[實用新型]一種用于確定人體下肢軸線的測量標定架

無效

• 申請號: 200820122682.3
• 申請日: 2008-09-26
• 公開（公告）號: CN201263679Y
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 王廣志;丁輝;朱忠林
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種用于確定人體下肢解剖軸線的輔助測量裝置，即人體下肢軸線測量標定架，可供醫院、研究單位的研究人員對人體下肢進行三維運動研究中作精確的骨骼軸線測量并定義與計算其與人體標準解剖面間的關系，本實用新型屬于人體運動研究和人體膝關節置換手術領域。

背景技術

在人體運動康復研究、人體運動生物力學和膝關節置換術中，都需要精確測量人體下肢的三維運動，但由于人體骨骼形狀的非規則性，以及個體之間的形狀差異，要準確地確定骨骼的軸線一直是一個困難的問題。目前，在上述人體運動康復研究、人體運動生物力學和膝關節置換術研究中，普遍采用光學和電磁運動跟蹤技術，對肢體各節段的三維運動進行跟蹤和分析，例如，在膝關節置換術研究中，通過對關節置換前后下肢三維運動模式的比較和力學分析，可以對手術方案進行評估，并改進關節的設計和手術中裝配的方式，提高手術的效果。在人體運動康復和運動生物力學中，更是以運動三維跟蹤為基礎，比較各種因素對人體運動功能的影響，并對其力學機制進行研究。

由于人體肢體的運動都是圍繞位于人體內部的關節進行轉動的，為有效地比較三維運動，通常將肢體的運動投影到人體標準解剖平面中進行描述，即通過比較肢體長骨在人體矢狀面、冠狀面中的運動，以及肢體長骨圍繞自身長軸的旋轉，分析和比較三維運動的差異。但是，上述所說的肢體長骨自身長軸、以及人體的矢狀面、冠狀面都難以直接精確定義和測量。同時，在所有的運動跟蹤測量中，都需要把被跟蹤的傳感器附著在肢體上，以通過運動捕捉系統獲取肢體的三維運動，但在每次安裝傳感器時，其相對肢體骨骼的三維空間位置都難以得到保證。因此需要一個可重復測量的運動定位基準，將不同人的個體數據、以及對同一個人在不同情況下測量(如術前與術后)得到的三維運動數據統一在一個坐標系中進行比較，這樣才能得到有意義的結論。目前在實踐中通常采用目測和估算的方法，使得對不同個體的測量難于進行比較，對同一個體進行多次測量的重復性也很差。因此，為提高研究的精確程度，更好地進行測量和比較，迫切需要一種能夠輔助測量和定義肢體長骨解剖軸線以及它和人體標準解剖平面關系的輔助裝置。

在已往的研究中，已經有學者對下肢骨骼軸線的測量進行了研究。如：吳其常等研究了人體下肢軸線X線測量的方法，(吳其常等，中國成人下肢軸線X線測量，中國矯形外科雜志1999年1月第6卷第1期)，基于X線照片來測量人體下肢軸線；黃雪梅和王成燾研究了在全膝置換中股骨力線定位精度(黃雪梅，王成燾，計算機輔助全膝置換中股骨力線定位精度的實驗研究，生物醫學工程學雜志，2006；23(1)：82～84)，他們利用光學定位追蹤儀確定全膝置換中患者的股骨頭中心，從而確定其股骨力線，在力線的定位精度分析中，采用股骨的三維重建模型進行精度的校驗。在文獻“股骨設計基軸線—股骨軸線在人工髓關節CAD中的一種實用描述”(姚振強，王成燾，醫用生物力學，1996年第11卷第2期)中介紹了根據股骨CT片上各截面的內輪廓形心，在過CT軸的兩個相互垂直的投影面內的擬合直線，確定股骨設計基軸線的方法。上述方法都是基于影像測量的，無法直接對人體進行測量。

中國專利CN1452946A公開了一種“全自動股骨基軸線確定方法”，采用CT影像估算股骨軸線；中國專利CN1488321A公開了一種“機器人全膝關節置換術的股骨定位方法”，采用旋轉方法確定股骨頭中心，并用股骨上的髁間窩和內、外上髁最高點來建立股骨坐標系，實現了股骨的精確定位；中國專利CN1285322C公開了一種“機器人全膝關節置換術的脛骨定位方法”，通過確定踝關節旋轉軸線并根據內踝和外踝點來計算踝關節中心點，通過脛骨結節與脛骨粗隆這兩個生理標志，結合踝關節中心建立脛骨坐標系，并確定脛骨與攝像機坐標系之間的旋轉平移關系，實現了脛骨的精確定位。上述股骨和脛骨坐標系的建立方法比較準確，但各個關鍵點的測量是獨立進行的，無法同時觀察測量的情況，本實用新型公開的方法，可以借助輔助測量裝置很直觀地觀察所建立的股骨或脛骨坐標系，因此使用更加方便，精確程度也更高。

另外，中國專利2451065公開了一種“股骨頸穿針導航器”，通過機械裝置確定定向穿針的位置和參照物問題，能夠實現三維定位；中國專利2187048公開了一種“股骨頸骨折內固定多功能導向器”；中國專利2075069公開了一種“框架式股骨頸帶針定向器”，通過特定的導向，確定位置和角度。中國專利2354096公開了一種“股骨頸和粗隆間骨折穿釘定位器”，通過套體和緊定釘進行調整，實現了準確的空間方向的穿釘導引。