韧带平衡调节辅助方法、装置及其膝关节弯曲与外旋角度计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种韧带平衡调节辅助方法、装置及其膝关节弯曲与外旋角度计算方法，用于在人工膝关节置换过程中的韧带受力平衡调节，该辅助装置包括：压力获取装置，设置在股骨部件下方，内部两侧分别装设两传感器模块，每一传感器模块具有多个压力传感器；垫板，设置于压力获取装置及胫骨部件平台之间，垫板与压力获取装置的高度和等于所需胫骨垫片的高度；显示装置，与压力获取装置进行无线通信，并实时显示根据多个压力传感器的位置与感测数据所计算出的内外髁处空间矢量的压力合力，以用于进行韧带受力平衡调节。本发明能提高韧带平衡调整的准确性，确保植入人工膝关节的受力平衡。
【专利说明】韧带平衡调节辅助方法、装置及其膝关节弯曲与外旋角度
计算方法
【技术领域】[0001]本发明涉及医疗器械【技术领域】，尤其涉及一种适用于人工膝关节置换手术的韧带平衡调节辅助装置、该韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法、膝关节外旋角度计算方法及韧带平衡调节辅助方法。
【背景技术】[0002]随着人口日益老龄化，患有膝关节疾病的患者的数量呈上涨趋势，医院每年进行的人工膝关节置换手术也越来越多，人工膝关节置换手术为患者解决了膝关节的老化和坏死以及功能丧失的问题，解决了病人的痛苦，大大提高了生活质量。[0003]然而，人工膝关节植入人体后由于长期承受运动压力，很容易出现胫骨假体垫片磨损，骨溶解等问题；成功的人工膝关节置换手术可以为进行了人工膝关节置换的病人提供十年到二十年甚至更长时间的服务，而不成功的人工膝关节置换手术则通常是由于植入人工膝关节压力不平衡而导致某些接触面受力过大，这不仅为患者带来生理和心理的痛苦，还增加了患者以及社会的经济负担。[0004]在进行人工膝关节置换时，要在膝关节假体的胫骨部件平台与股骨部件之间设置胫骨垫片，而胫骨垫片的厚度，与截骨量相关，因此在截骨量确定的情况下，胫骨垫片的厚度也就随之确定。但是，胫骨垫片的上表面与股骨的内髁与外髁之间的受力经常不平衡，因此，在手术过程中，医生需要进行受力平衡的调整(现有技术中通过调整膝关节两侧韧带的松紧程度来实现)，以使人工膝关节植入人体后受力具有合理性，以提高手术者的生活质量。[0005]现有技术中，医生通常将手指伸入膝关节腔内两侧，凭经验判断两侧韧带是否达到受力平衡，以及受力大小是否合适。这种仅凭经验的做法，不仅限定了实施人工膝关节植入手术医生的数量，同时也为人工膝关节置换手术带来了一定的风险和不稳定因素。[0006]因此，需要一种人工膝关节手术过程中的韧带平衡调节辅助装置及一种韧带平衡调节辅助方法。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种人工膝关节手术过程中的韧带平衡调节辅助装置，以准确和直观的了解两髁处受力大小情况，以及受力位置是否在预定范围内，以提高韧带平衡调整的准确性，确保植入人工膝关节的受力平衡。[0008]本发明的目的还在于提供本发明韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法和膝关节外旋角度计算方法，使医生在手术中能够准确的获知在进行韧带平衡调节时的膝关节弯曲角度和外旋角度。[0009]本发明的另一目的为提供一种人工膝关节手术过程中的韧带平衡调节辅助方法，为医生进行韧带平衡调节提供帮助，提高韧带平衡调整的准确性，确保植入人工膝关节的受力平衡。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0011]一种韧带平衡调节辅助装置，用于在人工膝关节置换过程中辅助医生进行韧带受力平衡的调节，所述韧带平衡调节辅助装置包括:压力获取装置，手术中临时设置在股骨部件下方，所述压力获取装置内部两侧分别设置两个传感器模块，每一所述传感器模块具有多个压力传感器，通过所述两个传感器模块分别实时感测自所述股骨部件的内髁和外髁施加于所述传感器模块的压力；垫板，手术中临时设置于所述压力获取装置及胫骨部件平台之间，所述垫板与所述压力获取装置的高度和等于膝关节置换中所需胫骨垫片的高度；显示装置，与所述压力获取装置进行无线通信，并实时显示根据所述多个压力传感器的位置数据与感测数据所计算出的辅助数据，所述辅助数据包括所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力的压力合力值与压力合力位置，以用于医生进行韧带受力平衡调节。
[0012]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述辅助数据还包括膝关节弯曲角度及膝关节外旋角度。
