[發明專利]一種用于人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性的測量系統

有效

• 申請號: 201710431731.5
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN109009176B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 余家闊;張堅;齊巖松;胡磊
• 申請（專利權）人: 北京大學第三醫院;北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/22
• 分類號: A61B5/22
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明涉及醫學領域，涉及一種用于人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性的測量系統，包括定位機器人、力傳感器、數據采集卡、視覺跟蹤平臺、計算機、脛骨固定部分和股骨固定部分等硬件以及存儲于計算機內的力信息采集模塊、定位機器人運動模塊和視覺跟蹤模塊等軟件。力信息采集模塊通過實時獲取膝關節的力信息，實現精確的力控制。定位機器人運動模塊通過以太網通信使計算機和定位機器人建立聯系，輔助醫生完成運動控制并獲取膝關節處精確的位置信息。視覺跟蹤模塊實時采集脛骨和股骨上Marker的位姿信息，通過比較膝關節運動前后的位姿變化，獲取膝關節處的移動量和轉動量。輔助醫生完成精確的力控制、運動控制，并獲取膝關節處的位置和姿態信息，降低實驗操作的難度，提高實驗結果的準確性。

技術領域

本發明涉及一種用于輔助測量人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性的固定裝置，而且涉及一種采用力傳感器技術、計算機視覺技術和機器人技術的人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性測量方法。

背景技術

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)和后交叉韌帶(posteriorcruciate ligament，PCL)是維持正常膝關節穩定的重要結構，其斷裂是運動醫學中常見的損傷，會導致關節不穩，誘發半月板、關節軟骨等關節內結構損傷，嚴重影響關節功能。交叉韌帶斷裂后因血供差，自身修復能力有限，一般需行韌帶重建手術，而關節鏡下微創重建交叉韌帶是目前世界公認的恢復膝關節穩定性的手術技術。

綜合文獻報告可知，交叉韌帶重建手術方式的選擇，和以下幾點相關：①診斷的不同，伴隨其他損傷的類型，比如內外側副韌帶、半月板、后外側結構等等；②移植物的選擇，同種異體或自體移植物，自體移植物的取材不同；③骨道的位置；④臨床效果的評價水平，需要恢復的水平等等，都是需要驗證的方面。

從生物力學角度進行分析研究，前交叉韌帶可防止脛骨相對于股骨的過度前移，后交叉韌帶則防止脛骨沿股骨過度后移。當前膝關節韌帶損傷的關節鏡下重建手術方式具有選擇多樣性，很大一部分靠主刀醫生的偏好決定，沒有一致性，不同術式間的生物力學特點之前并沒有人做過詳細的比較研究，究竟哪種更占優，缺乏科學依據。有必要針對不同術式的結果進行生物力學研究，為術者的術式選擇提供強有力的依據，為患者提供更好的交叉韌帶重建效果。

手術技術在尸體上的驗證是臨床驗證前必不可少的一環，本發明涉及一種用于人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性的測量系統，可在任意屈膝角度堅強固定尸體膝關節的脛骨端和股骨端，結合傳感器技術、計算機視覺技術和機器人技術，對不同術式的人體尸體膝關節交叉韌帶重建的結果進行生物力學特性的測試和評估比較。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性的測量系統，采用力傳感器技術、計算機視覺技術和機器人技術來測量人體尸體膝關節交叉韌帶生物力學特性。計算機與力傳感器連接，通過數據采集卡實時采集力傳感器的力信息，實現精確的力控制。計算機與定位機器人建立通信，計算機可以實時獲取定位機器人的位姿，輔助醫生完成運動控制并獲取膝關節處精確的位置信息。視覺跟蹤模塊實時采集脛骨和股骨上Marker的位姿信息，通過比較膝關節運動前后的位姿變化，獲取膝關節處的移動量和轉動量。輔助醫生完成精確的力控制、運動控制，并獲取膝關節處的位置和姿態信息，降低實驗操作的難度，提高實驗結果的準確性。