一种基于视频捕获技术的力线监测方法、装置及系统与流程

本申请涉及医疗设备，具体涉及一种基于视频捕获技术的力线监测方法、装置及系统。

背景技术：

1、下肢冠状面力线异常包括膝关节内翻和外翻畸形，其分别会导致下肢机械轴向膝关节内侧或外侧偏移，使得内侧或外侧胫股关节间室承受更大负荷，软骨退变、磨损加重，从而加速膝骨关节炎进程。膝关节周围截骨矫形术是有效治疗膝骨关节炎的技术之一，通过胫骨近端、股骨远端截骨，把力线从发生炎症和磨损的膝关节一侧间室，转移到相对正常的另一侧间室，从而达到缓解关节炎症状并延长膝关节的寿命的目的。截骨后必须一次性精准恢复正常下肢力线，术中操作时为了确定截骨线撑开或闭合的程度，必须使用c臂透视确定髋、膝和踝关节中心，确定力线与膝关节中心的关系。膝关节周围截骨矫形术中多次应用c臂透视，不仅引起病人和医务人员x线暴露，还会延长手术时间及增加术野污染的风险。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本申请提供了一种基于视频捕获技术的力线监测方法、装置及系统。

2、根据本申请一个或多个实施例的第一方面，提供一种基于视频捕获技术的力线监测方法，包括：

3、将光学标记球粘贴于患者下肢皮肤；

4、将3个定位球排列设置于患者下肢周围组成目标三角形；

5、捕捉患者下肢全长视频图像；

6、根据所述视频图像识别得到所述3个定位球、光学标记球的第一坐标；

7、根据所述定位球的目标三角形的基本关系与所述定位球的第一坐标构成的三角形的基本关系的偏差，对定位球、光学标记球的第一坐标进行修正计算得到定位球、光学标记球的第二坐标；

8、其中，所述光学标记球包括第一光学标记球、第二光学标记球，将第一光学标记球、第二光学标记球粘贴于患者下肢皮肤使之分别位于股骨头中心、踝关节中心位置的正面下肢皮肤，所述下肢力线为股骨头和踝关节中心间的连线，将所述第一光学标记球、第二光学标记球的第二坐标连线以实现下肢力线监测。

9、优选的，所述光学标记球包括第三光学标记球、第四光学标记球，将所述第三光学标记球、第四光学标记球粘贴于患者下肢皮肤使之分别位于膝关节股骨髁内侧、膝关节股骨髁外侧位置的正面下肢皮肤，所述膝关节中心为膝关节股骨髁内、外侧间的连线即第三光学标记球和第四光学标记球间的第二坐标的连线的中点c。

10、优选的，测量股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角，所述股骨机械轴为第一光学标记球的第二坐标和所述膝关节中心的连线，所述胫骨机械轴夹角为第二光学标记球的第二坐标和所述膝关节中心的连线。

11、优选的，将所述股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角、下肢力线与膝关节中心点的偏移比率通过显示器实时显示，并进行监测记录。

12、优选的，在所述股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角、下肢力线与膝关节中心点的偏移比率存在偏离规范标准的情况下提示力线调整方向以实现术中导航。

13、优选的，在c臂透视下将光学标记球粘贴于患者下肢皮肤使之分别与股骨头中心、踝关节中心、膝关节股骨髁内侧、膝关节股骨髁外侧在前后投影位置上重合。

14、优选的，所述视频图像通过摄像头获取，所述摄像头垂直于患者冠状面用于实时捕捉患者下肢全长视频图像。

15、优选的，所述摄像头间隔30ms捕捉一次患者下肢全长视频图像。

16、优选的，将所述视频图像通过图像预处理技术去除噪声、校正光线影响。

17、优选的，根据所述视频图像通过人工智能视觉识别算法查找个定位球、光学标记球的像素并计算中心点得到所述3个定位球、光学标记球的第一坐标。

18、优选的，根据下述公式对定位球、光学标记球的第一坐标进行修正：

19、x2＝a+c*x1

20、y2＝b+d*y1

21、其中a、b为平移参数，c、d为缩放因子，x1、y1为第一坐标，x2、y2为第二坐标。

22、根据本申请一个或多个实施例的第二方面，提供一种基于视频捕获技术的力线监测装置，所述装置用于实现如第一方面中所述的力线监测方法，所述装置包括：

23、摄像头，所述摄像头垂直于患者冠状面用于实时捕捉患者下肢全长视频图像；

24、光学标记球，所述光学标记球粘贴于患者下肢皮肤；

25、定位球，所述定位球排列设置于患者下肢周围组成目标三角形；

26、人工智能处理显示平台，所述人工智能处理显示平台包括计算单元、显示单元，通过所述计算单元获取摄像头发送的视频图像，并根据所述视频图像识别得到所述3个定位球、光学标记球的第一坐标；根据所述定位球的目标三角形的基本关系与所述定位球的第一坐标构成的三角形的基本关系的偏差，对定位球、光学标记球的第一坐标进行修正计算得到定位球、光学标记球的第二坐标。

