本發(fā)明是關(guān)于一種膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，涉及膝關(guān)節(jié)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、膝關(guān)節(jié)置換術(shù)包括單間室置換術(shù)、雙間室置換術(shù)、三間室置換術(shù)、全膝置換術(shù)等不同術(shù)式。所有術(shù)式的成功都依賴于恰當(dāng)?shù)募袤w-骨-軟組織的相對關(guān)系，以便術(shù)后建立良好的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)-動力學(xué)模式，獲得正常的膝關(guān)節(jié)術(shù)后功能。

2、傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的內(nèi)外翻平衡評價和調(diào)整基于術(shù)者個人經(jīng)驗(yàn)，或者采用簡單的機(jī)械間隙測量，或者測量固定墊片厚度下的力，不能評價力-間隙的關(guān)聯(lián)關(guān)系，不能同時衡量軟組織的彈性和工作間隙寬度兩種指標(biāo)。

3、傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的內(nèi)外翻平衡評價易引起以下問題：1）傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織內(nèi)外翻平衡定義不明確：傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織內(nèi)外翻平衡定義為內(nèi)外側(cè)間隙差異<2mm，但是缺乏對測量間隙寬度的力大小的規(guī)定，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件測量工具，導(dǎo)致內(nèi)外翻平衡定義模糊，極具爭議，進(jìn)而導(dǎo)致術(shù)后屈曲功能障礙、內(nèi)外翻畸形、內(nèi)外翻不穩(wěn)定、膝關(guān)節(jié)脫位、假體磨損、松動等并發(fā)癥的出現(xiàn)。2）傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織內(nèi)外翻調(diào)整技術(shù)缺乏量化評價：傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)軟組織屈伸平衡定義為屈曲間隙、伸直間隙差異<2mm，但同樣缺乏對測量間隙寬度的力大小的規(guī)定，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化硬件測量工具，導(dǎo)致內(nèi)外翻平衡術(shù)中操作偏差極大，無法量化分析軟組織內(nèi)外翻平衡，出現(xiàn)術(shù)中平衡困難，術(shù)后內(nèi)外翻不穩(wěn)定、膝關(guān)節(jié)疼痛、屈伸功能障礙、手術(shù)失敗等并發(fā)癥。3）膝關(guān)節(jié)置換軟組織內(nèi)外翻平衡精準(zhǔn)性不足：傳統(tǒng)的機(jī)械測量無法體現(xiàn)膝關(guān)節(jié)軟組織力-間隙變化的量化關(guān)系，由于缺乏定量的力-間隙測量，不能量化分析膝關(guān)節(jié)在不同屈伸角度下的內(nèi)外側(cè)軟組織張力特點(diǎn)并指導(dǎo)軟組織的精準(zhǔn)平衡技術(shù)，導(dǎo)致軟組織與人工關(guān)節(jié)假體不匹配，引起術(shù)后軟組織不平衡、疼痛、不穩(wěn)定、膝關(guān)節(jié)僵直、假體松動等并發(fā)癥。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供能夠一種為膝關(guān)節(jié)置換的內(nèi)外翻平衡建立精準(zhǔn)、智能化指導(dǎo)調(diào)整方案的基于力-間隙測量的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明提供一種膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，該裝置包括：

4、間隙點(diǎn)陣圖繪制系統(tǒng)，被配置為獲得不同屈曲角度下膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力-間隙數(shù)據(jù)，繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖；

5、量化指標(biāo)單元，被配置為根據(jù)不同屈曲度數(shù)下的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣關(guān)系構(gòu)建衡量內(nèi)外翻間隙平衡的量化指標(biāo)參數(shù)；

6、量化分析系統(tǒng)，被配置為調(diào)節(jié)量化指標(biāo)參數(shù)，并根據(jù)膝關(guān)節(jié)周圍軟組織在不同屈伸角度下的內(nèi)外側(cè)間隙寬度差異，制定優(yōu)化調(diào)整策略進(jìn)行內(nèi)外翻軟組織平衡量化分析。

