[發明專利]一種用于關節置換手術的定位打孔系統及方法

在審

• 申請號: 201810960986.5
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109077776A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 胡光亮;馬振華;徐邁
• 申請（專利權）人: 青島市市立醫院
• 主分類號: A61B17/16
• 分類號: A61B17/16;A61B17/17;A61B5/0205;A61B5/0476
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 張廷利

1.一種用于關節置換手術的定位打孔方法，其特征在于，所述用于關節置換手術的定位打孔方法包括：

通過圖像采集模塊利用醫學攝像設備采集患者關節目標圖像，所述目標圖像包括關節內病變缺損部位圖像和設置于關節內病變缺損部位附近的測量尺圖像；醫學攝像設備采集患者關節目標圖像中，

將關節內病變缺損部位圖像區域劃分為面積大小不等的網格；

在每個網格內根據節點的剩余能量選取網格內的簇首節點，其余節點根據就近原則選擇性的加入簇；

判斷簇內的成員節點收集到的數據是否符合格拉布斯準則，滿足，則認為節點是有效的，即簇首節點發送數據，否則，不發送數據；

簇首節點根據自適應聚合算法聚合來自有效的成員節點的數據和自身產生的數據；

簇首節點以多跳的形式向sink節點發送數據直到運行完給定的輪數；

運行完給定的輪數后，還需進行：重建關節內病變缺損部位衰減系數、重建關節內病變缺損部位散射系數、計算關節內病變缺損部位的吸收系數；

通過生理參數檢測模塊利用生理檢測設備檢測患者的血壓、心率、腦電波數據信息；檢測患者的血壓、心率、腦電波數據信息的數字調制信號x(t)的分數低階模糊函數表示為：

其中，τ為時延偏移，f為多普勒頻移，0<a,b<α/2，x^*(t)表示x(t)的共軛，當x(t)為實信號時，x(t)^<p>＝|x(t)|^<p>sgn(x(t))；當x(t)為復信號時，[x(t)]^<p>＝|x(t)|^p-1x^*(t)；

中央控制模塊通過中心點確定模塊利用圖像處理軟件確定關節的中心點；通過關節結構測量模塊利用圖像處理軟件對采集的圖像進行計算測量關節的結構；

通過顯示模塊利用顯示器顯示采集的圖像信息及生理參數信息。

2.如權利要求1所述的用于關節置換手術的定位打孔方法，其特征在于，

醫學攝像設備采集患者關節目標圖像的方法，具體包括：

步驟一，在面積為S＝L*L的關節內病變缺損部位圖像區域內，隨機分布N個同構的無線傳感器節點，sink節點位于關節內病變缺損部位圖像區域之外，節點處理整個無線傳感器網絡內收集到的數據；

步驟二，非均勻成簇

sink節點位于關節內病變缺損部位圖像區域的上方；首先關節內病變缺損部位圖像區域X軸劃分為S個圖像傳輸區通道，所有圖像傳輸區通道有相同的寬度w，并且每個圖像傳輸區通道的長度與關節內病變缺損部位圖像區域的長度相等；用從1到s作為圖像傳輸區通道的ID，最左端的圖像傳輸區通道的ID為1，然后每個圖像傳輸區通道沿著y軸劃分為多個矩形網格，每個圖像傳輸區通道中的每個網格都被定義一個水平，最下端的網格的水平為1，每個網格和每個圖像傳輸區通道有相同的寬度w；每個圖像傳輸區通道中網格的個數、長度與圖像傳輸區通道到sink的距離有關；通過設置網格的長度來調整網格的大小；針對不同的圖像傳輸區通道，距離sink越遠的圖像傳輸區通道含有的網格數目越小；針對同一圖像傳輸區通道，距離sink越遠的網格的長度越大；A中含有S個元素，第k個元素表示在第k個圖像傳輸區通道中網格的數目；每個網格用一個數組(i，j)作為ID，表示第i個圖像傳輸區通道有水平j；定義S個數組表示網格的長度，第v個數組H_v表示第v個圖像傳輸區通道中網格的長度，并且H_v的第w個元素h_vw表示網格(v，w)的長度；網格(i，j)的邊界為：

o_x+(i-1)×w<x≤o_x+i×w

非均勻網格劃分好之后進行成簇階段；算法分為很多輪進行，在每輪中選取每個網格中剩余能量最大的節點作為簇首節點，其余節點根據就近原則加入簇，然后再進行數據聚合；

步驟三，格拉布斯預處理

傳感器節點需要對收集的數據進行預處理，然后再向簇首節點傳輸數據；采用格拉布斯預準則對傳感器節點所采集到的數據進行預處理假設某個簇首節點含有n個傳感器節點，傳感器節點收集到的數據為x₁,x₂,…,x_n，服從正態分布，并設：

v_i＝x_i-x₀，

根據順序統計原理，計算格拉布斯統計量：

給定顯著性水平α＝0.05之后，測量值滿足g_i≤g₀(n,α)，則認為測量值有效，測量值參與到下一層次的數據聚合；反之，則認為測量值無效，因此需要剔除，即不參與到下一層次的數據聚合；

步驟四，自適應聚合算法

通過迭代得到各個節點測量數據的無偏估計值，求取各個傳感器節點的測量數據值與估計值之間的歐式距離，以歸一化的歐式距離作為自適應加權融和的權值；選用簇中的傳感器節點采集到的數據的最大值與最小值的平均值作為中心數據；

某個簇中有個傳感器節點，用維列向量D＝(d₁,d₂,…,d_n)表示相應節點的測量值，通過計算各個節點數據與中心數據的歐式距離反應不同節點數據與中心數據之間的偏差大小，其中l_i的計算公式為：

根據歐式距離自適應設定相應的權值大小，距離越大權值越小，距離越小權值越大；

其中w_i為相應的權值。