CN115887001A - 术前规划方法、存储介质、产品以及手术系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种术前规划方法、存储介质、产品以及手术系统。方法包括：根据两下肢的实际图像数据，确定两下肢的实际解剖学模型；根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若目标模型的力线参数异常，则修正目标模型的力线参数为正常；将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型；基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓，得到目标假体，从而实现了手术前的规划，便于提高后续手术的精确度，使得手术的效果更佳。

Description

术前规划方法、存储介质、产品以及手术系统

技术领域

本申请涉及医疗辅助设计技术领域，特别是涉及一种术前规划方法、存储介质、产品以及手术系统。

背景技术

随着医疗技术的发展，出现了计算机辅助的关节置换手术，其主要是通过手术机器人系统和截骨导向工具配合清除关节的病变组织，然后植入人工膝关节假体至关节的切割面上，从而改善患者的生活品质，消除患者的疼痛。

传统技术中，由医生根据自己的经验，对患者进行关节置换手术，医生在进行关节置换手术的过程中需要不断的调整垫块和假体的型号、尺寸，从而才能选择与骨缺损最匹配的垫块和假体。确定好假体和垫块后，医生还需要调整假体的偏心距，以保证关节假体的正确位置、下肢力线正确和关节功能的完好。

然而，传统技术中，由于部分患者可能具有先天性长短脚或者后天性残疾缺陷等特殊的问题，所以仅依靠医生的个人经验进行手术操作，一方面来说加重了医生的负担，使得手术的效率不高，另一方面来说也可能由于过于的依赖医生的经验，而导致手术的精度不够准确，可能出现人因工程不佳的情况。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高手术的精度，为患者确定最佳的术前规划方案，使得患者手术效果更好的术前规划方法、存储介质、产品以及手术系统。

一种术前规划方法，所述方法包括：根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若所述目标模型的力线参数异常，则修正所述目标模型的力线参数为正常；将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据所述假体轮廓，得到目标假体。

在其中一个实施例中，所述基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，包括：根据所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的截骨参数，其中，所述截骨参数包括截骨距离和截骨角度；根据所述截骨参数，对所需截骨的实际解剖学模型进行模拟截骨，确定所述截骨面。

在其中一个实施例中，所述根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，包括：若第一侧下肢异常且第二侧下肢正常，则将所述第二侧下肢的实际解剖学模型作为所述目标模型；或者，若第一侧下肢和第二侧下肢均异常，则将所述第一侧下肢和所述第二侧下肢中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型作为所述目标模型。

在其中一个实施例中，所述根据所述假体轮廓，得到目标假体，包括：根据所述假体轮廓，在假体库中筛选匹配度达标的假体作为所述目标假体；或者，根据所述假体轮廓制作所述目标假体。

在其中一个实施例中，术前规划方法还包括：根据所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型，确定所述所需截骨的一侧下肢的特征参数，其中，所述特征参数包括股骨头中心位置、髁线、后髁连线、股骨前后轴线、胫骨膝关节中心位置、踝关节中心位置、胫骨前后轴线、胫骨内外轴线；根据所需截骨的一侧下肢的特征参数和所述目标假体的参数，确定所述目标假体在所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型上的摆放位置和摆放角度。

一种手术系统，所述系统包括：图像获取模块，用于获取两下肢的实际图像数据，其中，所述两下肢包括第一侧下肢和第二侧下肢；假体获取模块，用于获取目标假体；处理器，分别与所述图像获取模块和所述假体获取模块连接，用于根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若所述目标模型的力线参数异常，则调整所述目标模型的力线参数为正常；将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据所述假体轮廓，通过所述假体获取模块得到目标假体。

在其中一个实施例中，所述处理器还用于：根据所述两下肢中一侧下肢对应的截骨参数，规划所述两下肢中一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中一侧下肢的截骨面，采用截骨导向工具对所述两下肢中一侧下肢进行截骨。

