[發明專利]基于六自由度并聯機構的長骨虛擬與現實復位配準方法

有效

• 申請號: 201010162891.2
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN101847182A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 唐佩福;胡磊
• 申請（專利權）人: 唐佩福;胡磊
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;A61B17/58
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種適用于外科手術中長骨的復位方法，更特別地說，是指一種基于六自由度并聯機構的長骨虛擬與現實復位配準方法，屬于微創外科手術技術領域。

背景技術

在長骨的復位外科手術過程中，傳統的穩定內固定通常要經歷一個大范圍的手術，這個過程會不同程度的破壞骨折處周圍的軟組織，手術創傷還會加重損傷早期組織的壞死，術中的骨膜剝離或者擴髓都會破壞局部的血液循環，結果會增加骨折部位發生延遲愈合、骨不連、感染甚至發生再次骨折的風險。

對于骨干骨折，即使按AO(AO，德文arbeitsgemeindschaft?furosteosynthesefragen的縮寫，英語國家稱為ASIF，The?Association?for?the?Studyof?Internal?Fixation)原則進行了“堅強固定”，但實際上卻難以達到目的，某些情況下肢體不僅無法早期使用，甚至連早期功能鍛煉都需要極其慎重。若骨折未獲得解剖復位時，骨折塊間的加壓有巨大的風險，因為應力集中于接觸點(而不是由寬大的斷面分擔)，極易引起醫源性骨折。另外臨床上連續加壓鋼板固定的骨干骨折，愈合后去除鋼板，容易頻繁發生再次骨折。

1999年，Palmer提出的“骨折的治療必須著重于尋求骨折穩固和軟組織完整之間的平衡，特別是對于嚴重粉碎的骨干骨折過分追求骨折解剖學的重建，其結果往往是既不能獲得足以傳導載荷的固定，又使原已損傷的組織血運遭受進一步的破壞”這一觀點便概括了BO(biological?osteosynthesis)的骨折治療原則，對于骨折而言，無論是手術治療還是非手術治療，其最終的目標就是實現功能的重建。臨床上便應用過許多體現BO理念的治療技術，例如閉合復位時，石膏、夾板和外固定支架等各種形式的外固定，可以對骨折進行彈性固定，而保護骨折局部結構。但是由于當時技術所限，骨折無法進行解剖復位，而出現很多畸形愈合和創傷后關節炎等并發癥。近些年來，隨著各種影像技術的發展，微創技術得到了廣泛的應用，即使在閉合的情況下，也能夠進行非常精確的復位，保護了局部軟組織不被破壞，促進骨折愈合。

六自由度并聯機構是目前外科手術中對骨折長骨進行“捆綁”定位的機械結構件之一，用于實現對骨折長骨進行BO理念的治療技術，參見圖1所示，將六自由度并聯機構安裝在骨折長骨處(也稱患側長骨)，通過CT掃描設備同時對患側長骨和健側長骨(未骨折的長骨)進行掃描，從而獲得CT掃描圖像存儲在PC機(安裝微創外科手術醫療處理軟件的計算機)中；然后通過PC機中的軟件分析得到患側長骨的復位方式，從而指導骨科醫生進行手術。

發明內容

為了解決長骨在解剖復位過程中，出現畸形愈合和創傷后關節炎等并發癥，本發明提出一種基于六自由度并聯機構的長骨虛擬與現實復位配準方法，該方法利用CT采集的圖像數據進行微創外科手術醫療處理軟件中的圖像重構、標記點拾取、路徑規劃，然后依據重構得到的虛擬圖像進行復位配準，從而得到用于調節六自由度并聯機構中每一支鏈的長度運動量。

本發明的一種基于六自由度并聯機構的長骨虛擬與現實復位配準方法，該長骨虛擬與現實復位配準方法利用PC機的運算能力，以及存儲在PC機中的微創外科手術醫療處理軟件來實現；該微創外科手術醫療處理軟件包括有三維重構單元、標記拾取單元、健側鏡像單元和路徑規劃單元；

三維重構單元用于將CT掃描設備獲得的CT掃描圖像進行三維重構得到重構后圖像，所述重構后圖像中包括有健側三維圖像、共融患側遠端三維圖像和共融患側近端三維圖像；

標記拾取單元用于對共融患側遠端三維圖像和共融患側近端三維圖像分別進行標記點拾取，從而獲得近端標記點圖像和遠端標記點圖像；

健側鏡像單元用于對健側三維圖像進行YZ平面鏡像，獲得患側復位標準圖像；

路徑規劃單元依據接收的患側復位標準圖像，并采用平面交互顯示軟件對近端標記點圖像和遠端標記點圖像進行路徑復位處理，獲得每一支鏈長度調節信息，該支鏈長度調節信息作為每一支鏈的電機驅動的進程。