专利名称：髋关节置换手术中臼杯假体覆盖率的实时测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种髋关节置换手术中白杯假体骨性覆盖率的实时测量方法及装置。本发明为术中对髋白缺损的评估、白杯稳定性的评估、以及手术方法的术中判断提供实时数据。
背景技术：
人工全髋关节置换术是终末期髋关节骨关节炎的标准治疗手段，可有效缓解疼痛，恢复行走功能，被誉为20世纪性价比最高的骨科手术。中远期随访发现人工关节的使用寿命受到术后的并发症(松动)的影响。其中，臼杯侧假体的松动尤为常见。臼杯假体的松动与术后即时的白杯骨性覆盖率存在一定相关性。Huskies的有限元分析，发现白杯骨性覆盖率的下降将导致骨与假体界面的应力集中，因而可能导致白杯松动。此外，骨长入是非骨水泥型假体得到满意远期生存的前提之一，因而也要求髋白侧提供充分的覆盖。但在以 下两种情况下，白杯覆盖率常无法保障。第一，髋关节发育不良(DDH)作为常见继发性骨关节炎的病因，在亚洲人群中尤为多见。DDH患者存在不同程度的髋关节畸形，髋臼侧存在局部骨量不足，无法提供白杯充分的覆盖，髋白侧重建的难度较大。相应的，假体长期生存率也较常规全髋关节置换术下降。第二，在髋关节翻修患者中，髋部存在各种类型的骨缺损，也将影响白杯的使用寿命。目前，为保证白杯假体的长期生存，研究者们通过测量骨盆平片的影像学白杯覆盖率，并与中远期的白杯松动率进行相关性分析，得出70%白杯覆盖率是在不结构植骨前提下保证白杯长期生存的临界值。但是二维测量存在明显缺陷，为进一步明确三维情况下臼杯覆盖率的临界值，需要术中实时的三维测量工具来明确三维空间下臼杯覆盖率，与随访相结合，明确三维临界值，进而可以为术中植骨决策提供可靠的证据。
发明内容
综上所述，实现手术中对臼杯假体覆盖率的实时测量将非常有助于术中对髋臼缺损的量化评估、臼杯稳定性的量化评估、并且为手术方法的术中判断(如颗粒型或结构型植骨的选择、骨水泥固定型假体或生物固定型假体的选择、顶部加强环的选择、等等)提供量化的数据。为了达到上述目的，本发明提供一种髋关节置换手术中臼杯假体覆盖率的实时测量装置，该装置包括用于勾勒髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓骨的轮廓并且将其几何轨迹转换为实时信号的记录针102 ；用于接收该实时信号并重建其空间坐标的接收器106 ；用于计算由该轨迹所围区域的球面面积的可编程控制器109 ；以及用于将接收器、可编程控制器固定在白杯假体柄或者髋白锉柄上的夹具104 (参照图I)。为了达到上述目的，本发明并提供一种髋关节置换手术中臼杯假体覆盖率的实时测量方法，该测量方法叙述如下记录针102针杆上安装有一实时信号发生装置105 ；于术中使用记录针102针头勾勒出髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓骨的轮廓；接收器106安置在相对于臼杯假体柄或髋臼锉100固定的位置上，并实时接收记录针针杆上的信号发生装置105发送的信号；可编程控制器109根据接收到的信号计算出由记录针针头在各瞬时的空间位置所围区域白杯假体或者髋白锉的球面面积。
图I为本发明中记录针102、信号发生装置105、接收器106与臼杯假体柄或髋臼锉100之间的位置关系示意图； 图2为本发明中记录针针头102与接收器106两探头以及白杯假体或者髋白锉球面之间的位置关系图。
具体实施例方式记录针102针杆上安装有一实时信号发生装置105。该发生装置的一种较佳实施方案为在记录针轴线上刚性安装至少两个柱面或球面超声换能器。接收器106由夹具104固定在白杯假体柄或髋白锉柄103上，并在术前校定其接收探头至与白杯假体或者髋白锉100球心的位置；接收器106实时接收记录针102针杆上的信号发生装置105发送的信号。该接收器106的一种较佳实施方案为两个相互位置固定的柱面或球面超声换能器(探头107、108)。接收器106设有人机器接口，使医师可在使用前输入白杯的直径。于术中使用记录针102勾勒髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓101。记录针102上的信号发生装置105由一触发器触发，一种较佳实施方案为压力触发器，当记录针与髋臼边缘骨的轮廓时触发。信号发生装置105的信号由接收器106接收。