在假体插入髋关节之后提供信息的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及一种提供与假体插入髋关节的结果相关的信息的方法和装置，并根据此信息指出股骨假体部件的位置，以便能够建议患者进行什么样的运动，而不使得假体脱位(脱臼)，更特别的是本发明涉及权利要求1和2前序部分所述的类型。
背景技术
股骨假体包括两个主要部件：假体杆(股骨部件)和杯状件(髋臼部件)。假体杆的一端设有球形髁或能够放置髁的假体缩颈部，其中髁设计成与杯状件内的球形凹窝紧密滑配合。此外，带有髁的假体杆和假体杯状件一起用作球和凹窝关节以便代替自然的髋关节。
假体杆的另一端包括适于与患者股骨内的中空骨管连接的细长部。
假体杯状件适于与患者骨盆上的关节凹腔连接。杯状件内的半球形凹窝通过侧面与外表面连接，该外表面设计成与骨盆连接。该外表面可具有各种形状，完全根据连接到骨盆上的方法和供应商所作地其他选择来定。许多杯状件具有大致为半球的形状，其中半球形的外部表面适于连接在骨盆上。连接凹窝和外表面的侧面可以是平的或者可能向凹窝内倾斜，该凹窝最好大致在环形侧面的中心。
假体杆和假体杯状件可分别通过丙烯酸粘固粉或者没有粘固粉的压配合固定在股骨和骨盆上。
当用假体更换损坏的髋关节时，股骨的头部通过割断上股骨并将股骨的骨管顶部掏空以便为细长的假体杆留出空间来更换，该假体杆通过粘固粉粘结或压配合到骨管上。
骨盆上的凹腔进行铣销以便接纳杯状件，该杯状件然后用粘固粉或压配合固定。
如果假体髁可拆卸，那么在髁放置在杯状件内之前可先将髁安置在假体杆上，通过将患者的腿提升到自然位置，并将髁插置到杯状件内的凹窝内，这样便可完成关节的装配，随后可将切口闭合。
这种假体应能给患者提供近似自然关节所能提供的活动能力。但是，另外，由于手术期间关节囊等削弱或可能除去，患者可以将使用的腿运动到自然活动之外的位置上。这可以造成髁从杯状件中脱出(脱臼)。重要的是关节的“自然”活动不能使患者到达这样的情况，其中患者的腿终止在这样的位置上，在该位置假体缩颈部骑跨在杯状件的边缘上，这会使关节脱臼。这通过简单的杠杆作用便可发生。在所有装着股骨假体的患者中约有2到9％发生过脱臼。一旦脱臼发生，患者必须在关节放回原位之前麻醉。某些患者还必须进行新的手术。在患者的假体构件装配时如果构件的相互定位不正确，那么与相互定位正确的情况比，发生脱臼的危险要大得多，这是由于不正确组装的假体部件可造成所述的杠杆作用。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种形成假体部件定位以及任何脱臼趋势的图像从而使得外科医生更容易进行修复操作的工具。在处理这些信息过程中，外科医生在手术之后对于患者单独给出怎样的运动将不使得新的假体发生脱臼的建议。
在整形外科的出版物中指出，因为患者可进行每天的自然范围内的运动(ROM)，假体部件不会终止在那种会招来脱位危险的相互定位上，使得假体杆和杯状件组件的最佳相互关系造成脱臼危险减少。
本发明人以前已证明(未刊出)最合适的ROM是将两个假体构件以如下方式装配，使得它们相对于身体前平面以大约15度的向前倾斜，而杯状件与水平平面形成45度的角度。以医学的术语来说，向前成一角度称作前倾。
本发明人以前已证明(未刊出)虽然最佳状态要求每个构件都以15度向前倾斜，如果两个构件向前倾斜的角度之和为30度也可得到近乎同样良好的效果。这样在其中假体杯状件以5度向前倾斜、假体杆以25度向前倾斜的假体关节内，患者可以得到与两个构件都以15度向前倾斜时近乎同样合适的ROM，在这两种情况下向前倾斜的角度之和都是30度。
