基于光学定位的股骨颈测量方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其是一种基于光学定位的股骨颈测量方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.由于老年人骨骼质量下降，老龄人是髋关节疾病的高发人群，随着社会老龄化的发展，而全髋关节置换术(total hip arthroplasty，tha)正是治疗相关髋关节疾病常用方法之一。然而全髋关节置换术所用到的股骨依赖术前规划，术中调整股骨颈长的应对策略较为匮乏。
3.现有技术中，全髋关节置换术的术中调整股骨颈长度的方法有：(1)利用竖尺、游标卡尺、克氏针等来测量两个参考点间距离，确定股骨偏心距，从而调整股骨颈的长度。操作难度低，但是需要直接干预患者进行手术的患病部位，存在干扰医生手术的可能，且通用性不强，不便于医生快速可视化读取。(2)利用计算机辅助成像系统完成股骨颈形态学参数的测量。可确保测量精确，但是过程复杂，操作难度大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于光学定位的股骨颈测量方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.第一方面，提供一种基于光学定位的股骨颈测量方法，包括：
6.通过光学定位探针对安装股骨柄假体后的患肢进行测量，依据安装股骨柄假体后确定的患肢截骨面计算患肢所需的股骨颈实际长度；
7.依据计算得到的股骨颈实际长度以及术前测量的健肢股骨颈长度确定所选用的股骨球假体和股骨颈假体；
8.测量植入股骨球假体和股骨颈假体后的患肢长度，通过调整患肢的股骨颈长度来约束健肢和患肢之间的长度差。
9.进一步地，所述通过光学定位探针对安装股骨柄假体后的患肢进行测量，依据安装股骨柄假体后确定的患肢截骨面计算患肢所需的股骨颈实际长度，包括：
10.使用光学探针分别对患肢截骨面上不共线的三个参考点进行测量，确定三个参考点的坐标；
11.预安装术前选取的股骨球假体和股骨颈假体，使用光学探针对股骨球假体远离截骨面的测量点进行测量，确定股骨球假体的测量点的坐标；
12.依据三个参考点的坐标确定患肢截骨面所在的平面位置，计算患肢截骨面和股骨球假体的测量点之间的距离，结合股骨颈假体的尺寸确定股骨颈实际长度。
13.进一步地，所述依据三个参考点的坐标确定患肢截骨面所在的平面位置，计算患肢截骨面和股骨球假体的测量点之间的距离，结合股骨颈假体的尺寸确定股骨颈实际长度，包括：
14.将三个参考点的的坐标值变量代入至患肢截骨面的平面公式进行求解；所述患肢截骨面的平面公式为：
15.ax by cz d＝0
16.式中，a、b、c、d均为常数，x、y、z分别表示患肢截骨面上的点的坐标值；
17.使用距离计算公式计算患肢截骨面和测量点之间的距离；
18.所述距离计算公式为：
[0019][0020]
式中，x4、y4、z4分别表示测量点的三个坐标值，e表示患肢截骨面和测量点之间的距离；
[0021]
将患肢截骨面和测量点之间的距离减去预选的股骨球假体的半径长度，得到股骨颈实际长度。
[0022]
进一步地，所述依据计算得到的股骨颈实际长度以及术前测量的健肢股骨颈长度确定所选用的股骨球假体和股骨颈假体，包括：
[0023]
依据股骨颈实际长度与健肢股骨颈长度再次选取股骨颈假体；
[0024]
依据所选取股骨颈假体的尺寸和健肢股骨颈长度确定股骨球假体的尺寸，选取最终的股骨球假体。
[0025]
进一步地，所述选取最终的股骨球假体包括：
[0026]
向预设的股骨球假体数据库输入所选取股骨颈假体的尺寸，从股骨球假体数据库输出的中股骨球假体型号中选取股骨球假体。
[0027]
进一步地，所述测量植入股骨球假体和股骨颈假体后的患肢长度，通过调整患肢的股骨颈长度来约束健肢和患肢之间的长度差，包括：
[0028]
植入股骨球假体和股骨颈假体至患肢后，测量患肢的髂前上棘至足底之间的长度，得到患肢长度；
[0029]
对比患肢长度和术前测量的健肢长度，确定健肢和患肢的长度差；
[0030]
判断患肢和健肢的长度差是否超出双下肢不等长设定值，若超出则更换股骨球假体和/或股骨颈假体，使患肢长度和健肢长度的差值处于双下肢不等长设定值范围内。
[0031]
进一步地，所述双下肢不等长设定值为10mm。
[0032]
第二方面，提供一种基于光学定位的股骨颈测量系统，包括：
[0033]