[0013]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述显示装置接收所述多个压力传感器的位置数据与感测数据以计算所述辅助数据，或所述显示装置接收并实时显示所述压力获取装置计算出的所述辅助数据。
[0014]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述压力获取装置包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的设置有所述压力传感器的空腔，所述顶面的下表面和所述底面的上表面均为凹弧面，所述多个压力传感器设置于所述底面的上表面，所述顶面的下表面与所述多个压力传感器之间设置有底端为球面的压力传导柱。
[0015]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述多个压力传感器与所述底面的上表面之间设置有顶端为平 面的传感器支撑柱。
[0016]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述垫板具有不同的厚度以供选择。
[0017]本发明的韧带平衡调节辅助装置，优选的，所述传感器模块的所述多个压力传感器分布在一个凹三角形的面内，所述多个压力传感器为4-30个压电薄膜传感器。
[0018]本发明的韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法，所述膝关节弯曲角度是基于计算出的所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力，根据所述压力合力在人体矢状面内的垂直分量与水平分量的比值求得。
[0019]本发明的韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法，优选的，具体步骤包括:计算所述内髁处的压力合力在一人体矢状面上的第一垂直分量与第一水平分量和/或所述外髁处的压力合力在该人体矢状面上的第二垂直分量与第二水平分量；计算所述第一垂直分量与所述第一水平分量的第一比值和/或所述第二垂直分量与所述第二水平分量的第二比值；以所述第一比值或第一比值的反正切函数值为膝关节弯曲角度，或以第一的反正切函数值和第二比值的反正切函数的平均值为所述膝关节弯曲角度。
[0020]本发明的韧带平衡调节辅助装置的膝关节外旋角度计算方法，是基于计算出的所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力，在人体横断面内计算该两个压力合力的压力合力位置的连线与人体冠状面之间的夹角，该夹角即为所述膝关节外旋角度。
[0021]本发明的韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法，优选的，具体步骤包括:分别计算所述内髁处的压力合力和所述外髁处的压力合力在一人体横断面内的投影位置；计算两所述投影位置的连线与一人体矢状面之间的第一夹角，或者计算所述两投影位置的连线与一人体冠状面之间的第二夹角；以所述第一夹角为所述膝关节外旋角度，或以所述第二夹角的余角为所述膝关节外旋角度。
[0022]一种韧带平衡调节辅助方法，用于在人工膝关节置换过程中辅助医生进行韧带受力平衡的调节，所述韧带平衡调节辅助方法包括:步骤1:手术中在股骨部件与胫骨部件平台之间临时放置压力获取装置及垫板，压力获取装置内部两侧分别装设两个传感器模块；步骤2:通过所述传感器模块内设置的多个压力传感器来实时感测自股骨部件内髁和外髁施加于所述传感器模块的压力值；步骤3:根据所述多个压力传感器的感测数据及位置数据计算辅助数据，所述辅助数据至少包括所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力的压力合力值与压力合力位置；步骤4:将步骤3计算所得的所述辅助数据显示在显示装置的屏幕上，并判断所述股骨部件的内髁和外髁的两个所述压力合力的压力合力值以及所述压力合力位置是否在预定范围内，以确定是否需对韧带的松紧程度进行调节。
[0023]本发明的有益效果在于，本发明的韧带平衡调节辅助装置及韧带平衡调节辅助方法，可以通过实时测量及显示膝关节两髁处的受力情况、膝关节弯曲角度及外旋角度等辅助数据，从而使医生在膝关节置换手术过程中韧带平衡调节做到心中有数，使人工膝关节植入人体后受力具有合理性，提高了人工膝关节的使用寿命，提高患者的生活质量。本发明可以通过测量膝关节压力合力的压力合力值和压力合力位置，测出膝关节韧带是否达到受力平衡，且不用使用额外的传感器，在上述算出的压力合力的基础上，可以测出膝关节胫骨和股骨的相对弯曲角度和外旋角度，并实时的显示给医生；并且，本发明所使用的传感器模块中多个压力传感器分布在一凹三角形面内，所述凹三角形面为股骨部件和胫骨部件平台之间应力集中的区域，采用该形状分布能够节约空间，节约成本，更加有效地进行测量，提高了压力合力、膝关节弯曲角度和膝关节外旋角度测量的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置及其放入位置的示意图。
