专利名称：假体注册装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机手术导航配套装置，更具体地，本发明涉及一种计算机光 学手术导航配套的髋关节假体注册装置。
背景技术：
在计算机辅助手术导航出现之前，假体置换手术主要依靠术者的经验和目测来定 位，手术难度大，手术效果不理想。计算机辅助手术导航系统的出现可谓人工关节置换辅助 定位领域的一次飞跃发展。该系统采用光学定位系统作为探测仪器，配套的计算机系统界 面允许医生基于二维或三维模拟图像，应用立体感应定向工具进行人工髋关节置换的导航 手术操作，由于模拟图像显示直观，医生很容易理解和掌握导航过程中的解剖位置关系，从 而顺利完成手术操作程序。为通过虚拟图像实时显示真实髋关节假体与骨骼结构的相对位置关系，须在导航 系统中建立髋关节假体的虚拟图像，再通过对假体实物空间位移的捕捉，建立虚拟图像与 假体实物之间的影像显示关系。目前的手术导航系统需要将各种类型髋关节假体的三维数据预先录入计算机系 统并建立虚拟图像，然后通过捕捉假体把持器上光学反射球的位移，使虚拟图像附上位移 变化信息，建立起假体的真实位移在导航系统图像输出装置上的虚拟图像位移改变影像。 这种方式需要预先录入虚拟影像，然后再进行假体实物与虚拟影像位移对应关系的比对关 联，然而这种方式存在其固有的缺陷首先，由于人工髋关节市场不断出现新的产品，因此 需要定期对导航系统中的髋关节假体类型数据库进行补充更新，这增加了后台的工作量， 降低了工作效率；其次，由于病患的个体差异及特殊性，很多病患需要定制个体化髋关节假 体，另外市场上也存在一些非主流的假体产品，这些未被预先录入计算机辅助系统的假体， 将不能直接应用于导航系统来进行手术辅助；另外，目前的手术导航系统均为国外生产厂 商生产，其中的髋关节假体预设数据库中均未包含国产髋关节假体的数据信息，这使得国 产髋关节假体的使用受到极大限制，这成为制约我国计算机辅助导航下髋关节置换领域发 展的重要因素。因此，有必要提供一种新型的与计算机光学手术导航系统配套使用的髋关节假体 注册装置来满足业界的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够将所有类型的髋关节假体实时录入注册到计算机 辅助导航系统中，且结构简单、操作简便的假体注册装置。为实现上述的发明目的，本发明提供了一种假体注册装置，用于将所有类型的髋 关节假体在手术导航系统中进行注册录入，其包括基座以及与基座配套使用的股骨柄假体 把持器或者白杯假体把持器，所述基座包括容置股骨柄假体的后座、容置股骨头和股骨颈 假体的弯臂部以及连接在后座和弯臂部之间的用于固定夹紧股骨柄假体的夹持部，所述股骨柄假体把持器、白杯假体把持器以及基座上均分别设置有至少三个不在同一直线上的光 学反射球，通过基座上的光学反射球使手术导航系统获取髋关节假体相对于基座的尺寸及 空间位置信息，使白杯假体把持器或股骨柄假体把持器与基座之间的空间坐标关系转换为 臼杯假体把持器或股骨柄假体把持器与相应髋关节假体之间的空间坐标关系，手术导航系 统对白杯假体把持器或股骨柄假体把持器的光学反射球进行跟踪，推算出相应髋关节假体 的空间坐标位置。在本发明的假体注册装置中，弯臂部上可以设置有用于容置股骨头假体的凹陷 部，凹陷部为内空的部分球状。上述凹陷部包括三个或三个以上的球形凹陷，例如，其可以是直径不同的三个球 形凹陷，如直径可以分别为22、28、32_。在本发明的假体注册装置中，股骨柄假体把持器可以包括用于与股骨柄假体相连 接的本体、连接到本体上的接合部以及连接到接合部上的支架，所述光学反射球设置在支架上。在本发明的假体注册装置中，基座的后座的上部可以设置有用于容置股骨柄假体 的股骨柄干部或者白杯假体把持器的凹槽。