检测模块，用于通过光学定位探针对安装股骨柄假体后的患肢进行测量，依据安装股骨柄假体后确定的患肢截骨面计算患肢所需的股骨颈实际长度；
[0034]
第一调整模块，用于依据计算得到的股骨颈实际长度以及术前测量的健肢股骨颈长度确定所选用的股骨球假体和股骨颈假体；
[0035]
第二调整模块，用于测量植入股骨球假体和股骨颈假体后的患肢长度，通过调整患肢的股骨颈长度来约束健肢和患肢之间的长度差。
[0036]
第三方面，提供一种计算机设备，包括：
[0037]
存储器，存储有计算机程序；
[0038]
处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的基于光学定位
的股骨颈测量方法。
[0039]
第四方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的基于光学定位的股骨颈测量方法。
[0040]
本发明的有益效果：通过在全髋关节置换术中使用光学测量技术对手术操作造成的误差进行测量并进行误差计算，可以在操作较为简单的情景下确定手术执行过程中达到的实际效果，以便医务人员及时根据手术的各个阶段调整所选用的假体，提高手术质量。
附图说明
[0041]
图1是根据一实施例示出的基于光学定位的股骨颈测量方法的流程图。
[0042]
图2是全髋关节置换术中患肢植入假体的结构示意图。
[0043]
图3是根据一实施例示出的步骤s100方法的流程图。
[0044]
图4是根据一实施例示出的步骤s200方法的流程图。
[0045]
图5是根据一实施例示出的步骤s300方法的流程图。
[0046]
图6是根据一实施例示出的基于光学定位的股骨颈测量系统的结构框图。
[0047]
图7是根据一实施例示出的一种计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0048]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
[0049]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0050]
根据本发明的第一方面，提供一种基于光学定位的股骨颈测量方法。
[0051]
参阅图1，图1是根据一实施例示出的基于光学定位的股骨颈测量方法的流程图。如图1所示，所述方法包括以下步骤s100至步骤s300。
[0052]
步骤s100.通过光学定位探针对安装股骨柄假体后的患肢进行测量，依据安装股骨柄假体后确定的患肢截骨面计算患肢所需的股骨颈实际长度。
[0053]
如图2所示，全髋关节置换术中植入至患肢的假体包括股骨柄假体、股骨颈假体以及股骨球假体。现有技术中，依据术前测量以及设计好的参数安装所有假体后，凭借医生的经验判断双下肢的差异，而缺乏对由于手术中股骨柄假体的植入深度的微小误差导致的双下肢的差异。
[0054]
步骤s100是在股骨柄假体植入至患肢后进行的检测，股骨柄假体植入至患肢后，其上表面的斜面作为患肢的股骨面，在股骨柄假体形成的股骨面上植入术前预选股骨颈假体和股骨球假体后，通过光学定位探针测量并在光学定位系统中计算患肢所需的股骨颈实际长度，让医务人员知道手术执行植入动作时，预选的假体组合所产生的实际效果。
[0055]
光学定位探针上固定有若干个光学定位球，光学定位探针的测量原理是利用光学传感器从不同角度对光学定位球进行跟踪，进而确定光学定位球在空间中的三维坐标位置，将附有光学定位球的光学定位探针放置在光学定位系统下时，利用各个光学定位球来
定位探针针尖的位置，实现对光学定位探针的末端追踪，确定光学定位探针的末端的三维坐标，进而确定待测点的三维坐标。
[0056]
步骤s200.依据计算得到的股骨颈实际长度以及术前测量的健肢股骨颈长度确定所选用的股骨球假体和股骨颈假体。
[0057]
根据上述计算得到的股骨颈实际长度，与术前使用ct拍摄测量的健肢股骨颈长度进行对比，义务人员可以快速掌握依据术前预选的假体组合的安装效果是否能达到使患者两肢长度相同的效果，如果因股骨柄假体植入误差所造成的整体误差在可以接收的范围内，则可以维持选用术前预算的股骨球假体和股骨颈假体，反之，则需要重新选取不同型号或尺寸的股骨球假体和股骨颈假体。
[0058]
步骤s300.测量植入股骨球假体和股骨颈假体后的患肢长度，通过调整患肢的股骨颈长度来约束健肢和患肢之间的长度差。
[0059]
