[發(fā)明專利]全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410007929.7
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103735303A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳虹;蘇少杰;高繼揚;王志華
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: A61B17/56
• 分類號: A61B17/56
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

1.全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：

人工股骨頭試模，安裝于人工髖臼內(nèi)，其中人工髖臼的內(nèi)表面設(shè)置有多個各不相同的二維碼標識；

數(shù)據(jù)采集模塊，設(shè)置于人工股骨頭試模中，包括用于獲取自身位置與姿態(tài)的運動傳感器以及用于采集所述二維碼標識的圖像傳感器；

數(shù)據(jù)合并與處理模塊，設(shè)置于人工股骨頭試模中，用于將所述運動傳感器采集的運動數(shù)據(jù)偽裝成一行圖像數(shù)據(jù)，并替換掉圖像傳感器所采集的一幀圖像中的首行數(shù)據(jù)，使所有數(shù)據(jù)最終統(tǒng)一按圖像數(shù)據(jù)格式存儲在等待發(fā)送的緩沖區(qū)內(nèi)，緩沖區(qū)以一幀數(shù)據(jù)為存儲/發(fā)送單位，存儲完一幀圖像后開始發(fā)送，發(fā)送完一幀圖像后再次存儲新的一幀圖像；

數(shù)據(jù)傳輸模塊，設(shè)置于人工股骨頭試模中，用于將所述緩沖區(qū)中的一幀數(shù)據(jù)發(fā)送至體外處理器；

體外處理器，接收所述數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，提取圖像數(shù)據(jù)和運動數(shù)據(jù)，獲得人工髖臼在人體內(nèi)的安裝角度和人工股骨頭試模在髖臼內(nèi)的位置與姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述人工髖臼為金屬制造，在其內(nèi)表面鍍有二維碼圖案陣列，當圖像傳感器拍到一幀圖像并發(fā)送至體外，體外處理器將分辨出圖像中的二維碼圖案個數(shù)、種類，從而判斷出此時人工股骨頭試模與人工髖臼的相對位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述人工股骨頭試模包括一個底座和一個透明的半球罩，半球罩位于人工髖臼內(nèi)，所述運動傳感器、圖像傳感器、數(shù)據(jù)合并與處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)置于底座和半球罩之間，圖像傳感器的圖像采集部分采用朝向人工髖臼的微距廣角鏡頭。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述運動傳感器包括三軸加速度計、三軸磁力計和三軸陀螺儀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)合并與處理模塊由一個FPGA或MCU實現(xiàn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用wifi或者USB或者以太網(wǎng)線方式將數(shù)據(jù)外送。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述體外處理器包括：

用于將來自數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)拆解為圖像數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)、地磁數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提取模塊；

用于根據(jù)數(shù)據(jù)提取模塊的提取數(shù)據(jù)進行人工股骨頭試模和人工髖臼的靜態(tài)與動態(tài)的位置與姿態(tài)測算的位置與姿態(tài)測算模塊；

用于融合根據(jù)圖像傳感器數(shù)據(jù)測算出的位置與姿態(tài)同根據(jù)運動傳感器數(shù)據(jù)測算出的位置與姿態(tài)之間數(shù)據(jù)冗余的數(shù)據(jù)融合模塊；

以及用于根據(jù)數(shù)據(jù)融合模塊的輸出數(shù)據(jù)，利用3D引擎渲染出人工髖臼在人體內(nèi)的安裝角度和人工股骨頭試模在髖臼內(nèi)運動過程的3D顯示模塊。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述體外處理器為計算機或平板電腦。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置與姿態(tài)測算模塊中，對靜態(tài)位置與姿態(tài)進行測算時，保持人工髖關(guān)節(jié)靜止不動，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的二維碼圖案個數(shù)和圖案種類，測算得到拍攝此幀圖像時人工股骨頭試模與人工髖臼的相對位置；根據(jù)三軸加速度數(shù)據(jù)、地磁數(shù)據(jù)和重力加速度、地磁方向的夾角，測算出人工股骨頭試模相對于大地的絕對姿態(tài)；再通過將相對位置與絕對姿態(tài)結(jié)合，最終可測算出人工股骨頭試模和人工髖臼靜態(tài)的、相對或絕對的位置與姿態(tài)。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖關(guān)節(jié)內(nèi)部實時可視輔助定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置與姿態(tài)測算模塊中，對動態(tài)位置與姿態(tài)進行測算時，圖像傳感器通過連續(xù)拍攝的圖像數(shù)據(jù)測算出連續(xù)運動的位置與姿態(tài)，運動傳感器通過在靜態(tài)位置與姿態(tài)上疊加位移、轉(zhuǎn)動得到動態(tài)的位置與姿態(tài)，位移通過三軸加速度積分得到，轉(zhuǎn)動通過三軸角速度積分得到。