專利名稱：一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用導(dǎo)航設(shè)備，尤其是一種用于髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中髓腔銼切 削股骨腔的導(dǎo)航設(shè)備。
背景技術(shù)：
在人體髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中，需要采用髓腔銼切除股骨近端股骨頸基底部處部 分松質(zhì)骨以便于植入髖關(guān)節(jié)股骨柄假體。在采用定制型股骨柄假體的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中， 要求髖關(guān)節(jié)股骨柄假體與患者股骨腔盡可能地密貼匹配，因此，在加工出一個定制型股骨 柄假體的同時，會同時定制出一個相應(yīng)的髓腔銼，用于切削股骨近端松質(zhì)骨，這個髓腔銼匹 配區(qū)域略小于股骨柄假體相應(yīng)的匹配區(qū)域，這樣，可通過擠壓手術(shù)余下的松質(zhì)骨達到股骨 柄假體與患者髓腔的密貼。目前，在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中，手術(shù)醫(yī)生完全憑經(jīng)驗來確定髓 腔銼的切削導(dǎo)路。在一些髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，由于髓腔銼切削導(dǎo)路中心線與患者股骨腔中 心線的偏差，導(dǎo)致股骨柄假體無法植入到位，甚至導(dǎo)致患者股骨骨裂現(xiàn)象。當假體無法植入 到位時，通常需要對手術(shù)部位拍攝X光片來確定股骨柄假體卡死情況，這不僅大大增加了 手術(shù)時間，而且使患者再次遭受X光的輻射傷害。隨后取出卡住的股骨柄假體，再根據(jù)股骨 柄假體卡住情況，再銼掉患者股骨近端部分松質(zhì)骨以便于植入股骨柄假體，這會大大降低 股骨近端髓腔與髖關(guān)節(jié)股骨柄假體之間的匹配程度，同時增大股骨柄假體早期松動風(fēng)險， 不利于患者術(shù)后的康復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種協(xié)助手術(shù)醫(yī)生確定髓腔銼切削導(dǎo)路，確保定制型股骨 柄假體與患者髓腔的匹配程度，提高髖關(guān)節(jié)股骨柄假體植入的一次成功率的切削導(dǎo)航設(shè)備。一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備的技術(shù)方案是包括采集單元、中央 控制單元、顯示單元、按鈕鍵盤、定位板和探棒；該中央控制單元分別與用于采樣點位置信 息的采集單元、用于顯示導(dǎo)路的顯示單元和用于控制的按鈕鍵盤相連，該中央控制單元控 制采集單元采樣點位置信息并計算出切削導(dǎo)路；所述定位板上設(shè)有三個采樣點，采樣點構(gòu) 成直角三角形的三個頂點；探棒的后端中心線上設(shè)有兩個采樣點；髓腔銼打拔器導(dǎo)桿中心 線上設(shè)有兩個采樣點。本發(fā)明的采集單元由觸點、觸點座、桿臂、角度傳感器和基座組成，所述觸點為球 體，固定在觸點座上；觸點座與桿臂之間、桿臂之間以及桿臂與基座之間分別采用轉(zhuǎn)動副連 接，每個轉(zhuǎn)動副連接處設(shè)有角度傳感器。本發(fā)明的按鈕鍵盤上有9個按鈕，其中兩個按鈕分別用來發(fā)出刷新顯示單元3上 顯示的股骨腔中心線與髓腔銼切削導(dǎo)路中心線指令，另外七個按鍵分別用于存儲采樣點位
直fe息。本發(fā)明定位板上的三個采樣點、探棒上的兩個采樣點和髓腔銼打拔器導(dǎo)桿上的采樣點都為半球形凹槽，該凹槽直徑與觸點直徑相同。作為本發(fā)明的進一步改進采集單元采用激光、紅外線或超聲波設(shè)備為非接觸式 采集定位設(shè)備。本發(fā)明的有益效果通過采集單元與定位板上的凹槽確定空間的坐標系，通過探 棒上的凹槽確定患者股骨髓腔中心線，從而確定骨髓腔中心線與髓腔銼切削導(dǎo)路中心線相 對位置關(guān)系，并通過調(diào)整髓腔銼切削導(dǎo)路，使切削導(dǎo)路中心線盡可能與患者股骨髓腔中心 線相重合，提高股骨柄假體一次植入成功率。