接收器串联一可编程控制器109 (参照图2)，该可编程控制器根据接收的信号分别计算出该瞬时记录针102针头与接收器探头107间的距离LI、以及102针头与接收器探头108间的距离L2。该算法的一种较佳实施方案为超声信号飞行时间(time-of-flight，T0F)算法。可编程控制器109继而根据以下三个条件联立方程组(I)记录针针头在该瞬时与接收器探头107的距离为上述测量值LI ；(2)记录针针头在该瞬时与接收器探头108的距离为上述测量值L2 ；(3)记录针102针头在白杯假体或者髋白锉球面上(即记录针针头的坐标应始终满足球面方程)。该联立方程组的解即为该瞬时记录针针头在给定坐标系中的空间坐标。该坐标系的一种较佳实施方案为以臼杯假体或者髋臼锉的球心为原点、连接原点与接收器两探头连线中点的连线为Z轴、过原点并与接收器两探头连线平行的直线为X轴、与Z轴和X轴正交的方向为y轴的右手坐标系。可编程控制器109并将换算后的空间坐标数据存储于存储器Iio中。当髋白边缘骨的轮廓或者髋白内缺损轮廓101轨迹勾勒完毕后，提起记录针102，触发器发送结束信号。接收到结束信号后，可编程控制器109提取存储的空间坐标数据，根据输入的白杯直径、以一定的算法计算出由各空间坐标所围区域的白杯假体或者髋白锉的球面面积A。该算法的一种较佳实施方案为二重数值积分。可编程控制器继而计算该曲面面积与该白杯球面面积的比率a，则Ι-a即为该白杯的骨性覆盖率。可编程控制器通过人机接口显示该覆盖率。医师可根据该覆盖率调整白杯的位置及开口方向，并重复使用上述方法和装置测 量覆盖率、直至其达标。医师随后进行髋白磨削或者白杯假体安装的操作，并在完成后将接收器及夹具104从白杯假体柄或髋白锉柄103上取下。以上所述仅为本发明的较佳实施方案，当不能被用来限定本发明实施的范围。凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种髋关节置换手术中白杯假体骨性覆盖率实时测量的装置，其特征是，该装置包含: 用于勾勒髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓骨的轮廓并且将其几何轨迹转换为实时信号的记录针； 用于接收该几何轨迹的实时信号的接收器； 用于计算由该几何轨迹所围白杯假体或髋白锉区域的球面面积的控制器。
2.一种髋关节置换手术中白杯假体骨性覆盖率的实时测量方法，其特征是，该测量方法包含 记录针针杆上安装有一实时信号发生装置； 于术中使用记录针针头勾勒出髋白边缘骨或髋白内缺损轮廓骨的轮廓； 接收器安置在相对于白杯假体柄或髋白锉锉固定的位置上，并实时接收记录针针杆上的信号发生装置发送的信号； 控制器根据接收到的信号计算出由记录针针头在各瞬时的空间位置所围区域白杯假体或者髋白锉的球面面积。
3.如权利要求2所述的髋关节置换手术中白杯假体骨性覆盖率的实时测量方法，其特征是，接收器根据接收的信号分别计算出该瞬时记录针针头与两个接收器探头间的距离L1, L2，继而根据记录针针头与接收器两探头的上述距离测量值、以及记录针针头在白杯假体或者髋白挫球面上这个条件计算出该瞬时记录针针头在给定坐标系中的空间坐标。
4.如权利要求2所述的髋关节置换手术中白杯假体骨性覆盖率的实时测量方法，其特征是，根据记录针针头在各瞬时的空间坐标计算出由各空间坐标所围区域的白杯假体或者髋臼锉的球面面积。
全文摘要
本发明提供一种髋关节置换手术中臼杯假体骨性覆盖率的实时测量装置，该装置包含用于勾勒髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓骨的轮廓并将其轨迹转换为实时信号(一较佳实施例为超声信号)的记录针；用于接收实时信号的接收器(一较佳实施例为超声换能器)；用于计算由该轨迹所围臼杯假体或髋臼锉的球面面积的控制器。本发明并提供一种髋关节置换手术中臼杯假体骨性覆盖率的实时测量方法，其特征是于术中使用记录针勾勒髋臼边缘骨或髋臼内缺损轮廓骨的轮廓；接收器接收记录针发送的实时信号，由此计算出由记录针针头在各瞬时的位置所围臼杯假体或者髋臼锉的面积。本发明为术中对髋臼缺损的评估、臼杯稳定性的评估、及手术方法的术中判断提供实时数据。
文档编号A61F2/46GK102885659SQ201110214888
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者王燎, 陈青山, 戴尅戎 申请人:王燎, 陈青山, 戴尅戎