在其中一个实施例中，所述图像获取模块还用于获取截骨后的所述两下肢的实际图像数据；所述处理器还用于根据截骨后的所述两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢中一侧下肢是否截骨达标。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若所述目标模型的力线参数异常，则修正所述目标模型的力线参数为正常；将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据所述假体轮廓，得到目标假体。

一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若所述目标模型的力线参数异常，则修正所述目标模型的力线参数为正常；将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据所述假体轮廓，得到目标假体。

上述术前规划方法、存储介质、产品、手术系统，通过获取两下肢的实际图像数据，能够确定两下肢的实际解剖学模型，然后根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型，从而得到了患者两侧下肢中相对来说较为健康的一侧下肢的模型，便于后续基于该模型确定患者的两侧下肢健康的模型，若目标模型的力线参数异常，则修正目标模型的力线参数为正常，从而保证目标模型是符合正常人体构造的。然后将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型，两下肢的标准解剖学模型镜像对称即可以得到能够使得患者的两侧下肢镜像对称的标准模型，便于后续按照确定的两下肢的标准解剖学模型来进行术前规划，能够使得患者的双腿一致性较高，便于后续提高手术的效果。然后基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓，从而便于后续的手术操作，完成了术前的规划。综上，本申请的方法通过在手术前就确定可以提高患者双腿一致性的患者的双腿模型，并且可以根据该模型确定假体的参数并制备好目标假体，从而实现了手术前的规划，便于提高后续手术的精确度，使得手术的效果更佳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中术前规划方法的流程图；

图2为一个实施例中确定假体轮廓的方法的流程图；

图3为一个实施例中假体轮廓的示意图；

图4为另一个实施例中术前规划方法的流程图；

图5为一个实施例中下肢的三维模型示例图；

图6为一个实施例中确定下肢图像的过程的示意图；

图7为一个实施例中异常下肢的示意图；

图8为另一个实施例中异常下肢的示意图；

图9为一个实施例中正常下肢的示意图；

图10为一个实施例中确定假体位姿的方法的流程图；

图11为一个实施例中手术系统的结构图；

图12为另一个实施例中手术系统的结构图；

图13为一个实施例中目标假体安装在一侧下肢上的示意图；

图14为一个实施例中目标假体的安装过程的示意图；

图15为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种术前规划方法，该方法包括：

步骤S100，根据两下肢的实际图像数据，确定两下肢的实际解剖学模型。

其中，两下肢包括第一侧下肢和第二侧下肢，两下肢镜像对称即第一侧下肢与第二侧下肢镜像对称。

其中，两下肢的实际图像数据可以是通过电子计算机断层扫描(ComputedTomography，CT)或磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MR)得到的两下肢的影像数据。

具体地，可根据两下肢的实际图像数据，对图像进行分割，找到图中的特征部分，例如冠状面、矢状面、横断面的股骨和胫骨等，然后基于图像中的参数创建三维的数字模型，实现两下肢的三维重建，得到两下肢的实际解剖学模型。

步骤S110，根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型。

其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型。

示例性地，可以通过分割算法对扫描图像进行图像分割，可以按需分割成不同粒度的区域，例如股骨区域和胫骨区域，或者还可以按需分割成股骨区域、胫骨区域、腓骨区域和髌骨区域。而后可以对分割后各个区域图像进行三维重建，得到双下肢的三维模型。从而即可根据两下肢的实际图像数据，构建出两下肢的实际解剖学模型。

具体地，可以由医生根据实际情况来进行判断相对正常的一侧下肢。也可以根据两侧下肢的参数，例如髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心等特征点的位置信息、髋关节中心-膝关节中心连线与膝关节中心-踝关节中心连线的夹角等参数，然后与正常的人体的生物学特征进行比较，选择其中与正常人体的生物学特征更接近的一侧下肢作为相对正常的一侧下肢，将该侧下肢的实际解剖学模型作为目标模型。

步骤S120，若目标模型的力线参数异常，则修正目标模型的力线参数为正常。

具体地，根据正常人体的生物学特征，调整目标模型，将髋关节中心-膝关节中心-踝关节中心的连线调整为趋于直线，即得到了正常的目标模型，该目标模型是根据正常人体的生物学特征得到的，因此是符合正常的人体构造的。