另外，股骨柄假体朝向股骨头和股骨颈假体的端部上设置有夹持插销。同样，股骨 头和股骨颈假体朝向股骨柄假体的端部上也设置有夹持插销。在本发明的假体注册装置中，弯臂部朝向夹持部的端部上可以设置有凸块，夹持 部上设置用于容置凸块的孔。在本发明的假体注册装置中，基座的夹持部可以包括等距开合的两个夹块，其将 不同大小尺寸的股骨柄假体夹持固定在两个夹块中间。在本发明的假体注册装置中，股骨柄假体把持器本体的后部可以设有插销孔，另 设有可调伸缩压迫杆，其通过调节能实现与股骨柄假体的夹持插销之间的刚性连接固定。在本发明的假体注册装置中，白杯假体把持器的一端可以设有可与白杯假体的螺 纹孔相配套而形成旋入连接的螺纹。本发明的有益效果是1.本发明通过与计算机光学手术导航系统的配套使用，能 够实现所有髋关节假体的三维形态及空间位置的录入注册，即本髋关节假体注册装置可适 用于不限制类型的任何髋关节假体，对所有髋关节假体具有使用通用性，从而扩大了目前 的手术导航系统可应用的假体种类；2.利用本假体注册装置使得所有的髋关节假体置换 手术都能够在计算机手术导航系统的指导下进行，提高了手术的准确度，改善了手术效果； 3.本发明能够实现髋关节假体的实时注册，使得手术导航系统在缺乏现有应用假体资料数 据库的情况下仍可应用，改变了定期更新假体数据库的繁琐的维护运作模式，简化了辅助 手术的工作过程，操作简单实用，便于实际推广。以下结合附图和实施方式，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施方 式，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
图1是本发明假体注册装置所采用的股骨头和股骨颈假体以及股骨柄假体的结构示意图。图2是本发明假体注册装置的基座的组合示意图。图3是本发明假体注册装置的股骨柄假体把持器的结构示意图。图4是本发明假体注册装置的基座的分解示意图。
具体实施例方式本发明的假体注册装置与光学手术导航设备配套使用，主要应用于髋关节假体的 注册录入。本假体注册装置基于光学定位跟踪探测空间位置的原理，在主要组成部分(例 如假体把持器或者假体注册装置的基座)上均设置有光学信号反射元件，该反射元件能够 将假体信息传递给光学导航系统，并通过计算机的处理来确定具体的空间位置。图1所示为股骨头和股骨颈假体20以及股骨柄假体30，本发明可以将股骨柄假体 30录入到手术导航设备中。股骨柄假体30朝向股骨头和股骨颈假体20的端部上设置有 夹持插销33，股骨头和股骨颈假体20朝向股骨柄假体30的端部上也设置有夹持插销22。 另外，本发明还可以将白杯假体(未图示)录入到手术导航设备中，白杯假体上设置有螺纹 孔。如图2-4所示，本发明的假体注册装置包括基座(未图标)以及与基座配套使用 的股骨柄假体把持器60以及白杯假体把持器(未图示)。基座包括容置股骨柄假体30的 后座53、容置股骨头和股骨颈假体20的弯臂部51以及连接在后座53和弯臂部51之间的 用于固定夹紧股骨柄假体30的夹持部55。弯臂部51上设置有用于容置股骨头假体的凹 陷部515，凹陷部515为内空的部分球状。在一个实施方式中，凹陷部515包括三个球形凹 陷，直径分别为22、28、32mm，以便将不同尺寸的股骨头假体容置于其中。弯臂部51朝向夹 持部55的端部上设置有凸块519，凸块519插入到夹持部55内从而实现弯臂部51相对于 夹持部55的定位。后座53的上部设置有用于容置股骨柄假体30的凹槽531。在本实施方式中，凹槽 531为漏斗形，从而使得股骨柄假体30的干部可以承托固定于其中。在需要进行白杯假体 的注册录入时，凹槽531也可容纳固定臼杯假体把持器，使臼杯假体于唯一径线方向固定 于基座上，并通过前端弯臂部51对白杯顶进行限位，形成白杯假体于基座的三维坐标系中 的唯一坐标位置。