经过上述步骤修正手术过程中的误差后，步骤s300对初步完成假体植入的患肢进行二次检测，对比患肢长度和健肢长度，将健肢和患肢之间的长度差约束在合理误差范围内，提高手术质量。其中，约束健肢和患肢之间的长度差的核心思想是调整患肢的股骨颈长度，通过再次选取股骨球假体和/或股骨颈假体来实现。
[0060]
如此，通过在全髋关节置换术中使用光学测量技术对手术操作造成的误差进行测量并进行误差计算，可以在操作较为简单的情景下确定手术执行过程中达到的实际效果，以便医务人员及时根据手术的各个阶段调整所选用的假体，提高手术质量。
[0061]
参阅图3，图3是根据一实施例示出的步骤s100方法的流程图。如图3所示，所述方法包括以下步骤s110至步骤s130。
[0062]
步骤s110.使用光学探针分别对患肢截骨面上不共线的三个参考点进行测量，确定三个参考点的坐标。
[0063]
步骤s120.预安装术前选取的股骨球假体和股骨颈假体，使用光学探针对股骨球假体远离截骨面的测量点进行测量，确定股骨球假体的测量点的坐标。
[0064]
步骤s130.依据三个参考点的坐标确定患肢截骨面所在的平面位置，计算患肢截骨面和股骨球假体的测量点之间的距离，结合股骨颈假体的尺寸确定股骨颈实际长度。
[0065]
本实施例提供一种测量及计算股骨颈实际长度的方法。
[0066]
在步骤s110中，使用光学定位探针测量确定三个参考点的坐标分别表示为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)。
[0067]
在步骤s120中，将预选的股骨球假体和股骨颈假体安装在股骨柄假体的截骨面上后，如图2所示，选取股骨球假体的测量点是远离股骨颈假体方向的区域内的点，测量点是股骨球假体上距离股骨颈假体最远的点。
[0068]
在步骤s130中，将三个参考点的的坐标值变量代入至患肢截骨面的平面公式进行求解。
[0069]
将三个参考点的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)代入患肢截骨面的平面公式后，获得患肢截骨面在光学定位系统中的表示，所述患肢截骨面的平面公式为：
[0070]
ax by cz d＝0
[0071]
式中，a、b、c、d均为常数，x、y、z分别表示患肢截骨面上的点的坐标值。
[0072]
使用距离计算公式计算患肢截骨面和测量点之间的距离。
[0073]
所述距离计算公式为：
[0074][0075]
式中，x4、y4、z4分别表示测量点的三个坐标值，e表示患肢截骨面和测量点之间的距离。
[0076]
将患肢截骨面和测量点之间的距离减去预选的股骨球假体的半径长度，得到股骨颈实际长度。
[0077]
参阅图4，图4是根据一实施例示出的步骤s200方法的流程图。如图4所示，所述方法包括以下步骤s210至步骤s220。
[0078]
步骤s210.依据股骨颈实际长度与健肢股骨颈长度再次选取股骨颈假体。
[0079]
步骤s220.依据所选取股骨颈假体的尺寸和健肢股骨颈长度确定股骨球假体的尺寸，选取最终的股骨球假体。
[0080]
在本实施例中，当股骨颈实际长度与健肢股骨颈长度的长度差过大时，再次选取合适的股骨颈假体，以使患肢的股骨颈假体的长度大致接近健肢的股骨颈的长度相同，在此基础上，再次确定最终选取的股骨球假体，以使装配假体后的患肢与健肢相同位置的长度相同。
[0081]
在选取股骨球假体时，由于股骨球假体具有各种不同的型号，各个型号与股骨颈假体的连接深度以及半径各不相同，可能导致患肢的股骨颈长存在偏差。在本实施例中，使用预设的股骨球假体数据库记录各个型号的股骨球假体的参数，向预设的股骨球假体数据库输入所选取股骨颈假体的尺寸，从股骨球假体数据库输出的中股骨球假体型号中选取股骨球假体。
[0082]
参阅图5，图5是根据一实施例示出的步骤s300方法的流程图。如图5所示，所述方法包括以下步骤s310至步骤s330。
[0083]
步骤s310.植入股骨球假体和股骨颈假体至患肢后，测量患肢的髂前上棘至足底之间的长度，得到患肢长度。
[0084]
步骤s320.对比患肢长度和术前测量的健肢长度，确定健肢和患肢的长度差。
[0085]
步骤s330.判断患肢和健肢的长度差是否超出双下肢不等长设定值，若超出则更换股骨球假体和/或股骨颈假体，使患肢长度和健肢长度的差值处于双下肢不等长设定值范围内。
[0086]
在基于光学定位原理的无图像手术导航系统的辅助下，医务人员根据测量参数安装好假体后，可以利用探针实时测量患者双下肢的长度，并根据实时反馈信息进行调整，分别通过测量髂前上棘至足底之间的长度确定患肢和健肢的长度，进而确定两肢的长度差是否超出双下肢不等长设定值。