7、進(jìn)一步地，所述繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖，包括：在完成膝關(guān)節(jié)脛骨、股骨初步截骨操作后，通過膝關(guān)節(jié)力-間隙求解器測量膝關(guān)節(jié)從伸直位至屈曲終點(diǎn)位在不同設(shè)定角度不同屈膝角度時的內(nèi)側(cè)間室、外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)力-間隙寬度數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖。

8、進(jìn)一步地，所述衡量內(nèi)外翻間隙平衡量化指標(biāo)參數(shù)：定義膝關(guān)節(jié)在不同屈曲位置下的點(diǎn)陣與y=x線的距離d和斜率k關(guān)系為平衡狀態(tài)的量化指標(biāo)參數(shù)，d=點(diǎn)陣中心點(diǎn)到y(tǒng)=x直線的距離，y=kx+b為某屈曲度數(shù)下的膝關(guān)節(jié)點(diǎn)陣的線性回歸擬合直線，k為直線斜率，b為縱軸截距。

9、進(jìn)一步地，d代表該屈曲度數(shù)下膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)軟組織平衡在中度力負(fù)載下的內(nèi)外側(cè)間隙沿y=-x方向靠近y=x直線的最短距離，等于內(nèi)外側(cè)間隙等比例調(diào)整情況下需要的移動范圍，其中，定義d>0：點(diǎn)陣位于y=x線上方；定義d<0：點(diǎn)陣位于y=x線下方；k代表內(nèi)外側(cè)軟組織的彈性差異，對內(nèi)外側(cè)軟組織剛性的差異形成定量評價，k=1時內(nèi)外側(cè)彈性相同，k>1時外側(cè)較內(nèi)側(cè)彈性更大，k<1時外側(cè)較內(nèi)側(cè)彈性更小。

10、進(jìn)一步地，所述量化分析系統(tǒng)包括量化分析內(nèi)外翻平衡單元、參數(shù)調(diào)整單元、假體旋轉(zhuǎn)定量調(diào)整屈曲間隙單元以及假體內(nèi)外翻間隙分析單元；

11、所述量化分析內(nèi)外翻平衡單元，被配置為根據(jù)膝關(guān)節(jié)不同屈曲位置時的內(nèi)外翻平衡對軟組織的要求不同進(jìn)行量化分析，獲取參數(shù)k與d的最佳目標(biāo)；

12、所述參數(shù)調(diào)整單元，被配置為通過調(diào)整異常k、d參數(shù)，調(diào)整內(nèi)外側(cè)軟組織間隙不平衡，完成軟組織松解；

13、所述假體旋轉(zhuǎn)定量調(diào)整屈曲間隙單元，被配置為確定假體的旋轉(zhuǎn)度數(shù)與屈曲間隙變化關(guān)系；

14、所述假體內(nèi)外翻間隙分析單元，被配置為根據(jù)當(dāng)前屈伸平衡狀態(tài)及期望達(dá)到的屈伸平衡目標(biāo)，制定優(yōu)化調(diào)整策略，進(jìn)行內(nèi)外翻軟組織平衡分析。

15、進(jìn)一步地，k與d的最佳目標(biāo)點(diǎn)陣分布為k>1，d≈0，即點(diǎn)陣分布應(yīng)與y=x線相交，但斜率比y=x大一些。

16、進(jìn)一步地，股骨假體的旋轉(zhuǎn)中心位置w1/w2確定了假體旋轉(zhuǎn)度數(shù)對內(nèi)外側(cè)間隙的不同影響比例，與之相對應(yīng)的是點(diǎn)陣沿著y=-mx方向移動的系數(shù)大小：