步骤S130，将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型。

步骤S140，基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面。

具体地，通过将实际解剖学模型和标准解剖学模型进行模拟重合，即将实际解剖学模型和标准解剖学模型进行对比，确定将实际解剖学模型对应的两下肢，截骨为标准解剖学模型中的两下肢的模样，规划截骨量和截骨角度。从而即可确定一侧下肢的截骨参数。

示例性地，在确定了两下肢骨骼的特征参数后，根据截骨参数，即可计算出各个部位的截骨厚度，截骨距离、截骨角度等等，即可确定多个截骨面，从而根据多个截骨面对一侧下肢进行截骨即可。

步骤S150，根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓。

具体地，在确定了两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型后，将实际解剖学模型和标准解剖学模型模拟重合，进行模拟截骨的动作，在按照标准解剖学模型对实际解剖学模型截骨完毕后，将截骨完毕的实际解剖学模型的外部轮廓，即可作为假体内侧轮廓。因为假体是需要安装在两下肢的外侧的，因此假体的内侧需要与两下肢截骨完毕后的外侧相嵌合才行。所以根据两下肢的外侧轮廓即可确定假体内侧轮廓。而假体外侧轮廓可以从小腿上直接获取到。假体内侧轮廓和假体外侧轮廓组合起来就得到了假体轮廓。

步骤S160，根据假体轮廓，得到目标假体。

具体地，在确定了假体内侧轮廓和假体外侧轮廓后，按照得到的轮廓即可得到目标假体，目标假体的外侧轮廓与确定的假体外侧轮廓一致，目标假体的内侧轮廓与确定的假体内侧轮廓。或者不完全一致，存在微小的偏差，但只要能满足匹配度的要求也可以。

示例性地，可以从假体库中选择与假体内侧轮廓和假体外侧轮廓相似的假体。假体库中有多种类型的假体，每种类型的三维骨骼假体模型有多种型号。例如，三维股骨假体模型的类型有ATTUNE-PS、ATTUNE-CR、SIGMA-PS150等，ATTUNE-PS的型号有1、2、3、3N、4、4N、5、5N、6、6N。

具体地，在得到目标假体后，还需要确定目标假体安装在一侧下肢上的位姿。此时需要根据目标模型镜像后的解剖学参数，确定目标假体该如何安装，即确定了目标假体的位姿。

示例性地，两下肢的较为重要的骨骼尺寸可以包括股骨左右径、股骨前后径、胫骨左右径和胫骨前后径，股骨左右径根据股骨内外侧缘连线，股骨前后径根据股骨前皮质切线和股骨后髁切线，胫骨左右径根据胫骨内外侧缘连线，胫骨前后径根据胫骨前后缘连线等，通过目标模型及其镜像后的模型数据确定这些重要尺寸后，再根据这些尺寸确定骨骼的关键角度，从而基于骨骼的尺寸和关键角度，即可确定目标假体的安装位姿。

在本实施例中，通过获取两下肢的实际图像数据，能够确定两下肢的实际解剖学模型，然后根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型，从而得到了患者两侧下肢中相对来说较为健康的一侧下肢的模型，便于后续基于该模型确定患者的两侧下肢健康的模型，若目标模型的力线参数异常，则修正目标模型的力线参数为正常，从而保证目标模型是符合正常人体构造的。然后将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型，两下肢的标准解剖学模型镜像对称即可以得到能够使得患者的两侧下肢镜像对称的标准模型，便于后续按照确定的两下肢的标准解剖学模型来进行术前规划，能够使得患者的双腿一致性较高，便于后续提高手术的效果。然后基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓，从而便于后续的手术操作，完成了术前的规划。综上，本申请的方法通过在手术前就确定可以提高患者双腿一致性的患者的双腿模型，并且可以根据该模型确定假体的参数并制备好目标假体，从而实现了手术前的规划，便于提高后续手术的精确度，使得手术的效果更佳。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S140，基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面。包括：

