1中获取膝关节假体垫片的三维模型的方法为，使用激光扫描仪扫描膝关节假体垫片，并对扫描数据进行平滑处理得到膝关节假体垫片的三维模型。

进一步地，所述步骤1中获取膝关节假体垫片的三维模型，膝关节假体垫片为可移动轴承的膝关节假体垫片。

进一步地，所述步骤1中对正常膝关节三维模型进行手术模拟并植入假体垫片的三维模型，具体为进行全膝关节置换术的手术模拟股骨和胫骨的截骨，将假体垫片植入截骨完成的股骨和胫骨中。

进一步地，所述将假体垫片植入截骨完成的股骨和胫骨中的过程中，股骨假体与假体垫片的内、外侧间室之间的接触面积最大且相等。

进一步地，所述步骤1中对正常膝关节三维模型进行手术模拟，手术模拟采用机械对齐的方法进行。