圖1為髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備示意圖； 圖2為采集單元結(jié)構(gòu)示意圖3為定位板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為探棒結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為探棒上采樣點中心處截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為改進后髓腔銼打拔器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為改進后髓腔鉆結(jié)構(gòu)示意其中1-采集單元，2-中央控制單元，3-顯示單元，4-按鈕鍵盤，5-定位板，6-探棒， 7-觸點，8-觸點座，9-桿臂，10-角度傳感器，11-基座，12-后端；13-前端，14-擋板，15-導(dǎo) 桿，16-擊打器，17-外伸桿，18-電源開關(guān)，19-髓腔鉆外殼，20-鉆頭。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一歩說明
一種髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備的示意圖如圖1所示，主要包括采集單元1、 中央控制單元2、顯示單元3、按鈕鍵盤4 ；用于采樣點位置信息的采集單元1與中央控制單 元2相連，中央控制單元2與用于顯示導(dǎo)路的顯示單元3和用于控制的按鈕鍵盤4分別相 連，中央控制單元2控制采集單元1采樣點位置信息并計算出切削導(dǎo)路。采集單元1由機 械臂組成，如圖2所示，主要由觸點7、觸點座8、桿臂9、角度傳感器10以及基座11組成，其 中觸點7為球體，固定在觸點座8上。觸點座8與桿臂9之間，桿臂9之間以及桿臂9與基 座11之間采用轉(zhuǎn)動副連接，在每個轉(zhuǎn)動副連接處都設(shè)有角度傳感器10，用以測定各個傳動 副處相鄰構(gòu)件之間的夾角。導(dǎo)航設(shè)備還有作為附件的定位板5，如圖3所示，定位板5上有三個安裝孔504， 505和506，手術(shù)中用骨釘將定位板5固定在患者股骨大粗隆處，定位板5應(yīng)大致與患者股 骨中心線垂直。另外，定位板5上設(shè)有三個采樣點501、502和503，采樣點均為半球形凹槽， 其直徑等于觸點7的直徑。由這三個采樣點501、502和503可以構(gòu)建出局部坐標系，采樣 點501為坐標原點，采樣點502為局部坐標系X軸上的一點，采樣點503為局部坐標系Y軸 上的一點，Z軸方向根據(jù)右手定則確定。由于定位板5固定在患者股骨上，手術(shù)中即便患者 腿部位置發(fā)生了變動，患者股骨腔中心線在這個局部坐標系中的情況不會發(fā)生改變。導(dǎo)航設(shè)備還有作為附件的探棒6，如圖4所示，主要由后端12和前端13構(gòu)成，探棒 6的后端12和前端13采用螺紋聯(lián)接，后端12上有一凹槽，凹槽有兩個采樣點1201和1202，采樣點為半球形凹槽，凹槽直徑與觸點7的直徑相同，采樣點1201和1202中心處截面形狀 如圖5所示。在確定患者股骨腔中心線時，探棒6的前端13將被插入患者股骨腔，通過采 集采樣點1201和1202的位置信息，再由這兩點構(gòu)成一條直線，這條直線就為患者股骨腔中 心線。如圖6所示，髓腔銼打拔器安裝在髓腔銼后方，由擋板14、導(dǎo)桿15以及擊打器16 三部分組成，導(dǎo)桿15中設(shè)有兩個采樣點1501和1502，采樣點為半球形凹槽，采樣點1501和 1502中心處截面形狀與探棒6上采樣點1201和1202中心處截面形狀相同，凹槽直徑與觸 點7直徑也相同。通過采集采樣點1501和1502位置信息，再由這兩點構(gòu)成一條直線，這條 直線就為當前髓腔銼切削導(dǎo)路中心線。中央控制單元2接受來自采集單元1各轉(zhuǎn)動副處角度傳感器10傳來的角度信號， 處理這些角度信號，并根據(jù)觸點座8、桿臂9以及基座11各部分尺寸計算出觸點7中心相對 于基座11中心處的三維坐標值，根據(jù)操作指令判定當前觸點所處采樣點。在本實施例中一 共有七個采樣點定位板5上3個采樣點，探棒6中心線上2個采樣點以及髓腔銼打拔器導(dǎo) 桿中心線上2個采樣點。中央控制單元2根據(jù)操作指令要求將當前采樣點位置信息，也就 是當前采樣點相對于基座11中心處的三維坐標值存儲到相應(yīng)的點位置信息存儲空間。當 中央控制單元2接收到刷新股骨腔中心線指令時，中央控制單元2根據(jù)存儲的定位板5上 3個采樣點位置信息構(gòu)建一個局部坐標系，再根據(jù)存儲的探棒6中心線上2個采樣點位置 信息，在這一局部坐標系中構(gòu)建出一直線作為模擬的患者股骨中心線，并將模擬的患者股 骨腔中心線在局部坐標系的情況以及在局部坐標系三個坐標面上的投影信息發(fā)送給顯示 單元3。