步骤S200，根据两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢对应的截骨参数。

其中，截骨参数包括截骨距离和截骨角度。

具体地，通过将实际解剖学模型和标准解剖学模型进行模拟重合，即将实际解剖学模型和标准解剖学模型进行对比，确定将实际解剖学模型对应的两下肢，截骨为标准解剖学模型中的两下肢的模样，需要截骨哪些地方，以及截骨量和截骨角度。从而即可确定两下肢的截骨参数。

步骤S210，根据截骨参数，对所需截骨的实际解剖学模型进行模拟截骨，确定截骨面。

示例性地，根据实际解剖学模型，即可确定两下肢骨骼的特征参数，例如股骨头中心、髁线、后髁连线、股骨前后轴线、胫骨膝关节中心、踝关节中心、胫骨前后轴线、胫骨内外轴线、股骨截骨点、胫骨截骨点等等。

示例性地，在骨骼关键轴线、骨骼关键角度的可通过以下方式确定：胫骨机械轴为胫骨膝关节中心(髁间棘的中心)到胫骨踝关节中心(内外踝外侧骨皮质连线的中点)确定；胫骨解剖轴为胫骨的骨干的中心线确定，胫骨机械轴与胫骨解剖轴两条线平行。基于股骨解剖轴的一个端点为位于股骨远端(股骨头最上面的点)和近端(股骨内侧髁远端的部分)的股骨干内外侧宽度的中间的股骨干中心点，另一端点在膝关节面上10㎝处，平分内外侧骨皮质处；股骨机械轴的一个断电位于髋关节中心，另一端点位于股骨的膝关节中心点(股骨髁间窝顶点)。基于股骨内外后髁最低点之间的连线得到后髁连线，基于股骨内髁凹与股骨外髁最高点之间的连线得到通髁线。基于股骨机械轴和胫骨机械轴二者形成的夹角得到胫骨角；基于股骨机械轴和解剖轴的夹角得到远端股骨角。根据股骨通髁线与后髁连线在横断面的投影线之间的夹角得到股骨后髁角。

示例性地，在确定了两下肢骨骼的特征参数后，根据截骨参数，即可计算出各个部位的截骨厚度，截骨距离、截骨角度等等，从而根据截骨参数来对两下肢进行截骨，即可得到多个截骨面，确定出两下肢的多个截骨面后，然后根据多个截骨面的组合，即可得到假体内侧轮廓。

示例性地，截骨角度包括内外翻角度、内外旋角度和前后倾角度。其中：内外翻角度：冠状面内，分别根据股骨、胫骨机械轴与股骨假体远端平面、胫骨假体近端平面的夹角确定的角度。内外旋角度：横断面内，分别根据股骨通髁线、胫骨前后轴与股骨假体横轴、胫骨假体横轴的夹角确定的角度。前后倾角度：矢状面内，分别根据股骨力线、胫骨力线与股骨假体远端平面、胫骨胫骨平台的夹角确定的角度。

示例性地，截骨面包括股骨远端切除面、股骨远端后切除面、股骨远端后切面、股骨远端前切面、股骨远端前斜切面、股骨远端前斜切面、胫骨近端切除面。

具体地，根据标准解剖学模型，即可从标准解剖学模型中确定矫正后的正常骨骼的外侧轮廓，将该正常骨骼的外侧轮廓直接作为假体外侧轮廓即可。

示例性地，如图3所示，假体20的内侧与骨骼10的外侧是相嵌合的，因此假体的内侧轮廓100与骨骼的外侧轮廓101是对应的，而假体的外侧轮廓200则是由标准解剖学模型得到的。

在本实施例中，根据两下肢的实际解剖学模型来确定了两下肢的多个截骨面，从而根据多个截骨面，即可确定出两下肢的轮廓，然后根据两下肢的轮廓，即可确定与之嵌合的假体内侧轮廓，然后根据正常骨骼的外侧轮廓确定假体外侧轮廓，从而得到了假体内侧轮廓和假体外侧轮廓。由于假体内侧轮廓和假体外侧轮廓都是根据两下肢的实际解剖学模型得到的，因此与两下肢的匹配度极高，从而针对患者的实际情况进行了个性化的假体定制。假体与患者是适配的，便于提高手术的效果。