[0087]
其中，双下肢不等长设定值为10mm，临床上定义双下肢不等长：双下肢差异》10mm，如果相应的两肢长度差距大于10mm，则需要调整假体的股骨颈长度，直至误差在允许范围内。
[0088]
参阅图6，图6是根据一实施例示出的基于光学定位的股骨颈测量系统的结构框图。如图6所示，所述系统包括：
[0089]
检测模块610，用于通过光学定位探针对安装股骨柄假体后的患肢进行测量，依据安装股骨柄假体后确定的患肢截骨面计算患肢所需的股骨颈实际长度；
[0090]
第一调整模块620，用于依据计算得到的股骨颈实际长度以及术前测量的健肢股骨颈长度确定所选用的股骨球假体和股骨颈假体；
[0091]
第二调整模块630，用于测量植入股骨球假体和股骨颈假体后的患肢长度，通过调整患肢的股骨颈长度来约束健肢和患肢之间的长度差。
[0092]
所述基于光学定位的股骨颈测量系统执行上述第一方面的基于光学定位的股骨颈测量方法，关于基于光学定位的股骨颈测量系统的具体限定可以参见上文中对于基于光学定位的股骨颈测量方法的限定，在此不再赘述。
[0093]
上述基于光学定位的股骨颈测量系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0094]
根据本发明的第三方面，提供一种计算机设备。
[0095]
参阅图7，图7是根据一实施例示出的一种计算机设备的内部结构图。如图7所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现第一方面所述的一种基于光学定位的股骨颈测量方法。
[0096]
存储器和处理器各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。处理器用于处理测量数据以及输出计算结果，处理器包括至少一个可以软件或者是固件(firmware)的形式存储于存储器中或者是固化在服务器的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。
[0097]
其中，存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。其中，存储器用于存储程序以及语音数据，处理器在接收到执行指令后，执行程序。
[0098]
处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0099]
处理器将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，处理器以及存储器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
[0100]
外设接口将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，外设
接口，处理器及存储器可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
[0101]
根据本发明的第四方面，还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机存储介质可以是磁性随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、快闪存储器、磁表面存储器、光盘、或只读光盘等；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备，如移动电话、计算机、平板设备、个人数字助理等。所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的一种基于光学定位的股骨颈测量方法。
[0102]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0103]
在本文中，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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0104]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。