一种下肢力线的构建方法及构建系统与流程

本发明涉及下肢力线的构建，尤其涉及一种下肢力线的构建方法及构建系统。

背景技术：

1、膝关节骨关节炎疾病诊疗中，通过胫骨高位截骨术，单髁关节置换，全膝关节置换等截骨方法转移负重位下肢力线，可改善膝关节内生物力学环境，减少磨损，达到减轻疼痛，改善膝关节活动功能的效果。但若力线矫正不足或矫正过度，都会导致手术失败。所以术中力线的精确矫正逐步受到广大关节外科医生的重视。

2、目前下肢力线检测方法包括x光片测量，手术导航方式检测，惯性传感器检测，术前规划个性化3d打印导板方案。其中，x光构建方法只能测试下肢全长片下力线参数，无法实现术中力线位置实时检测。手术导航方法，需要精准采集关节骨性特征点，所以目前主要应用在tka/uka等膝关节创面很大的手术中，使用场景有限。惯性传感器方法，需要提前校准，术前规划个性化截骨导板依赖x光片，术前设计好截骨位置与截骨大小，实际手术中无法根据实际情况进行截骨微调，力线位置不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种下肢力线的构建方法及构建系统，可实时并动态的检测下肢力线，提高下肢力线构建的准确性，提高了手术治疗的效果。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种下肢力线的构建方法，包括：

3、获取下肢全长图像；

4、从所述下肢全长图像中选取若干解剖标记点，获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据建立2d坐标系，并建立各个所述解剖标记点在所述2d坐标系中的二维几何位置关系；

5、将标记组件固定于下肢，采用立体图像拍摄设备和所述探针工具获取下肢部分骨特征的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，并建立所述下肢部分骨特征与所述标记组件的三维几何位置关系；其中，所述下肢部分骨特征包括内踝点、外踝点、髋中心和膝关节功能轴；

6、利用所述下肢部分骨特征与所述标记组件之间的三维几何位置关系，计算得到下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据；

7、利用所述解剖标记点在所述2d坐标系的二维几何位置关系和在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算得到下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据；其中，所述下肢剩余部分骨特征包括股骨内髁点、股骨外髁点、胫骨平台内侧点和胫骨平台外侧点；

8、根据所述下肢部分骨特征的三维坐标数据和所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，构建下肢力线。

9、在一些实施例中，若干所述解剖标记点包括髋中心点、股骨内髁点、股骨外髁点、胫骨平台内侧点、胫骨平台外侧点、内踝点和外踝点；

10、所述获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据建立2d坐标系，包括：

11、获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据，根据所述解剖标记点的二维坐标数据在所述下肢全长图像上构建所述2d坐标系。

12、在一些实施例中，所述采用立体图像拍摄设备和所述探针工具获取下肢部分骨特征的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，并建立所述下肢部分骨特征与所述标记组件的三维几何位置关系，包括：

13、采用所述立体图像拍摄设备获取所述内踝点、所述外踝点的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，建立所述内踝点、所述外踝点与所述标记组件之间的三维几何位置关系；

14、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢绕髋中心做圆锥运动时所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，获取所述髋中心的数据，建立所述髋中心与所述标记组件之间的三维几何位置关系；

15、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢开放式周期屈伸运动时所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，获取所述膝关节功能轴的数据，建立所述膝关节功能轴与所述标记组件之间的三维几何位置关系。

16、在一些实施例中，所述利用所述下肢部分骨特征与所述标记组件之间的三维几何位置关系，计算得到下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，包括：

17、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢在伸直状态下所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据；

18、利用所述下肢部分骨特征与所述固定于下肢的标记组件之间的三维几何位置关系，以及下肢伸直状态下所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，计算出下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据。

19、在一些实施例中，所述利用所述解剖标记点在所述2d坐标系的二维几何位置关系和在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算得到下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，包括：

20、将下肢在伸直状态下的所述髋中心、所述膝关节功能轴所在的平面，设定为三维坐标系下的冠状面；

21、将所述2d坐标系和所述三维坐标系下的冠状面结合，并根据所述解剖标记点在所述2d坐标系中的二维几何位置关系和下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算出所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据。

22、在一些实施例中，所述根据所述下肢部分骨特征的三维坐标数据和所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，构建下肢力线，包括：