在一个实施例中，如图4所示，步骤S110，根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型。包括：

步骤S400，若第一侧下肢异常且第二侧下肢正常，则将第二侧下肢的实际解剖学模型作为目标模型。

示例性地，图5是患者双下肢模型三维重建效果图。在术前，患者需进行双下肢全长CT薄层扫描，层厚≤1mm，CT图像扫面范围为双下肢全长，包括股骨全长和胫腓骨全长。CT拍摄后，将患者的CT影像数据以Dicom格式导入到计算机设计软件中，并在计算机设计软件中重建患者下肢三维模型。图5-①为正常侧股骨三维模型，图5-②为正常侧胫骨三维模型，图5-③为正常侧腓骨三维模型，图5-④为异常侧股骨三维模型，图5-⑤为异常侧胫骨三维模型，图5-⑥为异常侧腓骨三维模型。

示例性地，如图6所示，第一侧下肢的实际解剖学模型11异常，第二侧下肢的实际解剖学模型12正常时，将第二侧下肢12的实际解剖学模型作为目标模型进行镜像对称的处理，即可得到第一侧下肢的标准解剖学模型13。然后将第一侧下肢的标准解剖学模型13和第二侧下肢的实际解剖学模型12组合即可得到两下肢的标准解剖学模型。后续将第一侧下肢的实际解剖学模型11与第一侧下肢的标准解剖学模型13进行模拟重合对比，即可确定需要截骨的部分。

具体地，判断实际解剖学模型是正常还是异常，是根据该实际解剖学模型的生物学参数与正常人体构造的生物学参数进行对比来判断的。

步骤S410，若第一侧下肢和第二侧下肢均异常，则将第一侧下肢和第二侧下肢中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型作为目标模型。

其中，第一目标下肢为第一侧下肢和第二侧下肢中相对正常的下肢。

具体地，如图7、8所示，若第一侧下肢和第二侧下肢均异常，则选择其中相对正常的下肢的模型作为目标模型，具体如何判断哪一侧下肢相对正常，则由医生来进行判断。

具体地，根据第一目标下肢的实际解剖学模型，确定第一目标下肢中的特征参数，特征参数例如髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心等特征点的位置信息。然后测量髋关节中心-膝关节中心连线与膝关节中心-踝关节中心连线的夹角，之后根据正常人体的生物学特征，调整第一目标下肢的实际解剖学模型，将髋关节中心-膝关节中心-踝关节中心的连线调整为趋于直线，即得到了第一目标下肢的标准解剖学模型，该标准解剖学模型是根据正常人体的生物学特征得到的，因此是符合正常的人体构造的。

其中，第二目标下肢为第一侧下肢和第二侧下肢中除第一目标下肢外的另一下肢，第一目标下肢的标准解剖学模型与第二目标下肢的标准解剖学模型镜像对称。

具体地，在确定了第一目标下肢的标准解剖学模型之后，将第一目标下肢的标准解剖学模型进行镜像对称处理，即可得到第二目标下肢的标准解剖学模型。

具体地，第一目标下肢的标准解剖学模型和第二目标下肢的标准解剖学模型组合起来，即可得到两下肢的标准解剖学模型。便于后续将两下肢的标准解剖学模型与两下肢的实际解剖学模型进行模拟重合对比，即可确定需要截骨的部分。

示例性地，两下肢的标准解剖学模型如图9所示。

在本实施例中，若患者的两侧下肢中仅有一侧下肢异常时，则采用另一侧正常的下肢来基于镜像对称的原则，得到异常的这一侧下肢的图像数据，从而便于患者的两侧下肢镜像对称，保证了患者下肢的一致性，使得后续的截骨和假体的制作都是基于患者下肢的一致性的原则来进行，从而能够提高手术的效果，以及通过这样的操作，事先确定了标准解剖学模型，也提高了手术的精确度。若患者的两侧下肢均异常时，则采用人体正常生物学特征调整相对正常的一侧下肢的图像，得到一侧下肢的标准解剖学模型即作为目标模型，基于镜像对称的原则，得到另一侧下肢的标准解剖学模型，从而便于患者的两侧下肢镜像对称，保证了患者下肢的一致性，使得后续的截骨和假体的制作都是基于患者下肢的一致性的原则来进行，从而能够提高手术的效果，使得患者的两侧下肢保持一致使得患者更加协调和灵活，以及通过这样的操作，事先确定了标准解剖学模型，也提高了手术的精确度。