在以前的应用中，本发明人已经描述了用于确保假体部件的所述正确定位的方法和装置。但是，希望的是不管所使用的方法能够在假体部件的位置上进行质量检测，从而可以单独告诫患者怎样的运动是危险的。
这通过引言描述类型的方法和装置实现，其特征分别从权利要求1和2中得以明白，另外的特征从余下的从属权利要求在得以明白。
【附图说明】
下面，本发明将参考附图进行详细描述，附图中：
图1表示带有已知假体位置标记的可能结构的凹窝部件(杯状件)；
图2表示带有相对于假体的几何形状的已知位置标记结构的股骨部件(假体杆)；
图3表示采用X射线照射时将患者的脚固定在标准和可重复实现的位置上的可选择例；
图4表示操作之后的X射线图的实例；以及
图5表示操作之后确定假体位置的程序显示。
【具体实施方式】
为了在X射线图上看到股骨假体的位置，或图像处理系统能够确定股骨假体的位置，标记需要位于不同的假体部件上或与假体部件呈已知的关系。
图1和2表示分别布置在凹窝部件(杯状件)和股骨部件(假体杆)上的标记的实例。图1表示布置在假体(杯状件)1的外侧上的一定长度和形状的金属(丝)元件2、4、3。在所示实例中，丝元件是细长丝，它在杯状件外部周边一部分上布置成钩子2，在垂直于周边的方向上延伸的部分4内连续，并且在杯状件的下部分处在整个周边3上延伸。通常由塑料制成的杯状件在X射线下不可见，尽管金属丝连接在杯状件上并且在某些连接点处由塑料覆盖，金属丝可完全出现在X射线照射下。
图4表示带有插入的假体的髋关节的X射线图，其表示杯状件的标记2、3、4。根据杯状件的位置，周边部分3限定从一条线变成圆的椭圆。同样，部分2的长度将按照杯状件1的位置改变。
利用标记的这个实例进行本发明的描述；但是可以采用其他形式的标记，例如GB 2 123 360中描述的那些。
另一个可能性是在杯状件中钻孔，其中在假体塑料部分已知的部分设置小的X射线不能透过的标记。
另外，可以设置金属元件，该元件离开假体一定距离并倾斜地敲入或钻入骨盆骨中。这可以通过例如一对钳于的工具实现，该钳子在杯状件已经定位并固定在骨盆上的关节凹窝之后抓住杯状件的周围。该工具的形状只适于在一个位置装配杯状件。该工具设置有一个或多个引导通道，嵌置有标记的标记部件通过该通道旋入或敲入骨盆骨中。使用一个或多个连接在骨盆骨上的标记使得可以使用标准假体杯状件，而不需要改型以用于能够确定骨盆上关节凹窝内的假体杯状件的角度的图像处理程序。根据假体杯状件如何定位在骨盆的关节凹窝内，杯状件上的标记形状和布置在骨盆内标记的空间位置将在X射线下变化。
图2表示用于股骨部件(假体杆)的标记的实例，该实例用于本发明的进一步描述中。这里，由钽制成的球8、8’对角线地布置在旋入假体杆7的塑料套筒5内。根据假体缩颈部所指方向，这些球8、8’之间的距离在X射线下变化，即假体缩颈部相对于患者的侧平面前或后指向(前倾或后倾)。
测量标记当其旋入假体的现有或新制孔时可固定在假体部件上。
测量标记还可以成形为短金属或塑料短管(1～2mm)，通过沿假体缩颈部向下引导短管来固定在假体部件上，或采用一组螺钉或通过弹簧加载固定在假体缩颈部上。短管在相对于假体几何形状的一定位置上设置有X射线不能透过的标记。
测量标记通过从下方旋在假体杆上来进行安装并通过摩擦或螺钉固定。它们还可布置在从下方旋入假体缩颈部上的薄塑料或甲基丙烯酸甲酯管内。
还可以在实际的股骨上设置金属元件，该元件离开假体一定距离并相对于假体倾斜地敲入或钻入股骨中。这是以使用安装在股骨假体(例如假体缩颈部)上的临时工具并具有贴靠假体其他区域的支承点以便在假体上以独特的方式定位该工具为前提条件。该工具设置两个或多个引导通道，敲入股骨的标记通过该通道。作为选择，它可以保持嵌置有该部件的(塑料)块体，同时该块体旋入骨中。
