專利名稱：髖臼導(dǎo)航模板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種髖白導(dǎo)航模板的制作方法。
背景技術(shù)：
骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種常見(jiàn)的骨關(guān)節(jié)疾病。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)逐漸成為治療髖部疾病的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)。研究表明，人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)假體的植入角度必須在安全位置范圍以內(nèi)才可以避免脫位，并增加髖白假體穩(wěn)定性，減少骨溶解和聚乙烯內(nèi)襯材料的磨損。髖關(guān)節(jié)假體作為關(guān)節(jié)置換后體重傳遞的主體部件，理想的髖白位置應(yīng)最大限度的與白壁貼合并具備適當(dāng)?shù)姆轿唬M可能的使髖白恢復(fù)生物力學(xué)環(huán)境。所以，人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中的關(guān)鍵是精確地放置髖關(guān)節(jié)假體，以實(shí)現(xiàn)人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后生物力學(xué)的再?gòu)?fù)制。

傳統(tǒng)方法認(rèn)為45° 55°的外展角和30° 50°的前傾角對(duì)髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)度和穩(wěn)定性是最合適的，超過(guò)此區(qū)域則認(rèn)為是安放不良，但是上述方法界定的安全范圍有20°的極差，具體到某一患者時(shí)，受患者髖關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)多變性影響，會(huì)顯得精確性不足。在植入假體的過(guò)程中，若能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)體化的手術(shù)，將髖白假體安放在與其相適應(yīng)的理想位置，將能夠大大減少相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。再者，傳統(tǒng)的人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)在手術(shù)操作時(shí)，主要依靠輔助機(jī)械系統(tǒng)完成假體安放和方位的控制，其精確性在很大程度上依賴于術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，而且所用導(dǎo)引工具針對(duì)的是形態(tài)正常的骨骼，而患者骨骼的多變性常導(dǎo)致假體位置判斷失誤，或給使用機(jī)械定位裝置帶來(lái)困難。由以上所述，如何提供一種輔助模型，使術(shù)者能夠在術(shù)前根據(jù)患者骨骼的實(shí)際情況進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃和模擬，在術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中操作之間建立更便捷的聯(lián)系，以解決因患者骨骼的多變性而導(dǎo)致的假體植入困難的問(wèn)題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種髖臼導(dǎo)航模板的制作方法，用于制作輔助模型以便于術(shù)者根據(jù)患者骨骼的實(shí)際情況進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃和模擬，解決因患者骨骼的多變性而導(dǎo)致的假體植入困難的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種髖臼導(dǎo)航模板的制作方法，包括以下步驟:步驟SI)基于骨盆的斷層掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建骨盆的三維模型；步驟S2)提取骨盆三維模型中髖臼表面點(diǎn)云；步驟S3)將表面點(diǎn)云擬合成最適球體，最適球體的球心坐標(biāo)為髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)；步驟S4)利用三角函數(shù)關(guān)和髖臼旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算得出髖臼導(dǎo)航模板的導(dǎo)航管的方向矢量;
步驟S5)通過(guò)快速成形技術(shù)制作出髖臼導(dǎo)航模板的實(shí)體。優(yōu)選地，在上述的制作方法中，在步驟SI)中對(duì)斷層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析，然后依次進(jìn)行分割、編輯填充、去除冗余數(shù)據(jù)后，重建出三維模型。優(yōu)選地，在上述的制作方法中，在步驟S4)和步驟S5)之間還包括步驟S4' )建立多個(gè)方向矢量與導(dǎo)航管相同的輔導(dǎo)航管。優(yōu)選地，在上述的制作方法中，在步驟S4' )建立了兩個(gè)的輔導(dǎo)航管。優(yōu)選地，在上述的制作方法中，快速成形技術(shù)具體為熔融沉積成形、選擇性激光燒結(jié)或三維打印技術(shù)。本發(fā)明提供了一種髖臼導(dǎo)航模板的制作方法，首先，根據(jù)骨盆的斷層掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建骨盆的三維模型；然后，提取三維模型中髖白的表面點(diǎn)云；之后將表面點(diǎn)云擬合為球心坐標(biāo)為髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)的最適球體；再利用三角函數(shù)關(guān)系和髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算，得出導(dǎo)航模板中導(dǎo)航管的方向矢量；最后，利用快速成型技術(shù)制作出髖臼導(dǎo)航模板的實(shí)體。利用本發(fā)明所提供的制作方法能夠制作出與患者骨骼高度匹配的髖臼導(dǎo)航模板實(shí)體。使得醫(yī)師能夠在術(shù)前根據(jù)患者骨骼的實(shí)際條件進(jìn)行規(guī)劃和模擬，在術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中操作之間建立了便捷的聯(lián)系，為人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中白杯假體準(zhǔn)確植入提供了新的方法和有效的輔助手段，解決了因患者骨骼的多變性而導(dǎo)致的假體植入困難的問(wèn)題。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