在一个实施例中，步骤S160，根据假体轮廓，得到目标假体。具体包括：根据假体轮廓，在假体库中筛选匹配度达标的假体作为目标假体。或者，根据假体轮廓制作目标假体。

具体地，根据假体内侧轮廓和假体外侧轮廓即可生成假体的三维模型，然后即可从假体库中选择合适的假体，并且可以设置假体的尺寸，在选择完毕后，将选择的假体与假体的三维模型进行比较，即可确定选择的假体的匹配度。匹配度达标的假体才能作为目标假体，匹配度达标可以为选择的假体的轮廓与假体的三维模型的轮廓的误差在预设范围内。

示例性地，可以从假体库中选择与假体内侧轮廓和假体外侧轮廓相似的假体。假体库中有多种类型的假体，每种类型的三维骨骼假体模型有多种型号。例如，三维股骨假体模型的类型有ATTUNE-PS、ATTUNE-CR、SIGMA-PS150等，ATTUNE-PS的型号有1、2、3、3N、4、4N、5、5N、6、6N。

具体地，若假体库中的假体的匹配度均不满足需求，则需要个性化的定制一个假体，可以根据假体内侧轮廓和假体外侧轮廓生成一个目标假体的三维模型，然后采用3D打印的方式，打印出该目标假体即可。在打印前，可以设置假体的类型(单髁膝关节、全膝关节)、尺寸、材料(超高分子量聚乙烯、钛合金等)等参数。从而实现假体的个性化定制。

在本实施例中，在假体库中筛选匹配度达标的假体作为目标假体，从而能够快速的得到目标假体，节省术前规划的时间。如果假体库中没有符合要求的假体，则根据假体内侧轮廓和假体外侧轮廓直接制作目标假体，从而实现了假体的个性化定制，得到的目标假体与患者的适配度最高。

在一个实施例中，如图10所示，术前规划方法还包括：

步骤S1000，根据所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型，确定所需截骨的一侧下肢的特征参数。

其中，特征参数包括股骨头中心位置、髁线、后髁连线、股骨前后轴线、胫骨膝关节中心位置、踝关节中心位置、胫骨前后轴线、胫骨内外轴线。

步骤S1010，根据所需截骨的一侧下肢的特征参数和目标假体的参数，确定目标假体在所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型上的摆放位置和摆放角度。

具体地，将目标假体的三维模型与两下肢的标准解剖学模型进行模拟匹配的调整，调整目标假体的三维模型与标准解剖学模型的接触位置，接触角度，直到使得两下肢在安装了目标假体后下肢的力线等参数均满足正常的人体构造。从而得到目标假体在两下肢上的设置位置，以及目标假体在两下肢上的设置角度。

示例性地，需要调整目标假体与两下肢之间的内侧距离、外侧距离、前后倾角度、内外旋角度、内外翻角度等。

在本实施例中，根据实际图像数据即可确定两下肢的三维模型，然后根据目标假体的参数，能够确定目标假体的三维模型，然后调整目标假体的三维模型与两下肢的三维模型的接触位置，接触角度，即可得到目标假体的位姿。从而完成了术前规划，便于后续手术时按照确定的位姿去安装目标假体即可。提高了手术的精确度。

应该理解的是，虽然图1、2、4、10的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1、2、4、10中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图11所示，提供了一种手术系统，该系统包括：图像获取模块30、假体获取模块40、处理器50。其中：

