一种基于CJFH分型的保髋手术治疗系统及装置的制作方法

本发明涉及医疗设备，尤其是涉及一种基于cjfh分型的保髋手术治疗系统及装置。

背景技术：

1、传统保髋手术的切口大，对周围组织的损伤大，导致术后恢复时间长。而且，在定位病灶时，还需要反复进行ct透视，增加了患者及操作者的辐射暴露量，并延长了手术操作周期。在手术过程中，还需要克氏针反复穿刺定位钻孔，手术难度大，进一步增加了手术创伤，严重影响患者的恢复时间及预后。

2、目前，通过手术机器人（如图1所示，从左至右依次由手术规划导航系统、光学跟踪系统及移动式6自由度机械臂系统组成），结合影像学及导针植入等技术，例如c形臂x线机、专用髓芯减压或打压植骨器械（实心环钻、空心环钻、打压植骨器）、机器人手术专用导针、骨科牵引床等，可进行辅助保髋手术（如图2所示）。

3、具体操作步骤，往往包括：手术准备；路径规划，将x线机或ct机的正、侧位图像导入规划软件，标记定位点，根据术前x线和mri图像规划进针方向，自动计算出进针长度；机器人辅助置入导针，根据机械臂定位，从皮肤切口插入套筒使尖端顶至骨皮质，以计算长度为参考，以测深尺测量实际进针深度，置入完成后再次正、侧位透视验证导针位置；手工多孔髓芯减压；术后处理等。

4、通过上述方案，虽然可以提供精确的空间定位和稳定的插入路径，在一定程度上降低了手术难度，减少了手术时间，但是仍缺少系统性的术前规划模块，不能辅助术前诊疗，无法提供诊疗指导，更不能根据不同患者的病情，提供个体化、精准化的治疗方案。

5、而李子荣等专家，基于三柱结构理论（即herring对legg-perthes病的三柱概念，将股骨头冠状面划分为外侧柱、中央柱、内侧柱，外侧柱占股骨头宽度的30%、中央柱40%、内侧柱30%，如图3所示），提出了中日友好医院（cjfh）股骨头坏死分型，该分型在jic分型的基础上，对arco分期i~iii期股骨头坏死患者，采用t1wi(tr/te=550/18)冠状位股骨头正中层面mri图像，依据坏死灶累及三柱的位置将股骨头坏死分为五型：m型（内侧型）：坏死区累及内侧柱，中央柱和外侧柱留存；c型（中央型）：坏死区累及中央柱和内侧柱，外侧柱留存；l1型（次外侧型）：坏死区累及三柱，外侧柱有部分存留；l2型（极外侧型）：坏死区累及外侧柱及部分中央柱，部分中央柱和内侧柱存留；l3型（全股骨头型）：坏死区穿透整个股骨头外侧、中央和内侧柱皮质及骨髓，如图4所示。cjfh分型不仅可有效预测疾病结局、指导保髋治疗，而且与传统的jic分型相比，该分型对患者在进行影像学检查时的体位无严格要求，同时cjfh分型以股骨头本身作为参考系，若被应用于机器人辅助手术中，将具有明显的技术优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于cjfh分型的保髋手术治疗系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种基于cjfh分型的保髋手术治疗系统，包括术前规划模块，所述术前规划模块包括影像处理单元、分型诊断单元、力学分析单元、方案选择单元及方案规划单元：

3、所述影像处理单元，接收患者髋部影像学信息，划定影像各层面的三柱体范围及坏死灶范围；所述各层面包括股骨头正中层面；所述三柱体包括内侧柱、中央柱及外侧柱；

4、所述分型诊断单元，基于各层面的三柱体范围及坏死灶范围，计算各层面的坏死比例，具体计算公式为：坏死比例=(坏死灶面积/股骨头面积)*100%；通过三柱体的分界线分割坏死灶，计算各柱体内的坏死比例，具体计算公式同上式；选取各层面中坏死比例最大的层面及所述股骨头正中层面，分别依据cjfh分型标准进行分型，这样对股骨头塌陷预测的准确度更高；将该两层面的坏死比例及分型结果外发，以便作为手术参考；

5、所述力学分析单元，将影像导入医学影像控制系统，进行三维重建，分别得到股骨头及坏死灶的三维模型；将三维模型外发，以便立体展现坏死灶情况进而辅助术前规划；基于所述三维模型，通过计算机辅助设计工具，对三维模型中的材质进行赋值，通过计算机辅助分析工具，对三维模型施加载荷并设定接触面后进行应力计算，得到术前股骨头生物力学特性及应力分布图；

6、所述方案选择单元，包括治疗方案指南数据库及循证医学数据库：

7、所述治疗方案指南数据库包括不同cjfh分型对应的治疗方案等，所示治疗方案包括手术参数等；

8、所述循证医学数据库包括患者的性别、年龄、病因、影像学信息、cjfh分型、arco分期、手术方式、术后harris评分差值及是否需要置换手术等；根据所述分型诊断单元中得到的坏死比例及分型结果分别与所述治疗方案指南数据库及所述循证医学数据库进行条件匹配，得到相应的治疗方案及预后数据等；这样可以避免现有机器人辅助保髋治疗方案的限制，对不同分期、不同分型的患者提供适宜的手术方案；