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圖1為骨盆的三維模型的示意圖；圖2為獲得的髖臼表面點(diǎn)云的示意圖；圖3為由表面點(diǎn)z 獲得最適球體的不意圖；圖4為計(jì)算導(dǎo)航模板導(dǎo)航管的方向矢量的示意圖；圖5為髖臼虛擬導(dǎo)航模板的示意圖；圖6為設(shè)置有兩個(gè)輔導(dǎo)航管的髖臼導(dǎo)航模板實(shí)體的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種髖臼導(dǎo)航模板的制作方法，解決因患者骨骼的多變性而導(dǎo)致的假體植入困難的問(wèn)題。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參考圖1-5，本發(fā)明所提供的髖臼導(dǎo)航模板的制作方法具體包括以下的步驟:步驟S01)通過(guò)對(duì)骨盆斷層掃描數(shù)據(jù)的處理，構(gòu)建出骨盆的三維模型，如圖1所示；步驟S02)從骨盆三維模型中提取出髖白表面部分的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由于模型中的曲面是由大量的點(diǎn)組成的，在此獲得了如圖2所示的表面點(diǎn)云；步驟S03)通過(guò)對(duì)表面點(diǎn)云進(jìn)行擬合處理，使其成為球面的一部分，如圖3，該球面即為最適球體的表面，而最適球體的球心坐標(biāo)則與髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)相同；步驟S04)請(qǐng)參考圖4，通過(guò)三角函數(shù)關(guān)系和上述的髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得出髖臼導(dǎo)航模板的導(dǎo)航管的方向矢量；步驟S05)利用快速成型技術(shù)制作出如圖5的髖臼導(dǎo)航模板實(shí)體。利用本實(shí)施例所提供的制作方法，能夠制作出與患者骨骼高度匹配的髖臼導(dǎo)航模板實(shí)體。使得醫(yī)師能夠在術(shù)前根據(jù)患者骨骼的實(shí)際條件進(jìn)行規(guī)劃和模擬，在術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中操作之間建立了便捷的聯(lián)系，為人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中白杯假體準(zhǔn)確植入提供了新的方法和有效的輔助手段，解決了因患者骨骼的多變性而導(dǎo)致的假體植入困難的問(wèn)題。具體的，在上述實(shí)施例所提供的制作方法中，利用三角函數(shù)關(guān)系以及髖臼旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算方向矢量的方法如下。以髖臼關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心為O1，以髖臼的半徑r在骨盆水平面上的投影為基礎(chǔ)，將O1經(jīng)過(guò)三部平移，并通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算出位于髖白關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線上的另一點(diǎn)O2的坐標(biāo)。設(shè)定髖臼的前傾角為a、外展角為髖中心外展距離L1、前傾距離L2、向下平移L3，則有L1=I",L2=r tga /sin ^ , L3=r/tgP。由于O2位于髖臼關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線上，并具有唯一丨丨生，因此，以O(shè)1O2連線為軸建立的髖臼旋轉(zhuǎn)軸的方向，就是導(dǎo)航管的方向。在上述實(shí)施例所提供的制作方法中，具體的，在步驟S01)中對(duì)斷層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析，然后依次進(jìn)行分割、編輯填充、去除冗余數(shù)據(jù)后，重建出上述的三維模型。進(jìn)一步的，為了使制的導(dǎo)航模板具有更好的穩(wěn)定性，在上述實(shí)施例所提供的制作方法的基礎(chǔ)上，還包括建立輔導(dǎo)航管這一步驟。 在上述的步驟S04)和步驟S05)之間，增加一步驟，建立多個(gè)方向矢量與上述導(dǎo)航管相同的輔導(dǎo)航管。通過(guò)多根互相平行導(dǎo)航管，增加了導(dǎo)航模板的固定點(diǎn)，從而使連接更加穩(wěn)定。優(yōu)選地，在上述實(shí)施例所提供的制作方法中，建立了兩個(gè)輔導(dǎo)航管，如圖6所示。三根相互平行的導(dǎo)航管確定了穩(wěn)定的三角關(guān)系，具有良好的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性。具體的，在上述實(shí)施例所提供的制作方法中，快速成形技術(shù)具體為熔融沉積成形、選擇性激光燒結(jié)或三維打印技術(shù)。本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離 本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種髖白導(dǎo)航模板的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟Si)基于骨盆的斷層掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建所述骨盆的三維模型； 步驟S2)提取所述骨盆三維模型中髖白表面點(diǎn)云； 步驟S3)將所述表面點(diǎn)云擬合成最適球體，所述最適球體的球心坐標(biāo)為髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)； 步驟S4)利用三角函數(shù)關(guān)和所述髖白旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算得出所述髖白導(dǎo)航模板的導(dǎo)航管的方向矢量； 步驟S5)通過(guò)快速成形技術(shù)制作出所述髖白導(dǎo)航模板的實(shí)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟SI)中對(duì)所述斷層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取分析，然后依次進(jìn)行分割、編輯填充、去除冗余數(shù)據(jù)后，重建出所述三維模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟S4)和步驟S5)之間還包括步驟S4' )建立多個(gè)方向矢量與所述導(dǎo)航管相同的輔導(dǎo)航管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟S4')建立了兩個(gè)所述的輔導(dǎo)航管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中所述的制作方法，其特征在于，所述快速成形技術(shù)具體為熔融沉積成形、選擇性 激光燒結(jié)或三維打印技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種髖臼導(dǎo)航模板的制作方法，首先，根據(jù)骨盆的斷層掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建骨盆的三維模型；然后，提取三維模型中髖臼的表面點(diǎn)云；之后，將表面點(diǎn)云擬合為球心坐標(biāo)為髖臼旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)的最適球體；再利用三角函數(shù)關(guān)系和髖臼旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)計(jì)算，得出導(dǎo)航模板中導(dǎo)航管的方向矢量；最后，利用快速成型技術(shù)制作出髖臼導(dǎo)航模板的實(shí)體。利用本發(fā)明所提供的制作方法能夠制作出與患者髖臼卵圓窩高度匹配的髖臼導(dǎo)航模板實(shí)體。使得醫(yī)師能夠在術(shù)前根據(jù)患者骨骼的實(shí)際條件進(jìn)行規(guī)劃和模擬，在術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中操作之間建立了便捷的聯(lián)系，為人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中臼杯假體準(zhǔn)確植入提供了新的方法和有效的輔助手段。
文檔編號(hào)A61B19/00GK103230302SQ201310169030
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者陸聲, 梁金龍, 高心健 申請(qǐng)人:陸聲, 梁金龍