图像获取模块30用于获取两下肢的实际图像数据，其中，两下肢包括第一侧下肢和第二侧下肢。

具体地，图像获取模块30可以为CT设备或核磁共振成像设备。两下肢的实际图像数据可以是通过电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)或磁共振成像(Magneticresonance imaging，MR)得到的两下肢的影像数据。

假体获取模块40用于获取目标假体。

示例性地，假体获取模块40可以为3D打印机。

处理器50分别与图像获取模块30和假体获取模块40连接，用于根据两下肢的实际图像数据，确定两下肢的实际解剖学模型；根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若目标模型的力线参数异常，则调整目标模型的力线参数为正常；将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型；基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据假体轮廓，通过假体获取模块得到目标假体。

在本实施例中，通过图像获取模块获取两下肢的实际图像数据，通过处理器能够确定两下肢的实际解剖学模型，然后根据两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，目标模型为两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型，从而得到了患者两侧下肢中相对来说较为健康的一侧下肢的模型，便于后续基于该模型确定患者的两侧下肢健康的模型，若目标模型的力线参数异常，则修正目标模型的力线参数为正常，从而保证目标模型是符合正常人体构造的。然后将目标模型进行镜像对称处理，得到两下肢的标准解剖学模型，两下肢的标准解剖学模型镜像对称即可以得到能够使得患者的两侧下肢镜像对称的标准模型，便于后续按照确定的两下肢的标准解剖学模型来进行术前规划，能够使得患者的双腿一致性较高，便于后续提高手术的效果。然后基于两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓，从而便于后续的手术操作，完成了术前的规划，通过图像获取模块获取目标假体。综上，本申请的方法通过在手术前就确定可以提高患者双腿一致性的患者的双腿模型，并且可以根据该模型确定假体的参数并制备好目标假体，从而实现了手术前的规划，便于提高后续手术的精确度，使得手术的效果更佳。

在一个实施例中，如图12所示，手术系统还包括：截骨导向工具61、定位模块70。其中：

定位模块70，用于确定截骨导向工具61和所需截骨的一侧下肢的位置。

示例性地，定位模块70可以为激光雷达、红外定位设备等，能够直接获取截骨导向工具61和两下肢的位置，从而实现了对截骨导向工具61和两下肢的位置的定位，便于后续进行截骨。

示例性地，在手术之前，医生即可使用靶标笔在患者的股骨及胫骨上标记特征点(即医生于患者的股骨实体上标记多个股骨解剖特征点，在胫骨实体上标记多个胫骨解剖特征点)，从而能够根据标记的特征点，确定目标截骨面的具体方位。根据标记的特征点可以实时跟踪骨头的实际位置，且手术过程中，只要标记特征点与骨头间的相对位置固定，从而能够获得标记特征点的位置，即可通过映射关系得到目标截骨面的位置，从而计算骨头移动也不会影响手术效果。

处理器50还分别与截骨导向工具61、定位模块70连接，用于根据两下肢的位置和规划的截骨面，控制截骨导向工具61对两下肢进行截骨定位。

在本实施例中，通过设置截骨导向工具61，从而能够实现截骨导向定位。

在一个实施例中，处理器50还用于根据两下肢中一侧下肢对应的截骨参数，规划两下肢中一侧下肢的截骨面。根据两下肢中一侧下肢的截骨面，采用截骨导向工具61对两下肢中一侧下肢进行截骨。

示例性地，在确定了两下肢骨骼的特征参数后，根据截骨参数，即可计算出各个部位的截骨厚度，截骨距离、截骨角度等等，即可确定多个截骨面，从而根据多个截骨面对两下肢中一侧下肢进行截骨即可。