必须在标准条件下进行X射线照射。通过将患者放置在可重复实现的位置上并将脚固定在放置在X射线台上的特殊的鞋中来实现，如图3所示。作为选择，患者可平躺，并且他的腿从X射线台的边缘垂下。这是通常使用的方法，这是由于重量将使得角度正确。患者将其骨盆放置在水平位置上，该位置通过静置在髂嵴(脊柱髂骨)上的水平仪校准。
如上所述，图4表示带有插入假体的髋关节的X射线图，其中除了杯状件标记之外，还出现标记8、8’，并且标记之间的距离给出假体缩颈部位置的图像。由于标记8、8’(例如球)已经对角线地放置在塑料套筒(塑料块体)5内，X射线图中球8、8’之间距离增加意味着减小前倾或可能后倾，而球8、8’之间距离减小意味着增加后倾，即短距离意味着假体缩颈部前倾，大距离意味着假体缩颈部后倾。
根据通过标记的X射线扫描，因此外科医生能够通过手工测量该距离和角度来确定假体的位置。但是，这种手工测量具有许多潜在的缺陷并且测量有很大的不确定性。因此希望自动或半自动测量X射线图。这可以通过在X射线图上叠置辅助线10、11、12(例如，图5所示)的计算机程序来提供，辅助线通过计算机测量设备的操作者手动引导在各自标记上，或通过自动识别标记的象素值并将其叠置在标记上。当辅助线布置在各自标记上时，图像处理单元内的计算单元根据三角法原理计算角度.该计算还可通过模型实际测量所发现的速查表来进行。因此外科医生将获得个人的可复制和单独的数据，并对操作的质量做出陈述，同时使得外科医生建议患者进行怎样的运动而没有脱臼(使得假体脱位)的危险。
图像处理单元可连接到X射线室，使得X射线图可作为图形文件直接传送到图像处理单元或存储在图像处理单元访问的存储器中，以便使得主要负责的外科医生在图像处理单元中得到X射线图。
图像处理程序可例如如下使用：
X射线图存储在程序中以便计算图5的假体杆和假体杯状件的方向。在检索时，程序将讯问对于哪个髋部进行计算：左或右。如果X射线图标有侧部指示，程序还可自动执行，并且该程序根据象素识别功能自动选择正确的计算程序。另外，对于相关的假体类型(杯状件和假体杆)分别选择用于所述辅助线的模板。根据患者进行X射线辐射的信息，它们可以自动得到并叠置在X射线图上。
图5表示X射线图，其中叠置的辅助线进行调整并正确定位在X射线图上。该定位可通过操作键盘和鼠标手动完成，方法是例如当鼠标箭头位于圆13之上时，通过15下压和保持各自鼠标键，并拖动圆13在假体头的中心之上，或者通过操作者将鼠标箭头定位在假体头中心处并敲击左侧鼠标键，并将鼠标头定位在假体圆头的外边缘上，并敲击后侧鼠标键，由此圆13的直径减小或增大，从而进行修正X射线底片上的放大程度。为了获得与假体头外边缘的重合，需要重复对中圆13的过程。
接着使得辅助圆(椭圆)10与标记3重合(与插入假体的X射线图的图4相比)。这可以通过操作者调整显示器上用于显示杯状件倾斜(椭圆相对于水平面10倾斜)和前倾/后倾(椭圆开放的程度)的角度来实现。通过调整杯状件的顶端(前后)，将辅助线11与标记部分4和2重合。通过调整杆内翻、杆延伸和杆前倾(后倾)的角度，使得辅助线12大致垂直于标记8和8’。通过正确调整辅助线，辅助线12与平行于通过股骨部件12上的标记的大致水平面的线相交。随着辅助线的设定，操作者可读取假体的空间方向。
但是如上所述，本发明可通过程序自动进行，通过程序的图像处理部分发现辅助线的坐标并将其正确定位，由此自动提供操作者和外科医生所需的角度和信息，以便进行正确的诊断，从而建议患者如何运动，以避免脱臼。但是自动解决方法需要通过操作者确认程序结果，从而确保质量。