一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法及系统与流程

本发明涉及医学领域，尤其涉及一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法。

背景技术：

1、在膝关节全髁置换定位导航系统中，确定股骨头中心点有很大的意义。股骨头为扁圆球状，包裹在髋关节内。髋关节中心点位于耻骨结节与髂前上棘连线的中点，即为股骨头的中心点，也就是股骨头的准确位置。这个位置对于膝关节全髁置换定位导航系统用于确定人体下肢负重力线有重要作用。目前，由于股骨头中心在膝关节全髁置换定位导航系统手术中，股骨头包裹于髋臼窝内，被软组织覆盖，不会暴露出来。因此目前现有的测量方法，很难在手术中，准确获取股骨头中心点位于人体的准确位置。

2、综上所述，需要一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法来解决现有技术中所存在的不足之处。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，旨在解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：在股骨上靠近膝盖一侧位置固定marker；

4、步骤s2：在光学定位系统下，按照圆周运动顺时针或逆时针方向摇动腿部；

5、步骤s3：在摇腿过程中采集腿部位姿，计算股骨中心在探针坐标系下的坐标值和股骨中心位于marker下的坐标；

6、步骤s4：用探针捕获人体表面接近膝关节中心位置，并获取探针在股骨marker下的坐标，计算探针坐标与股骨中心位置的距离r；

7、步骤s5：判断距离r是否小于距离阈值，若小于距离阈值，则股骨中心在探针坐标系下的坐标为股骨中心位置，反之，则重复步骤s2至s4，直至距离r小于距离阈值。

8、可选的，所述步骤s1中固定marker的要求为：marker正对双目视觉设备ndi。

9、可选的，所述步骤s2中摇动腿部的要求：抬起腿部，摇动幅度由小逐渐增大至腿部活动范围，摇动腿部的角度大于等于15度。

10、可选的，所述步骤s3中计算股骨中心在探针坐标系下的坐标值之前，先采用最小二乘法拟合得到的空间球面与其球心，球心即股骨头中心点。

11、可选的，所述最小二乘法拟合计算空间球面与其球心为：

12、空间球方程为：

13、(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2＝r2

14、x2-2ax+a2+y2-2by+b2+z2-2cz+c2＝r2

15、经过变形得到：

16、-2xa-2yb-2zc+1×(a2+b2+c2-r2)＝-x2-y2-z2

17、将-2x记作ax，-2y记作ay，-2z记作az，1记作ad，(a2+b2+c2-r2)记作d，-x2-y2-z2记作e，可以得到

18、ax+ayb+azc+add＝e

19、写为矩阵形式有：

20、

21、即最小二乘法矩阵形式，可以获取abcd和r。

22、可选的，所述步骤s4中探针坐标与股骨中心位置的距离r的计算为：

23、设定探针采集点在ndi下位姿矩阵为p,marker在ndi下位姿矩阵为t，则探针在marker下的位姿矩阵为p′，则有

24、p′＝p×t-1

25、探针采集的坐标p0{p′[0,3],p′[1,3],p′[2,3]}＝{a,b,c}，步骤三中拟合出的坐标记作phipcenter{a′,b′,c′}，

26、距离dis计算如下：

27、

28、一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定系统，包括摇腿数据采集模块、股骨头中心拟合模块和探针验证股骨头中心拟合结果合法性模块，

29、摇腿数据采集模块，用于采集摇腿过程中腿部位姿数据；

30、股骨头中心拟合模块，用于使用最小二乘法拟合得到的空间球面与其球心，计算得到在探针坐标系下的坐标值，并计算股骨头中心点位于marker下的坐标；

31、探针验证股骨头中心拟合结果合法性模块，用于探针去捕获人体表面接近膝关节中心点附近的位置，并获取探针在股骨marker下的坐标，计算该坐标与股骨头中心点坐标的距离r，并与预设的距离阈值进行比较，判断是否在合理范围内。

32、本发明的有益效果：

33、1、本发明中，通过在股骨的范围内置入marker，在光学定位系统下以股骨头为中心进行一定范围和幅度的圆周运动。通过最小二乘法拟合股骨运动中心，准确的确定出股骨头中心位于人体的实际位置，并得到股骨头中心在marker下的坐标。该方法提高了算法的鲁棒性，保证了股骨头中心的准确性，对于术中获取准确的真实力线，对保证膝关节全髁置换定位导航系统手术的准确性、有效性和术后效果有重要的作用。

技术特征：

1.一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，所述步骤s1中固定marker的要求为：marker正对双目视觉设备ndi。

3.根据权利要求1所述一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，所述步骤s2中摇动腿部的要求：抬起腿部，摇动幅度由小逐渐增大至腿部活动范围，摇动腿部的角度大于等于15度。

4.根据权利要求1所述一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，所述步骤s3中计算股骨中心在探针坐标系下的坐标值之前，先采用最小二乘法拟合得到的空间球面与其球心，球心即股骨头中心点。

5.根据权利要求4所述一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，所述最小二乘法拟合计算空间球面与其球心为：

6.根据权利要求1所述一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法，其特征在于，所述步骤s4中探针坐标与股骨中心位置的距离r的计算为：

7.一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定系统，其特征在于，包括摇腿数据采集模块、股骨头中心拟合模块和探针验证股骨头中心拟合结果合法性模块，

技术总结
本发明公开了一种膝关节全髁置换的股骨头中心点的确定方法及系统，通过在股骨的范围内置入Marker，在光学定位系统下以股骨头为中心进行一定范围和幅度的圆周运动，通过最小二乘法拟合股骨运动中心，准确的确定出股骨头中心位于人体的实际位置，并得到股骨头中心在Marker下的坐标，提高了算法的鲁棒性，保证了股骨头中心的准确性，对于术中获取准确的真实力线，对保证膝关节全髁置换定位导航系统手术的准确性、有效性和术后效果有重要的作用。

技术研发人员：马震川,李明英,任志杰,赵文娟,孙伟伟
受保护的技术使用者：杭州邦杰星医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12