23、根据所述髋中心点、所述膝关节功能轴、所述内踝点、所述外踝点、所述股骨内髁点、所述股骨外髁点、所述胫骨平台内侧点和所述胫骨平台外侧点的三维坐标，构建下肢力线。

24、第二方面，本发明提供了一种下肢力线的构建系统，包括：

25、获取模块，用于获取下肢全长图像；

26、处理模块，与所述获取模块连接，用于从所述下肢全长图像中选取若干解剖标记点，获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据建立2d坐标系，并建立各个所述解剖标记点在所述2d坐标系中的二维几何位置关系；

27、将标记组件固定于下肢，采用立体图像拍摄设备和探针工具获取下肢部分骨特征的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，并建立所述下肢部分骨特征与所述标记组件的三维几何位置关系；其中，所述下肢部分骨特征包括内踝点、外踝点、髋中心和膝关节功能轴；

28、所述处理模块还用于利用所述下肢部分骨特征与所述标记组件之间的三维几何位置关系，计算得到下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据；

29、计算模块，与所述处理模块连接，所述计算模块利用所述解剖标记点在所述2d坐标系的二维几何位置关系和在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算得到下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据；其中，所述下肢剩余部分骨特征包括股骨内髁点、股骨外髁点、胫骨平台内侧点和胫骨平台外侧点；

30、构建模块，根据所述下肢部分骨特征的三维坐标数据和所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，构建下肢力线。

31、在一些实施例中，若干所述解剖标记点包括髋中心点、股骨内髁点、股骨外髁点、胫骨平台内侧点、胫骨平台外侧点、内踝点和外踝点；

32、所述处理模块获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据建立2d坐标系，包括：

33、所述处理模块获取各个所述解剖标记点的二维坐标数据，根据所述解剖标记点的二维坐标数据在所述下肢全长图像上构建所述2d坐标系。

34、在一些实施例中，所述采用立体图像拍摄设备和所述探针工具获取下肢部分骨特征的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，并建立所述下肢部分骨特征与所述标记组件的三维几何位置关系，包括：

35、采用所述立体图像拍摄设备获取所述内踝点、所述外踝点的三维坐标和所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，建立所述内踝点、所述外踝点与所述标记组件之间的三维几何位置关系；

36、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢绕髋中心做圆锥运动时所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，获取所述髋中心的数据，建立所述髋中心与所述标记组件之间的三维几何位置关系；

37、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢开放式周期屈伸运动时所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，获取所述膝关节功能轴的数据，建立所述膝关节功能轴与所述标记组件之间的三维几何位置关系。

38、在一些实施例中，所述处理模块还用于利用所述下肢部分骨特征与所述标记组件之间的三维几何位置关系，计算得到下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，具体包括：

39、采用所述立体图像拍摄设备获取下肢在伸直状态下所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据；

40、利用所述下肢部分骨特征与所述固定于下肢的标记组件之间的三维几何位置关系，以及下肢伸直状态下所述标记组件固定于下肢的标记追踪点的数据，计算出下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据。

41、在一些实施例中，所述计算模块利用所述解剖标记点在所述2d坐标系的二维几何位置关系和在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算得到下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，具体包括：

42、将所述下肢在伸直状态下的所述髋中心、所述膝关节功能轴所在的平面，设定为三维坐标系下的冠状面；

43、将所述2d坐标系和所述三维坐标系下的冠状面结合，并根据所述解剖标记点在所述2d坐标系中的二维几何位置关系和下肢在伸直状态下的所述下肢部分骨特征的三维坐标数据，计算出所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据。

44、在一些实施例中，所述构建模块根据所述下肢部分骨特征的三维坐标数据和所述下肢剩余部分骨特征的三维坐标数据，构建下肢力线，包括：

45、根据髋中心点、膝关节功能轴、内踝点、外踝点、股骨内髁点、股骨外髁点、胫骨平台内侧点和胫骨平台外侧点的三维坐标，构建下肢力线。

46、本发明提供的实施例下肢力线的构建方法及构建系统的有益效果在于：通过选取下肢全长图像中各骨性标记点建立二维坐标数据；并通过立体图像拍摄设备和探针工具采集下肢在伸直状态下部分骨特征的三维坐标和下肢的标记追踪点的数据，通过二维到三维的空间转化，得到力线计算所需的所有骨特征的三维坐标数据，该方法操作简便，可实时精准的监测下肢力线。