[發(fā)明專利]肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法及導(dǎo)航系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010700118.0
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN112168197B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓巍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京積水潭醫(yī)院
• 主分類號: A61B6/04
• 分類號: A61B6/04;A61B17/90
• 代理公司: 北京知匯林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11794
• 代理人: 孫朗

本發(fā)明提供了一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法及導(dǎo)航系統(tǒng)，該定位方法通過安裝在尺骨處的示蹤器來追蹤患者前臂進行肘關(guān)節(jié)平面屈曲活動的運動軌跡，通過安裝在肱骨處的另一示蹤器來建立世界坐標(biāo)并作為圖像在世界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化依據(jù)，通過光學(xué)追蹤裝置來分析記錄患者手臂在不同平面進行肘關(guān)節(jié)屈曲運動時兩個示蹤器的坐標(biāo)，然后通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和擬合技術(shù)擬合出肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)曲線和旋轉(zhuǎn)曲線軸，最后根據(jù)采集的患者手臂三維圖形和旋轉(zhuǎn)曲線軸的交叉情況確定出外固定軸的置入點。該定位方法無需患者擺放傳統(tǒng)手術(shù)必須體位，可避免反復(fù)透視、減少手術(shù)對患者及醫(yī)生的X線輻射，且該方法通過機器自動定位，可解決因醫(yī)生的經(jīng)驗、能力不同而導(dǎo)致的定位精度問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的實施例涉及肘關(guān)節(jié)外固定軸的定位領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法及導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)

鉸鏈?zhǔn)街怅P(guān)節(jié)外固定設(shè)備在復(fù)雜性肘關(guān)節(jié)骨折脫位、肘關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的治療和肘關(guān)節(jié)松解術(shù)、肘關(guān)節(jié)間隔式成形術(shù)后康復(fù)等方面發(fā)揮著重要作用，而使用各種鉸鏈?zhǔn)街怅P(guān)節(jié)外固定設(shè)備的關(guān)鍵是精確定位外固定軸心位置，目前臨床上較常采用X線透視下軸心定位方法。但X線透視下定位軸心需要患者保持一個非常標(biāo)準(zhǔn)的特殊姿勢，以使滑車影與肱骨小頭影成為同心圓。但某些情況下患者根本無法擺出標(biāo)準(zhǔn)姿勢，例如肩關(guān)節(jié)活動受限，特別是外展內(nèi)旋受限的患者。同時，為確保針的位置及方向合適，置針時需要反復(fù)透視并及時調(diào)整針的位置及方向，即使有經(jīng)驗的?？漆t(yī)生也需要多次透視才能成功定位，而反復(fù)透視對患者及醫(yī)生的X線輻射量較大。此外，該種定位方式，對醫(yī)生技術(shù)要求較高，手術(shù)效果很大程度上取決于醫(yī)生的經(jīng)驗、能力和主觀判斷，因而增加了手術(shù)難度。以上這些都極大地限制了鉸鏈?zhǔn)酵夤潭ㄔO(shè)備的使用。

因此，設(shè)計出一種不需要多次X線透視，不需要擺放傳統(tǒng)手術(shù)必須的體位，且定位精確度符合標(biāo)準(zhǔn)的肘關(guān)節(jié)外固定軸的定位方法成為目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)航系統(tǒng)。

本發(fā)明第一方面的技術(shù)方案提供了一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，該方法包括如下步驟：

固定安裝示蹤器：安裝尺骨示蹤器，以標(biāo)記尺骨的位置，安裝肱骨示蹤器，以標(biāo)記肱骨的位置；

建立以肱骨示蹤器為原點的世界坐標(biāo)系；

采集運動軌跡數(shù)據(jù)：在患者前臂做旋前位、中立位和旋后位多個方向的肘關(guān)節(jié)平面內(nèi)屈曲活動時，獲取患者尺骨示蹤器和肱骨示蹤器在每個運動平面內(nèi)的運動軌跡，根據(jù)記錄的運動軌跡生成尺骨示蹤器和肱骨示蹤器在世界坐標(biāo)系中的運動坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

擬合旋轉(zhuǎn)曲線軸：將尺骨示蹤器的運動坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以肱骨示蹤器為參照點的運動坐標(biāo)數(shù)據(jù)，基于轉(zhuǎn)化得到的以肱骨示蹤器為參照點的運動坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合出肘關(guān)節(jié)在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線，生成并顯示旋轉(zhuǎn)曲線在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸；

確定外固定軸置入點：在患者前臂固定后，獲取患者手臂的三維圖形數(shù)據(jù)，將獲取的三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)系中并進行顯示，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的三維圖形和世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸的相交數(shù)據(jù)確定出外固定旋轉(zhuǎn)軸的置入點。

進一步地，肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法還包括擬合旋轉(zhuǎn)曲線軸步驟之后的驗證步驟，所述驗證步驟包括：

獲取患者手臂的三維透視圖像數(shù)據(jù)，將世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸以及獲取的三維透視圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同一個坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)；顯示同一個坐標(biāo)系中的三維透視圖像和旋轉(zhuǎn)曲線軸，驗證旋轉(zhuǎn)曲線軸與肘關(guān)節(jié)的三維透視圖的相交特征是否滿足預(yù)設(shè)要求。

進一步地，該定位方法還包括：將同一個坐標(biāo)系中的三維透視圖像、旋轉(zhuǎn)曲線軸發(fā)送至遠程端，并從遠程端獲取驗證結(jié)果信息。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法還包括擬合旋轉(zhuǎn)曲線軸步驟之后的驗證步驟，所述驗證步驟包括：