當中央控制單元2接收到刷新髓腔銼切削導(dǎo)路中心線指令時，同樣中央控制單元2 根據(jù)存儲的定位板上3個采樣點位置信息構(gòu)建一個局部坐標系，再根據(jù)存儲的髓腔銼打拔 器導(dǎo)桿15中心線上兩個采樣點1501和1502的位置信息在局部坐標系中構(gòu)建出一直線作 為模擬的髓腔銼切削導(dǎo)路中心線，并將模擬的髓腔銼切削導(dǎo)路中心線在局部坐標系的情況 以及局部坐標系三個坐標面上的投影信息發(fā)送給顯示單元3。顯示單元3接受中央控制單 元2傳來的患者股骨腔中心線以及髓腔銼切削導(dǎo)路中心線位置信息，將患者股骨腔中心線 以及髓腔銼切削導(dǎo)路中心線在局部坐標系及局部坐標三個坐標面上投影情況顯示出來，供 手術(shù)醫(yī)生參考，以協(xié)助手術(shù)醫(yī)生調(diào)整髓腔銼切削導(dǎo)路，使髓腔銼切削導(dǎo)路中心線與患者股 骨腔中心線盡可能重合，提高假體植入的一次成功率。按鈕鍵盤4上有9個按鈕，除兩個按 鈕分別用來發(fā)出刷新顯示單元3上顯示的股骨腔中心線與髓腔銼切削導(dǎo)路中心線指令外， 其余7個按鈕發(fā)出的信號傳給中央控制單元2，分別用來確定當前觸點7所處位置，這7個 按鈕分別對應(yīng)著定位板5上的三個采樣點501、502和503，探棒6中心線上的兩個采樣點 1201和1202，以及髓腔銼打拔器導(dǎo)桿15中心線上的兩個采樣點1501和1502，中央控制單 元2將把當前觸點中心坐標值存儲到相應(yīng)的采樣點坐標值存儲空間中。切削導(dǎo)航設(shè)備的工作過程與原理為在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中，當截骨完成，暴露 出患者股骨腔后，將定位板5固定在患者股骨大粗隆處，并將探棒6的前端13伸入患者股 骨腔內(nèi)，利用觸點7觸碰采集定位板5的三個采樣點501、502和503，以及探棒6的后端12 上的兩個采樣點1201和1202相對于基座11中心處的三維坐標值，由定位板5三個采樣點 501、502和503坐標值構(gòu)成一個局部坐標系，由采樣點1201和1202構(gòu)建出患者股骨腔中心 線，敲擊按鈕鍵盤4上股骨中心線刷新按鈕，在顯示單元3上顯示出患者股骨腔中心線在局部坐標系中以及在局部坐標系三個坐標面中投影情況。取出探棒6，在患者股骨腔中放入連 接著打拔器的髓腔銼，利用采集單元1上的觸點觸碰采集定位板5三個采樣點501、502和 503，以及打拔器導(dǎo)桿15上的兩個采樣點1501和1502相對于基座11中心處的三維坐標值 (如果患者腿部未移動，采樣點501、502和503位置信息可不采集)，同樣由定位板5三個采 樣點501、502和503坐標值構(gòu)成局部坐標系，由采樣點1501和1502構(gòu)建出髓腔銼切削導(dǎo) 路中心線，敲擊按鈕鍵盤4上髓腔銼切削導(dǎo)路中心線刷新按鈕，在顯示單元3上顯示出髓腔 銼切削導(dǎo)路中心線在局部坐標系中以及在局部坐標系三個坐標面中投影情況。手術(shù)醫(yī)生根 據(jù)顯示單元3上顯示出的股骨腔中心線及髓腔銼導(dǎo)路中心線在局部坐標系以及在局部坐 標系中投影情況進行判斷，如有必要，調(diào)整髓腔銼切削導(dǎo)路，重新采集打拔器導(dǎo)桿15上的2 上采樣點1501和1502相對于基座11中心處的三維坐標值(如果患者腿部位置發(fā)生移動， 還要采集采樣點501、502和503位置信息)，敲擊按鈕鍵盤4上髓腔銼切削導(dǎo)路中心線刷新 按鈕，在顯示單元3上更新顯示局部坐標系中的髓腔銼切削導(dǎo)路中心線以及在局部坐標系 三個坐標面中投影。直至顯示出的股骨腔中心線和髓腔銼導(dǎo)路中心線盡可能的重合，顯示 單元3上顯示出可以切削的提示為止，這時手術(shù)醫(yī)生就可以放心地用髓腔銼切削患者股骨 松質(zhì)骨層。作為實施例的進一步改進，采用在髓腔鉆后方的外伸桿17來替代探棒6來確定患 者股骨腔中心線，如圖7所示，外伸桿17固定在髓腔鉆殼體19上，為一半圓桿件，外伸桿 中心線與髓腔鉆中心線重合，外伸桿17中心處有兩個采樣點1701和1702，這兩個采樣點 為半球形凹槽，凹槽直徑等于上觸點7直徑。在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，當截骨完成后，將定位 板5固定在患者股骨大粗隆處，這時采用髓腔鉆對患者股骨腔進行擴髓，擴髓完成后，直接 采集外伸桿17中心處采樣點1701、1702以及定位板5上的三個采樣點位置信息，這時采樣 點1701和1702的連線即為患者股骨腔中心線，這樣就由采樣點1701和1702位置信息構(gòu) 建出患者股骨腔中心線，采樣點1701、1702以及定位板上的三個采樣點位置信息采集成以 后，退出髓腔鉆，后面的操作步驟與實施例相同。