17、dgm=w1×sinθ

18、dgl=w2×sinθ

19、m=dgm/dgl=w1/w2

20、式中，w1為股骨假體的旋轉(zhuǎn)中心位置距內(nèi)側(cè)髁邊緣的距離；w2為股骨假體的旋轉(zhuǎn)中心位置距外側(cè)髁邊緣的距離；θ為股骨假體旋轉(zhuǎn)角度；dgm為假體旋轉(zhuǎn)θ度后內(nèi)側(cè)間隙變化的寬度；dgl為假體旋轉(zhuǎn)θ度后外側(cè)間隙變化的寬度；m為假體旋轉(zhuǎn)θ度后點(diǎn)陣移動的方向斜率大小。

21、進(jìn)一步地，內(nèi)外側(cè)軟組織間隙不平衡，包括：?k>1.5或k<0.5為內(nèi)外側(cè)軟組織剛度相差50%以上，認(rèn)為內(nèi)外側(cè)彈性不平衡；d>2mm內(nèi)外側(cè)軟組織間隙絕對寬度相差大于2mm以上，認(rèn)為內(nèi)外側(cè)軟組織間隙不平衡。

22、進(jìn)一步地，優(yōu)化的調(diào)整策略包括最小軟組織松解策略和適當(dāng)軟組織松解策略。

23、進(jìn)一步地，最小軟組織松解策略為：盡量減少軟組織松解以減少疼痛，通過截骨平移點(diǎn)陣改變d值來達(dá)到內(nèi)外翻平衡；

24、適當(dāng)軟組織松解策略為：當(dāng)截骨調(diào)整能力d值變化達(dá)到邊界時，通過軟組織松解調(diào)整內(nèi)外翻剛度k值及d值，從而達(dá)到力-間隙-力線的綜合最優(yōu)解，同時滿足生理受力荷載條件下，間隙平衡-力線偏移都在可接受的范圍之內(nèi)。

25、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下特點(diǎn)：

26、1、本發(fā)明通過測量不同屈曲角度下膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力-間隙數(shù)據(jù)，形成包含力學(xué)信息的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖，通過分析圖形的位置、形狀分布信息，量化分析膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻間隙平衡狀態(tài)。

27、2、本發(fā)明根據(jù)力-間隙數(shù)據(jù)對膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力進(jìn)行量化評價，可建立膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻間隙平衡的關(guān)鍵數(shù)學(xué)描述指標(biāo)k、d，對膝關(guān)節(jié)置換的內(nèi)外翻平衡程度的評價和指導(dǎo)精準(zhǔn)手術(shù)技術(shù)具有重要意義，可用于指導(dǎo)機(jī)器人輔助膝關(guān)節(jié)置換的精準(zhǔn)技術(shù)調(diào)整，并為自動化手術(shù)方案指導(dǎo)、假體選擇、個性化手術(shù)等分析方法奠定數(shù)據(jù)和算法基礎(chǔ)。