在本实施例中，处理器50根据两下肢中一侧下肢对应的截骨参数，能够确定两下肢中一侧下肢的截骨面，从而便于后续根据确定的截骨面对两下肢中一侧下肢进行截骨。

在一个实施例中，处理器50还用于在控制截骨导向工具61对一侧下肢截骨完毕之后，将目标假体安装在截骨面上。

在一个实施例中，图像获取模块还用于获取截骨后的两下肢的术后实际图像数据。处理器还用于根据截骨后的两下肢的实际图像数据，确定两下肢中一侧下肢是否截骨达标。

具体地，图像获取模块可以为为CT设备或核磁共振成像设备等，能够测量患者两下肢的关节之间的间隙以及下肢的力线等特征参数。

示例性地，图像获取模块可以包括网络设备接口(Network Device Interface，NDI)图像采集设备，通过NDI图像采集设备采集两下肢的实时图像信息，将实时图像信息与图像数据进行配准，以将目标截骨面与两下肢的三维模型进行空间配准。提高定位的精准度。

具体地，处理器50在获取到实际图像数据后，将其与正常人体构造的预设值进行对比，即可判断两下肢是否达标。

示例性地，股骨远端在安装上目标假体后如图13所示，如图13是截骨后的股骨安装上假体后的示意图，其中，图13-①是股骨骨骼解剖学模型，图13-②是目标假体。

示例性地，如图14所示，为目标假体的安装过程的示意图。

在本实施例中，通过图像获取模块来获取两下肢的实际图像数据，再根据实际图像数据判断所需截骨的一侧下肢是否达标，从而便于医生评估手术的效果。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备内部结构图可以如图15所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种术前规划方法。

本领域技术人员可以理解，图15中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种术前规划方法，其特征在于，所述方法包括：

根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；

根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；

若所述目标模型的力线参数异常，则修正所述目标模型的力线参数为正常；

将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；

基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；

根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；

根据所述假体轮廓，得到目标假体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，包括：

根据所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的截骨参数，其中，所述截骨参数包括截骨距离和截骨角度；

根据所述截骨参数，对所需截骨的实际解剖学模型进行模拟截骨，确定所述截骨面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，包括：若第一侧下肢异常且第二侧下肢正常，则将所述第二侧下肢的实际解剖学模型作为所述目标模型；

或者，若第一侧下肢和第二侧下肢均异常，则将所述第一侧下肢和所述第二侧下肢中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型作为所述目标模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述假体轮廓，得到目标假体，包括：根据所述假体轮廓，在假体库中筛选匹配度达标的假体作为所述目标假体；或者，根据所述假体轮廓制作所述目标假体。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型，确定所述所需截骨的一侧下肢的特征参数，其中，所述特征参数包括股骨头中心位置、髁线、后髁连线、股骨前后轴线、胫骨膝关节中心位置、踝关节中心位置、胫骨前后轴线、胫骨内外轴线；

根据所需截骨的一侧下肢的特征参数和所述目标假体的参数，确定所述目标假体在所需截骨的一侧下肢的实际解剖学模型上的摆放位置和摆放角度。

6.一种手术系统，其特征在于，所述系统包括：

图像获取模块，用于获取两下肢的实际图像数据，其中，所述两下肢包括第一侧下肢和第二侧下肢；

假体获取模块，用于获取目标假体；

处理器，分别与所述图像获取模块和所述假体获取模块连接，用于根据两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢的实际解剖学模型；根据所述两下肢的实际解剖学模型，确定目标模型，其中，所述目标模型为所述两下肢的实际解剖学模型中相对正常的一侧下肢的实际解剖学模型；若所述目标模型的力线参数异常，则调整所述目标模型的力线参数为正常；将所述目标模型进行镜像对称处理，得到所述两下肢的标准解剖学模型；基于所述两下肢的实际解剖学模型和标准解剖学模型，确定所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面；根据所述两下肢中至少一侧下肢的截骨面，确定所述两下肢中至少一侧下肢对应的假体轮廓；根据所述假体轮廓，通过所述假体获取模块得到目标假体。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于：

根据所述两下肢中一侧下肢对应的截骨参数，规划所述两下肢中一侧下肢的截骨面；

根据所述两下肢中一侧下肢的截骨面，采用截骨导向工具对所述两下肢中一侧下肢进行截骨。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述图像获取模块还用于获取截骨后的所述两下肢的实际图像数据；

所述处理器还用于根据截骨后的所述两下肢的实际图像数据，确定所述两下肢中一侧下肢是否截骨达标。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

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