作為實施例的進一步改進，采集單元1可以采用激光、紅外線或超聲波等設(shè)備作 為非接觸式采集定位設(shè)備，通過非接觸方式獲取采樣點位置坐標信息；中央控制單元2主 要接受來自點位置信息采集單元1傳來的點位置信號，根據(jù)操作指令要求，處理接收到的 點位置坐標信息，分析出患者股骨髓腔中心線與當前髓腔銼切削導(dǎo)路中心線的相對位置關(guān) 系，并將分析出的患者股骨髓腔中心線與當前髓腔銼切削導(dǎo)路中心線的相對位置關(guān)系信息 發(fā)送給顯示設(shè)備3 ；顯示設(shè)備3根據(jù)中央控制單元2發(fā)送來的患者股骨髓腔中心線與當前 髓腔銼切削導(dǎo)路中心線的相對位置關(guān)系信息，采用視頻顯示或語音提示或文字提示的方 式，將患者股骨髓腔中心線與當前髓腔銼切削導(dǎo)路中心線相對位置關(guān)系體現(xiàn)出來，供手術(shù) 醫(yī)生參考。
權(quán)利要求
1.一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，包括采集單元(1)、中央控制單元 (2)、顯示單元(3)、按鈕鍵盤(4)、定位板(5)和探棒(6)；其特征在于所述中央控制單元 (2)分別與用于采樣點位置信息的采集單元(1)、用于顯示導(dǎo)路的顯示單元(3)和用于控制 的按鈕鍵盤(4)相連，該中央控制單元(2)控制采集單元(1)采樣點位置信息并計算出切削 導(dǎo)路；所述定位板(5)上設(shè)有三個采樣點(501、502、503)，采樣點構(gòu)成直角三角形的三個頂 點；所述探棒(6)的后端(12)中心線上設(shè)有兩個采樣點(1201、1202)；髓腔銼打拔器導(dǎo)桿 (15)中心線上設(shè)有兩個采樣點(1501、1502)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，其特征在于 所述采集單元(1)由觸點(7)、觸點座(8)、桿臂(9)、角度傳感器(10)和基座(11)組成，所 述觸點(7)為球體，固定在觸點座(8)上；觸點座(8)與桿臂(9)之間、桿臂(9)之間以及桿 臂(9)與基座(11)之間分別采用轉(zhuǎn)動副連接，每個轉(zhuǎn)動副連接處設(shè)有角度傳感器(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，其特征在于 按鈕鍵盤(4)上有9個按鈕，其中兩個按鈕分別用來發(fā)出刷新顯示單元3上顯示的股骨腔 中心線與髓腔銼切削導(dǎo)路中心線指令，另外七個按鍵分別用于存儲采樣點位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，其特征 在于所述定位板(5)上的三個采樣點(501、502、503)、探棒上的兩個采樣點(1201、1202) 和髓腔銼打拔器導(dǎo)桿(15)上的采樣點(1501、1502)都為半球形凹槽，該凹槽直徑與觸點 (7)直徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，其特征 在于所述采集單元(1)采用激光、紅外線或超聲波設(shè)備為非接觸式采集定位設(shè)備。
全文摘要
一種用于髓腔銼切削股骨腔手術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備，包括采集單元(1)、中央控制單元(2)、顯示單元(3)、按鈕鍵盤(4)、定位板(5)和探棒(6)；中央控制單元(2)分別與采集單元(3)、顯示單元(3)和按鈕鍵盤(4)相連，該中央控制單元(2)控制采集單元(1)采樣點位置信息并計算出切削導(dǎo)路；定位板(5)上設(shè)有三個采樣點(501、502、503),采樣點構(gòu)成直角三角形的三個頂點；探棒(6)的后端(12)中心線上設(shè)有兩個采樣點(1201、1202)；髓腔銼打拔器導(dǎo)桿(15)中心線上設(shè)有兩個采樣點(1501、1502)。該設(shè)備可以確定股骨髓腔中心線與髓腔銼切削導(dǎo)路中心線相對位置關(guān)系，提高股骨柄假體一次植入成功率。
文檔編號A61B19/00GK102085119SQ20111005419
公開日2011年6月8日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者張永康, 王杰, 馬如宇 申請人:江蘇大學(xué)