基座的夹持部55包括等距开合的两个夹块，将股骨柄假体30夹持在两个夹块中 间，可以夹持固定不同大小尺寸的股骨柄假体30。夹持部55朝向弯臂部51的端部上设置 用于容置凸块519的孔537。基座上设置有刚性连接的至少三个光学反射球555，以便于光学手术导航系统对 其空间位置的捕捉，光学反射球555采用红外光学反射。如图3所示，股骨柄假体把持器60包括用于与股骨柄假体30相连接的本体61、 连接到本体61上的接合部63以及连接到接合部63顶部上的支架65，根据需要支架65也 可以连接固定到接合部63的其他位置上，支架65上设置不在一条直线上的至少三个光学 反射球666。股骨柄假体把持器60的本体61的后部设有插销孔606，另设有可调伸缩压迫 杆，通过调节可与所有股骨柄假体30的夹持插销33作刚性连接固定，将股骨柄假体把持器 60与股骨柄假体30连为一体。白杯假体把持器为圆杆状，其一端设有螺纹，可与白杯假体的螺纹孔相配套而形成旋入连接，从而将二者连成一体。使用时，首先将需注册录入的髋关节假体置于基座上，由基座弯臂部51上的凹陷 部515以及后座53上的凹槽531对相应假体进行定位，并利用夹持部55将假体固定，随后 建立假体与基座之间的空间位置关系，通过基座上的光学反射球555使手术导航系统获取 假体相对于基座的尺寸及空间位置信息，然后移除基座的一部分，将白杯假体把持器或股 骨柄假体把持器60与相应的假体连接固定在一起(例如，在录入股骨柄假体30的空间位 置时，将弯臂部51移除，而将股骨柄假体把持器60与股骨柄假体30连接在一起)，使臼杯 假体把持器或股骨柄假体把持器60与基座之间的空间坐标关系转换为白杯假体把持器或 股骨柄假体把持器60与相应假体之间的空间坐标关系，并录入到计算机手术导航系统中， 使手术导航系统能够对白杯假体把持器或股骨柄假体把持器60的空间信号(获取由其上 的光学反射球666所反射的信号)跟踪，从而推算出相应假体的空间坐标位置。应用本假体注册装置进行股骨柄假体30的三维形态及位置录入时，先将股骨头 和股骨颈假体20以及股骨柄假体30组合固定在一起，然后将假体整体放置于假体注册装 置的基座上，即股骨柄假体30放置在后座53的凹槽531上，而股骨头假体则陷于弯臂部51 中与其直径相符的凹陷部515内，并用夹持部55的两个夹块将股骨柄假体30夹紧固定。此 时手术导航系统对假体注册装置的基座的位置进行捕捉(由其上的红外线光学反射球555 所反射而发出的信号来获得)，并运算出股骨柄假体30相对于假体注册装置的基座的三维 位置。随后，继续保持股骨柄假体30被夹紧，卸下假体注册装置的基座的弯臂部51以及 股骨头和股骨颈假体20，从而暴露出股骨柄假体30上的夹持插销33。将股骨柄假体把持 器60的插销孔606与股骨柄假体30上的夹持插销33相连接，使得二者固定为一体，此时 手术导航系统通过对股骨柄假体把持器60及假体注册装置的基座之间相对位置的捕捉监 测，运算出股骨柄假体把持器60与股骨柄假体30之间的相对三维位置关系。然后，松开假 体注册装置的夹持部55，释放股骨柄假体把持器60和股骨柄假体30的一体化结构。在随 后的手术过程中，手术导航系统通过对股骨柄假体把持器60的位置的监测即可实现对股 骨柄假体30的三维空间位置的跟踪。在应用本假体注册装置进行白杯假体的三维形态及位置录入时，将白杯假体把持 器一端的螺纹与白杯假体的螺纹孔相配合并旋入连接。然后将白杯假体把持器置于基座的 后座53上的凹槽531上，使臼杯假体于唯一径线方向固定于基座上，臼杯假体的顶部紧贴 基座的弯臂部51，从而通过前端弯臂部51对白杯顶的限位，而形成白杯假体于基座的三维 坐标系中的唯一坐标位置。此时手术导航系统对白杯假体把持器及假体注册装置的基座之 间的相对位置进行捕捉监测，将基座的限位三维结构信息(因针对白杯假体进行限位，所 可看作白杯三维轮廓信息)于白杯假体把持器所在三维空间坐标系中的位置信息加以运 算、描记，由此实现白杯假体三维形态的录入。然后将白杯假体把持器从基座后座53的凹 槽531上取下，手术导航系统通过对白杯假体把持器位置的监测即可实现对白杯假体三维 空间位置的跟踪。