[0025]图2为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置中传感器模块的示意图。
[0026]图3为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置中电路及控制模块的示意图。
[0027]图4为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置中显示装置的模块结构示意图。
[0028]图5为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置中显示装置的显示画面示意图。
[0029]图6为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置的计算膝关节外旋角度的示意图。
[0030]图7和图8为本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置中压力获取装置的剖面结构图。
[0031]图9和图10为本发明实施例的韧带平衡调节辅助方法中力传导系数的示意图。【具体实施方式】
[0032]体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
[0033]下面具体介绍本发明优选实施例的韧带平衡调节辅助装置。[0034]如图1所示，本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置，包括压力获取装置2、垫板6及显示装置4 ;本发明适用于膝关节置换手术过程中的韧带的调节与平衡；压力获取装置2和显示装置4中均可具有无线信号收发装置，以便于在压力获取装置2及显示装置4之间进行无线信号传输。当然，可以在压力获取装置2和显示装置4之间进行单向信号传输，在压力获取装置2中设置无线信号发送模块，如图4所示，在显示装置4中设置无线信号接收模块41。
[0035]而压力获取装置2内部有如图1所示的两个传感器模块3以及电路板5，两个传感器模块3分别用于获取内髁11和外髁12处的压力信号。由于两个传感器模块3的结构、工作原理等均相同，因此以下的介绍中仅以其中一个为例进行介绍。
[0036]医生手术过程中将压力获取装置2和垫板6临时置于患者膝关节假体处以获取压力信号，并且将该压力信号发送至显示装置4，由显示装置4的无线信号接收模块41接收，由显示装置4的信号处理模块42将其接收到的压力信号进行信号处理和力的处理，然后再由显示模块43以简易光标图的形式将压力分布情况显示出来，从而实时的为医生提供患者人工膝关节两髁处的受力情况，辅助医生调节韧带平衡，当韧带调节完毕后，取走压力获取装置2和垫板6，最后放入合适的胫骨垫片，以保证膝关节假体植入人体后受力的合理性，从而使人工膝关节的使用寿命更长，使用效果更好。
[0037]本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置，其压力获取装置2的放入位置如图1所示，压力获取装置2放在膝关节假体的股骨部件I的下方，压力获取装置2的下方与膝关节假体的胫骨部件平台7之间放置垫板6。手术过程中股骨部件I与压力获取装置2相互产生作用力，压力获取装置2可以是一壳体结构，传感器模块3设置于壳体结构的空腔21、22中。
[0038]如图3、图6和图7所示，压力获取装置2的上下表面均可为弧面(或凹形)，压力获取装置2的弧面上设有若干个压电薄膜传感器(例如PVDF压电薄膜传感器)所构成的传感器模块3，以接收来自股骨部件I的压力感应；电路板5位于压力获取装置2内，用于传感器模块3的电路驱动和整个压力获取装置2的控制、与显示装置4的数据通信。如图3所示，电路板5上可以设置有无线信号发送装置13、数据软排线接口 14、15、电池16和控制芯片(图中未示出)，无线信号发送装置13可以是蓝牙或者WIFI等无线通信装置，用于与外部进行通信，电路板5上的数据软排线接口 14、15分别用于与两个传感器模块3进行通信；电池16，可以是纽扣电池或者是无线充电电池，用于给电路板5及传感器模块3的各元件供电；而控制芯片用于存储、计算和分析数据，也即对压力传感器所采集的数据，计算出压力合力、膝关节弯曲角度和外旋角度，当然，也可以在显示装置4的信号处理模块42中再进行上述数据分析与计算。