28、綜上，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析中。

技術(shù)特征：

1.一種膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，該裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，所述繪制內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖，包括：完成膝關(guān)節(jié)脛骨、股骨初步截骨操作后，通過膝關(guān)節(jié)力-間隙求解器測量膝關(guān)節(jié)從伸直位至屈曲終點(diǎn)位在設(shè)定的各屈膝角度時的內(nèi)側(cè)間室、外側(cè)間室膝關(guān)節(jié)力-間隙寬度數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的內(nèi)側(cè)間隙-外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，所述衡量內(nèi)外翻間隙平衡量化指標(biāo)參數(shù)：定義膝關(guān)節(jié)在不同屈曲位置下的點(diǎn)陣與y=x線的距離d和斜率k關(guān)系為平衡狀態(tài)的量化指標(biāo)參數(shù)，d=點(diǎn)陣中心點(diǎn)到y(tǒng)=x直線的距離，y=kx+b為某屈曲度數(shù)下的膝關(guān)節(jié)點(diǎn)陣的線性回歸擬合直線，k為直線斜率，b為縱軸截距。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，d代表該屈曲度數(shù)下膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)軟組織平衡在中度力負(fù)載下的內(nèi)外側(cè)間隙沿y=-x方向靠近y=x直線的最短距離，等于內(nèi)外側(cè)間隙等比例調(diào)整情況下需要的移動范圍，其中，定義d>0：點(diǎn)陣位于y=x線上方；定義d<0：點(diǎn)陣位于y=x線下方；k代表內(nèi)外側(cè)軟組織的彈性差異，對內(nèi)外側(cè)軟組織剛性的差異形成定量評價，k=1時內(nèi)外側(cè)彈性相同，k>1時外側(cè)較內(nèi)側(cè)彈性更大，k<1時外側(cè)較內(nèi)側(cè)彈性更小。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，所述量化分析系統(tǒng)包括量化分析內(nèi)外翻平衡單元、參數(shù)調(diào)整單元、假體旋轉(zhuǎn)定量調(diào)整屈曲間隙單元以及假體內(nèi)外翻間隙分析單元；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，k與d的最佳目標(biāo)點(diǎn)陣分布為k>1，d≈0。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，股骨假體的旋轉(zhuǎn)中心位置w1/w2確定了假體旋轉(zhuǎn)度數(shù)對內(nèi)外側(cè)間隙的不同影響比例，與之相對應(yīng)的是點(diǎn)陣沿著y=-mx方向移動的系數(shù)大?。?/p>

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，內(nèi)外側(cè)軟組織間隙不平衡定義為：?k>1.5或k<0.5為內(nèi)外側(cè)軟組織剛度相差50%以上，認(rèn)為內(nèi)外側(cè)彈性不平衡；d>2mm內(nèi)外側(cè)軟組織間隙絕對寬度相差大于2mm以上，認(rèn)為內(nèi)外側(cè)軟組織間隙不平衡。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，優(yōu)化調(diào)整策略包括最小軟組織松解策略和適當(dāng)軟組織松解策略。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，其特征在于，最小軟組織松解策略為：盡量減少軟組織松解以減少疼痛，通過截骨平移點(diǎn)陣改變d值來達(dá)到內(nèi)外翻平衡；適當(dāng)軟組織松解策略為：當(dāng)截骨調(diào)整能力d值變化達(dá)到邊界時，通過軟組織松解調(diào)整內(nèi)外翻剛度k值及d值，從而達(dá)到力-間隙-力線的綜合最優(yōu)解，同時滿足生理受力荷載條件下，間隙平衡-力線偏移都在可接受的范圍之內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種膝關(guān)節(jié)置換內(nèi)外翻平衡圖形化分析裝置，該裝置包括：間隙點(diǎn)陣圖繪制系統(tǒng)，被配置為獲得不同屈曲角度下膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的力?間隙數(shù)據(jù)，繪制內(nèi)側(cè)間隙?外側(cè)間隙點(diǎn)陣圖；量化指標(biāo)單元，被配置為根據(jù)不同屈曲度數(shù)下的內(nèi)側(cè)間隙?外側(cè)間隙點(diǎn)陣關(guān)系構(gòu)建衡量內(nèi)外翻間隙平衡的量化指標(biāo)參數(shù)；量化分析系統(tǒng)，被配置為調(diào)節(jié)量化指標(biāo)參數(shù)，并根據(jù)膝關(guān)節(jié)周圍軟組織在不同屈伸角度下的內(nèi)外側(cè)間隙寬度差異，制定優(yōu)化調(diào)整策略進(jìn)行內(nèi)外翻軟組織平衡量化分析。本發(fā)明根據(jù)力?間隙數(shù)據(jù)對膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力進(jìn)行量化評價，用于指導(dǎo)機(jī)器人輔助膝關(guān)節(jié)置換的精準(zhǔn)技術(shù)調(diào)整，并為自動化手術(shù)方案指導(dǎo)、假體選擇、個性化手術(shù)等分析方法奠定數(shù)據(jù)和算法基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：唐浩,周一新,王兆倫,楊德金,邵宏翊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京積水潭醫(yī)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6