[发明专利]术中膝关节运动评估方法及系统

说明书

本公开实施例中提供了一种术中膝关节运动评估方法及系统，属于膝关节数据处理技术领域，该方法包括：预先获取与膝关节相关的腿骨的三维模型；分别在膝关节的股骨侧和胫骨侧各设置至少一个激光标靶；利用激光跟踪仪读取股骨侧和胫骨侧的激光标靶的相对位置，形成股骨和胫骨的相对运动轨迹；通过选择内置的多种运动估计评估算法中的至少一种，对膝关节的相关的运动轨迹进行数据处理，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线。通过本公开的处理方案，能够估算出膝关节的间隙曲线，以便于全方位准确的了解关节运动情况，为骨科以及运动医学手术提供了有效的运动评估，并为术后康复指导提供重要数据支撑。

技术领域

本公开涉及膝关节数据处理技术领域，尤其涉及一种术中膝关节运动评估方法及系统。

背景技术

骨科以及运动医学的手术，均以恢复膝关节的正常运动功能为目的。而高精度可精确测量膝关节运动情况的方法，是术前手术规划以及术中手术导航决策的基础。关节假体的使用寿命、术后关节疼痛等情况，将直接影响到手术的成败与术后效果。由于在膝关节运动过程中，骨硬组织与软组织之间具有极其复杂的相互作用，使得测量膝关节真实的运动情况面临诸多挑战，主要原因包括以下几点：

1)正常的膝关节运动范围很大，从伸直到全部弯曲，运动范围角度可能为0°～135°。按照理想的评估方法，关节运动评估要评估运动范围内的每一个运动位置。但是，目前临床方面，因为技术受限，通常只能测量伸直0°和曲膝90°两个运动位置。

2)由于膝关节的运动情况会随负载的不同而变化。因此，需要在合理负载情况下进行测量，才能获得准确的运动评估，这也大大增加了测量的难度。

3)另外，在需要进行膝关节手术的病人中，普遍存在着关节不稳定的情况，即在同一个弯曲的位置，关节位置并不唯一。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种术中膝关节运动评估方法及系统，以至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种术中膝关节运动评估方法，包括：

预先获取与膝关节相关的腿骨的三维模型；

分别在膝关节的股骨侧和胫骨侧各设置至少一个激光标靶，以便于通过所述激光标靶描述所述股骨和胫骨的活动轨迹；

基于预先设置的股骨坐标系和胫骨坐标系，利用激光跟踪仪读取股骨侧和胫骨侧的激光标靶的相对位置，形成股骨和胫骨的相对运动轨迹；

通过选择内置的多种运动估计评估算法中的至少一种，对膝关节的相关的运动轨迹进行数据处理，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线，所述运动估计评估算法包括全周期测量方法、变负载测量方法以及SE(3)李群上的几何平滑滤波信号处理方法中的至少一个。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述通过选择内置的多种运动估计评估算法中的至少一种，对膝关节的相关的运动轨迹进行数据处理，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线，包括：

在保持股骨固定的情况下摆动胫骨，以便于通过激光跟踪仪记录胫骨和股骨在三维空间的姿态位置；

对胫骨和股骨在三维空间的姿态位置进行数据运算，获得股骨和胫骨之间的相对位置T；

基于相对位置相对于屈曲角的分布，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线。根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于相对位置相对于屈曲角的分布，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线之后，所述方法还包括：

针对所述间隙曲线进行数据值提取，获得股骨和胫骨之间的内外侧间隙值；基于所述内外侧间隙值，对所述膝关节进行间隙评估。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于相对位置相对于屈曲角的分布，形成评估所述膝关节运动的间隙曲线之后，所述方法还包括：