权利要求
一种假体注册装置，该假体注册装置用于将所有类型的髋关节假体在手术导航系统中进行注册录入，其特征在于，所述假体注册装置包括基座以及与所述基座配套使用的股骨柄假体把持器或者臼杯假体把持器，所述基座包括容置所述股骨柄假体的后座、容置股骨头和股骨颈假体的弯臂部以及连接在所述后座和弯臂部之间的用于固定夹紧股骨柄假体的夹持部，所述股骨柄假体把持器、臼杯假体把持器以及基座上均分别设置有至少三个不在同一直线上的光学反射球，通过所述基座上的光学反射球使手术导航系统获取髋关节假体相对于所述基座的尺寸及空间位置信息，使所述臼杯假体把持器或股骨柄假体把持器与所述基座之间的空间坐标关系转换为所述臼杯假体把持器或股骨柄假体把持器与相应髋关节假体之间的空间坐标关系，所述手术导航系统对所述臼杯假体把持器或股骨柄假体把持器的光学反射球进行跟踪，推算出相应髋关节假体的空间坐标位置。
2.如权利要求1所述的假体注册装置，其特征在于，所述弯臂部上设置有用于容置股 骨头假体的凹陷部，所述凹陷部为内空的部分球状。
3.如权利要求2所述的假体注册装置，其特征在于，所述凹陷部包括三个球形凹陷。
4.如权利要求1所述的假体注册装置，其特征在于，所述股骨柄假体把持器包括用于 与股骨柄假体相连接的本体、连接到所述本体上的接合部以及连接到接合部上的支架，所 述光学反射球设置在所述支架上。
5.如权利要求4所述的假体注册装置，其特征在于，所述基座的后座的上部设置有用 于容置所述股骨柄假体的股骨柄干部或者白杯假体把持器的凹槽。
6.如权利要求4所述的假体注册装置，其特征在于，所述股骨柄假体朝向所述股骨头 和股骨颈假体的端部上设置有夹持插销，所述股骨头和股骨颈假体朝向所述股骨柄假体的 端部上设置有夹持插销。
7.如权利要求6所述的假体注册装置，其特征在于，所述弯臂部朝向所述夹持部的端 部上设置有凸块，所述夹持部上设置用于容置所述凸块的孔。
8.如权利要求1-7之一所述的假体注册装置，其特征在于，所述基座的夹持部包括等 距开合的两个夹块，其将不同大小尺寸的股骨柄假体夹持固定在所述两个夹块中间。
9.如权利要求6所述的假体注册装置，其特征在于，所述股骨柄假体把持器本体的后 部设有插销孔，并设有可调伸缩压迫杆，其通过调节能与所述股骨柄假体的夹持插销实现 刚性连接固定。
10.如权利要求1所述的假体注册装置，其特征在于，所述白杯假体把持器的一端设有 可与白杯假体的螺纹孔相配套而形成旋入连接的螺纹。
全文摘要
本发明公开了一种假体注册装置，用于将所有类型的髋关节假体在手术导航系统中进行注册录入，其包括基座以及与基座配套使用的股骨柄假体把持器或者臼杯假体把持器，基座包括容置股骨柄假体的后座、容置股骨头和股骨颈假体的弯臂部以及连接在后座和弯臂部之间的用于固定夹紧股骨柄假体的夹持部，股骨柄假体把持器、臼杯假体把持器以及基座上均分别设置有至少三个不在同一直线上的光学反射球。本发明能够实时将所有类型的髋关节假体录入注册到计算机辅助导航系统中，应用广泛，且结构简单、操作简便。
文档编号G01B11/24GK101889897SQ20091003970
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者廖广军, 戚其丰, 许杰, 马若凡 申请人:马若凡;廖广军