初次膝关节置换术前计划MRI/CT扫描及计算机影像处理方法与流程

本专利属于成像技术领域，具体而言涉及一种初次膝关节置换术前计划mri/ct扫描及计算机影像处理方法。

背景技术：

全膝关节置换术(totalkneearthroplasty，tka)是在近代人工髋关节成功应用于病人后逐渐发展起来的一种治疗膝关节疾病的新技术，它能非常有效地根除晚期膝关节病痛，极大地提高病人的生活质量。

初次全膝关节置换术后疗效取决于多种因素，正确的下肢力线是术后寿命的最重要的因素。假体的对线和旋转对于初次全膝关节置换术(totalkneearthroplasty，tka)至关重要。错误的对线和旋转可导致异常磨损、早期松动和髌股关节疾病。

重建术后良好力线仍然是全膝关节置换术(tkr)的一大挑战，往往取决于术者的临床经验。

技术实现要素：

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种初次膝关节置换术前计划mri/ct扫描及计算机影像处理方法，用于对人体下肢通过扫描成像以便于初次全膝关节置换的下肢力线对线，术前计划或手术风险评估。

为了解决上述问题，本专利提供的技术方案包括：

步骤一、膝关节扫描，在本步骤中进行膝关节的扫描，其具体包括如下步骤：s101设定mri扫描参数，其具体包括：扫描层厚度2mm；扫描间距1mm，视野范围240mm，影响解析度256*160dpi，nex/nsa/naq值为2；s102将被扫描对象置于仰卧位，并将目标膝关节尽量职于ios的中心。确保足踝关节自然放松，处于中立位(10°～30°跖屈)足踝处于“toesup”，并加以固定。将视野中心定位膝关节线，范围为膝关节线上下各200毫米。s103扫描片定位:选择有股骨上髁轴的轴状片，在片中，标记上髁轴；确保冠状位扫描平行于股骨上髁轴,s104：扫描覆盖范围必须完全覆盖股骨髁和胫骨。s105选择矢状位膝中心断面的扫描层作为参考图像，并以股骨中心调整图像中心。确保矢状面扫描定位垂直于股骨外髁髁上轴的关节线；

步骤二、髋关节扫描，在本步骤中进行膝关节的扫描，其具体包括如下子步骤：s201扫描定位设定mri冠状扫描定位线平行于股骨颈长轴；s202确保股骨头中心在视野中心；

步骤三、足踝关节扫描，在足踝关节矢状面扫描时，设定mri矢状扫描定位线平行于胫骨轴；确保视野中心在踝关节以上3厘米左右；

步骤四、数据影像收集和处理；在本步骤中将步骤一、二、三得到的影像数据收集后进行处理，其具体包括如下子步骤：

s401所有的影像以dicom文件格式存储,数据利用j2ee框架开发的intelli-ortho门户网站进行数据录入和影像资料的上传,确认手术案例文件从客户端传输到云端服务器。s402利用intelli-orthotransformer(基于vtk开源框架的建立定制dicom数据处理程序)，从云端下载手术案例文件，包括相关的dicom影像文件；s403在intelli-orthotransformer进行骨性标志物的标记，标记内容包括髋关节的股骨头中心、股骨远端膝关节的中心点、胫骨近端膝关节的中心点以及足踝关节的中心点。s404根据标记物的三维坐标，并通过计算获得下肢力学对线角度。解剖力线和机械力线的夹角θ计算如下：其中，h(xh,yh,zh)为髋关节的股骨头中心坐标；f(xf,yf,zf)为股骨远端膝关节的中心点坐标；t(xt,yt,zt)为胫骨近端膝关节的中心点坐标：a(xaya,za)为足踝关节的中心点坐标：髋膝机械力线的矢量：髋膝机械力线的矢量：

本发明应用于初次全膝关节置换术前的准备工作，计算机辅助下肢力学对线的影像资料的收集。核磁共振成像(mri)技术广泛应用于被扫描者的术前评估和力学对线分析。同时膝-髋-足踝局部扫描片定位，能够精准对位骨性标记物，大大提高对线精度，达到了正负1.5度。intelli-ortho软件处理，确认股骨远端截骨面，对于手术的精度和术后功能恢复，有极大的临床意义。