9、所述方案规划单元，基于所述方案选择单元中得到的治疗方案及预后数据，通过计算机辅助设计工具，更改三维模型中的材质赋值和/或添加植入物模型后，再通过计算机辅助分析工具进行计算，得到不同治疗方案条件下，术后股骨头生物力学特性及应力分布图；对比每种治疗方案条件下，术后股骨头生物力学特性及应力分布图，选择股骨头各参考点位平均应力值最小时对应的治疗方案作为最优方案；将所述最优方案及相应的术前股骨头生物力学特性及应力分布图、术后股骨头生物力学特性及应力分布图外发，以便展示该方案预计的治疗效果、应力分步情况，从而有利于判断预后及应力改善程度。

10、在一种可行的实施方式中，所述患者髋部影像学信息包括髋部mri图像和/或髋部ct图像，所述mri是指磁共振成像,所述ct是指计算机x射线断层扫描。

11、在一种可行的实施方式中，所述方案规划单元中的最优方案还包括：基于外部输入参数调整方案后，通过计算机辅助设计工具，更改三维模型中的材质赋值和/或添加植入物模型后，再通过计算机辅助分析工具进行计算，得到该方案条件下，术后股骨头生物力学特性及应力分布图；这样便于对方案进行修改及比较。

12、在一种可行的实施方式中，所述基于cjfh分型的保髋手术治疗系统还包括手术模块，所述手术模块包括手术机器人单元，基于所述最优方案选择适配该手术机器人单元可手术范围的方案，提取该方案的手术参数及相关患者髋部影像学信息，通过放射机采集患者髋部的实际定位点，通过光学跟踪设备得到机械臂手术端的位置信息，通过手术规划导航设备生成机械臂手术端的导航信息，输出驱动机械臂运动的指令，从而实现机器人辅助手术操作。

13、在一种可行的实施方式中，所述方案选择单元还包括病房数据库，用于储存患者在病房中的医疗信息，使得这些信息可以被快速提取浏览，从而有助于了解患者病情，确定手术方案。

14、第二方面，基于相同的发明构思，本技术还提供了一种基于cjfh分型的保髋手术治疗装置，包括处理器、存储器及总线，所述存储器存储可由处理器读取的指令及数据，所述处理器用于调用所述存储器中的指令及数据，以实现如上所述的任一一种基于cjfh分型的保髋手术治疗系统，所述总线连接各功能部件之间传送信息。

15、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括主机，所述主机安装有所述处理器、所述存储器及所述总线。

16、在一种可行的实施方式中，所述主机还包括触摸显示屏，用于展示基于cjfh分型的保髋手术治疗系统的外发信息，并进行人机交互。

17、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括mri机，用于提供患者髋部的磁共振图像。

18、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括手术机器人，用于辅助实施保髋手术。

19、在一种可行的实施方式中，所述手术机器人包括机械臂、光学跟踪设备及手术规划导航设备。

20、在一种可行的实施方式中，所述机械臂包括6自由度，便于灵活地实施手术。

21、在一种可行的实施方式中，所述光学跟踪设备包括双目红外相机，用于避免手术环境中可见光变化对于光线定位跟踪系统的影响，并规避手术器械及人员引起的光线遮挡问题。

22、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括放射机，所述放射机为x线机或ct机，用于为所述手术规划导航设备标记髋部的定位点。

23、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括手术床，用于在手术过程中保持患者的体位。

24、在一种可行的实施方式中，所述放射机为c形结构，便于当患者处于卧姿时，拍摄髋部影像。

25、在一种可行的实施方式中，所述手术床设置有电动滑轨，用于使床面靠近或远离手术区域，便于患者转移手术床。

26、在一种可行的实施方式中，所述装置还包括手术室，所述手术室的中央固定有所述手术床，所述手术床的上方沿手术床长度方向设有横梁，所述横梁的本体固定于所述手术室的顶部，所述横梁的一端固定有倒置的光学跟踪设备，所述横梁的中部设置有倒置的机械臂，所述机械臂可沿横梁的长度方向运动并固定于某一位置，所述机械臂与所述光学跟踪设备之间设置有可沿横梁长度方向移动的无影灯，所述手术床远离所述光学跟踪设备的一端设有放射机，所述手术床的底部设有电动滑轨，所述手术床的周围设有可移动的手术规划导航设备及主机，所述主机分别与所述光学跟踪设备、所述机械臂、所述放射机及所述手术规划导航设备电连接，这样可以将机械臂、手术床、放射机等设备合理、牢固地进行整合，提升了手术精度，还便于手术操作，从而提升了手术效率。

27、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

28、本发明提供的一种基于cjfh分型的保髋手术治疗系统及装置，将影像学图像处理、cjfh分型诊断、生物力学分析、循证医学、手术指南、手术机器人系统等进行了创造性地结合，可向术者提供更完善、更直观的术前信息，为患者提供智能化、个体化的手术规划及手术治疗。本方案提升了股骨头坏死保髋手术的安全性，降低了手术复杂程度及风险，同时实现了手术的精准化、个体化、微创化及人文化。