27、根据本申请一个或多个实施例的第三方面，提供一种基于视频捕获技术的力线监测系统，包括处理器，可选的还包括存储器；其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于从存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有芯片系统的基于视频捕获技术的力线监测装置执行上述第一方面的任意可能的实现方式中的任一方法。

28、本申请通过应用视频捕获技术实时精准确定下肢力线与膝关节中心的关系，自动计算股骨机械轴与胫骨机械轴夹角，并对膝关节周围截骨矫形术进行实时导航；既减少了传统方法反复应用c臂带来的x线暴露危害，又具有比传统经肉眼观察机械定位的方式更高的手术精确度。

技术特征：

1.一种基于视频捕获技术的力线监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，所述光学标记球(1)包括第三光学标记球(13)、第四光学标记球(14)，将所述第三光学标记球(13)、第四光学标记球(14)粘贴于患者下肢皮肤使之分别位于膝关节股骨髁内侧、膝关节股骨髁外侧位置的正面下肢皮肤，膝关节中心为膝关节股骨髁内、外侧间的连线即第三光学标记球(13)和第四光学标记球(14)间的第二坐标的连线的中点c。

3.根据权利要求2所述的力线监测方法，其特征在于，测量股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角，所述股骨机械轴为第一光学标记球(11)的第二坐标和所述膝关节中心的连线，所述胫骨机械轴为第二光学标记球(11)的第二坐标和所述膝关节中心的连线。

4.根据权利要求3所述的力线监测方法，其特征在于，将所述股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角、下肢力线与膝关节中心点的偏移比率通过显示器实时显示，并进行监测记录。

5.根据权利要求3所述的力线监测方法，其特征在于，在所述股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角、下肢力线与膝关节中心点的偏移比率存在偏离规范标准的情况下提示力线调整方向以实现术中导航。

6.根据权利要求1或2所述的力线监测方法，其特征在于，在c臂透视下将光学标记球(1)粘贴于患者下肢皮肤使之分别与股骨头中心、踝关节中心、膝关节股骨髁内侧、膝关节股骨髁外侧在前后投影位置上重合。

7.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，所述视频图像(a)通过摄像头(3)获取，所述摄像头(3)垂直于患者冠状面用于实时捕捉患者下肢全长视频图像(a)。

8.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，摄像头间隔30ms捕捉一次患者下肢全长视频图像(a)。

9.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，将所述视频图像(a)通过图像预处理技术去除噪声、校正光线影响。

10.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，根据所述视频图像(a)通过人工智能视觉识别算法查找3个定位球(2)、光学标记球(1)的像素并计算中心点得到所述3个定位球(2)、光学标记球(1)的第一坐标。

11.根据权利要求1所述的力线监测方法，其特征在于，根据下述公式对定位球(2)、光学标记球(1)的第一坐标进行修正：

12.一种基于视频捕获技术的力线监测装置，所述装置用于实现如权利要求1-11中任一项所述的力线监测方法，其特征在于，所述装置包括：

13.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、收发器、存储器和接口电路；所述一个或多个处理器、所述收发器、所述存储器和所述接口电路通过一个或多个通信总线通信；所述接口电路用于与其它装置通信，一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并被配置为被所述一个或多个处理器或所述收发器执行以使得所述电子设备执行如权利要求1-11中任一项所述的方法。

技术总结本申请涉及医疗设备技术领域，具体为一种基于视频捕获技术的力线监测方法，包括：将光学标记球粘贴于患者下肢皮肤；将3个定位球排列设置于患者下肢周围组成目标三角形；捕捉患者下肢全长视频图像；根据视频图像识别得到3个定位球、光学标记球的第一坐标；根据定位球的目标三角形的基本关系与定位球的第一坐标构成的三角形的基本关系的偏差，对定位球、光学标记球的第一坐标进行修正计算得到定位球、光学标记球的第二坐标；其中，光学标记球包括第一光学标记球、第二光学标记球，将第一光学标记球、第二光学标记球粘贴于患者下肢皮肤使之分别位于股骨头中心、踝关节中心位置的正面下肢皮肤，下肢力线为股骨头和踝关节中心间的连线。技术研发人员：方超华,陈疾忤,郑诚功受保护的技术使用者：上海市第一人民医院技术研发日：技术公布日：2024/11/18