附图说明

图1为经股骨上髁轴片定位图；

图2为mri膝关节冠状面扫描范围图；

图3为股骨颈长轴在轴状位的位置图；

图4为足踝关节扫描定位线和视野中心图；

图5为膝关节中各个矢状面的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式进行说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。

本具体实施方式中提供了一种初次膝关节置换术前计划mri/ct扫描及计算机影像处理方法；所述方法包括如下步骤：

步骤一、膝关节扫描

在本步骤中进行膝关节的扫描，其具体包括如下步骤：

s101设定mri扫描参数，其具体包括：扫描层厚度2mm；扫描间距1mm，视野范围240mm，影响解析度256*160dpi，nex/nsa/naq值为2。

s102将被扫描对象置于仰卧位，并将目标膝关节尽量职于ios的中心。确保足踝关节自然放松，处于中立位(10°～30°跖屈)足踝处于“toesup”，并加以固定。将视野中心定位膝关节线，范围为膝关节线上下各200毫米。

s103扫描片定位:选择有股骨上髁轴的轴状片，在片中，标记上髁轴；确保冠状位扫描平行于股骨上髁轴,参见图1。

s104：扫描覆盖范围必须完全覆盖股骨髁和胫骨,参见图2。

s105选择矢状位膝中心断面的扫描层作为参考图像，并以股骨中心调整图像中心。确保矢状面扫描定位垂直于股骨外髁髁上轴的关节线。

步骤二、髋关节扫描

在本步骤中进行膝关节的扫描，其具体包括如下子步骤：

s201扫描定位设定mri冠状扫描定位线平行于股骨颈长轴。参见图3的直线显示了股骨颈长轴在轴状位的位置；

s202确保股骨头中心在视野中心。

步骤三、足踝关节扫描

在足踝关节矢状面扫描时，设定mri矢状扫描定位线平行于胫骨轴。确保视野中心在踝关节以上3厘米左右，参见图4的扫描定位线和视野中心。

步骤四、数据影像收集和处理

在本步骤中将步骤一、二、三得到的影像数据收集后进行处理，其具体包括如下子步骤：

s401所有的影像以dicom文件格式存储,数据利用j2ee框架开发的intelli-ortho门户网站进行数据录入和影像资料的上传,确认手术案例文件从客户端传输到云端服务器。

s402利用intelli-orthotransformer(基于vtk开源框架的建立定制dicom数据处理程序)，从云端下载手术案例文件，包括相关的dicom影像文件；

s403在intelli-orthotransformer进行骨性标志物的标记，标记内容包括髋关节的股骨头中心、股骨远端膝关节的中心点、胫骨近端膝关节的中心点以及足踝关节的中心点。

s404根据标记物的三维坐标，并通过计算获得下肢力学对线角度。解剖力线和机械力线的夹角θ计算如下：其中，h(xh,yh,zh)为髋关节的股骨头中心坐标；f(xf,yf,zf)为股骨远端膝关节的中心点坐标；t(xt,yt,zt)为胫骨近端膝关节的中心点坐标：a(xaya,za)为足踝关节的中心点坐标：髋膝机械力线的矢量：髋膝机械力线的矢量：

影像学资料的精确性往往取决于被扫描者的配合。传统下肢力线扫描，耗时长，被扫描者往往会移动，造成影像的模糊，影像诊断和术前规划。区别于传统的下肢全长力线扫描，本专利采用膝-髋-足踝局部扫描结合全局坐标系统，大幅减少扫描时间，减少被扫描者下肢移动对影像学精度的负面影响。

本发明应用于初次全膝关节置换术前的准备工作，计算机辅助下肢力学对线的影像资料的收集。核磁共振成像(mri)技术广泛应用于被扫描者的术前评估和力学对线分析。同时膝-髋-足踝局部扫描片定位，能够精准对位骨性标记物，大大提高对线精度，达到了正负1.5度。intelli-ortho软件处理，确认股骨远端截骨面，对于手术的精度和术后功能恢复，有极大的临床意义。