[0039]本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置，压力获取装置2和垫板6的高度之和需要与手术最后放入的胫骨垫片的高度相同，这样才能保证胫骨垫片放入后，膝关节韧带同样保持受力平衡。本发明中，将垫板6设计为多规格(多种厚度的)的，压力获取装置2设计为单规格的。手术时，根据病人实际的截骨量，从多规格的垫板6中选择出适合的垫板6，配合压力获取装置2使用即可。
[0040]如图2、图7和图8所示，本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置，其传感器模块3包括数据软排线8、固定螺钉10和数据线通道9。[0041]数据软排线8是传感器模块3与电路板5之间的数据通道，数据软排线8与电路板5上的数据软排线接口 14、15连接以进行数据传输；固定螺钉10用于将传感器模块3固定在压力获取装置2的空腔21、22内，让传感器模块3准确定位；而数据线通道9是用于传感器模块3的每一个压力传感器29与数据软排线8之间传递数据；通常，传感器模块3有14块PVDF压电薄膜传感器29 (图2中用“s”表示)，压力传感器29的数量范围还可以是4-30个；如图2所示，数据线通道9相当于对传感器模块3进行了区域划分，每个压力传感器29用于记录各自所在区域的所感测到的压力值；通过数据线通道9把数据传递给数据软排线8，然后再由控制芯片进行分析与辅助数据的计算，辅助数据可包括压力合力(空间矢量)、膝关节弯曲角度和膝关节外旋角度等。
[0042]如图7所示，该图中压力传感器的设置方式与图2中略有不同(图2中为集中设置，图7中为分散设置)，但原理仍遵从图2的方式。传感器模块中的每一个压力传感器的具体设置方式为，在压力获取装置2的底面31的内表面，设置传感器支撑柱28，传感器支撑柱28的作用是为压力传感器29提供了一个平坦的支撑面，避免压力传感器29因直接贴在凹形的底面31上而降低感测精度；当然，在感测精度有保证的情况下，传感器支撑柱28也可以省略。压力传导柱27整体为圆柱形，下表面为球面，用来传导股骨部件I的压力到压力传感器29 ;另外，顶面30的下表面和底面31的上表面都是弧面，两弧面的曲率可以相同也可以不同。压力传导柱27可以是粘在顶面30的下表面弧面上，也可以是与顶面30的下表面弧面一体成型。每一传感器模块3的各压力传感器29是分布在一个凹三角形的面内，这里所说的“凹”，是指各压力传感器29分布在一个与底面31的弧面类似或相同的凹面上，而这里的“三角形”，则是指这些压力传感器在人体横断面上的投影区域是一个三角形区域。压力传感器29的分布只有是凹形的，测出的压力合力才是矢量力，才能进而得出膝关节弯曲角度33和膝关节外旋角度34。
[0043]图7和图8中的F的不同方向，代表不同压力角度,在具有不同压力角度时,每一压力传感器29的受力情况与力传导系数有关。如图9和图10示出了两种不同的力传导系数的情形。图7的情况对应着图9的力传导系数1，图8情况对应着图10的力传导系数2，力传导系数是根据底面31的上表面弧面的数学模型计算得到，图9和图10中，横轴是压力传感器29在底面31的内表面弧面处的`角度(弧面的切线的角度)，纵轴即是该压力传感器29对应的力传导系数；压力传感器29监测到的力乘以力传导系数就是该处的实际压力(也是空间矢量)。然后对每一处的实际压力进行求和，即可得到最终的压力合力。
[0044]下面再介绍显示装置4的数据显示及根据压力传感器29的压力数据如何计算和显示这些辅助数据。
[0045]如图5所示，本发明实施例的韧带平衡调节辅助装置，可以以简易光标图的形式显示以帮助医生确定韧带平衡调节情况的信息，所显示的经过计算所得的辅助数据包括:内髁压力总和17、外髁压力总和18、左侧(内髁)压力合力值19、右侧(外髁)压力合力值20、左侧压力合力位置23、右侧压力合力位置24、膝关节弯曲角度33和膝关节外旋角度34。
[0046]其中，内髁压力总和17、外髁压力总和18显示的是各压力传感器感受到的压力值简单置加后的总和。
[0047]如图6所示，左侧压力合力位置23和右侧压力合力位置24显示在一人体横断面图上，该人体横断面图还显示了该人体横断面的中心分割线25，用于计算膝关节外旋角度34，中心分割线25可以把所述人体横断面分成两个等份，实质上中心分割线25左侧显示的是压力获取装置2左侧空腔21内装设的传感器模块3所感测到的压力合力位置23，也即内髁11处的压力合力位置23，而中心分割线25右侧显示的是压力获取装置2右侧空腔22内装设的传感器模块3所感测到的压力合力位置24，也即外髁12处的压力合力位置24。
[0048]其中的内髁压力合力值19、外髁压力合力值20是指两传感器模块3各自所有的压力传感器29所感测到的实际压力值(空间矢量)的矢量和，而不是数值的直接相加。矢量和则意味着求和的每个对象均要关注力的大小及力的方向，每一个压力传感器29所感测到的实际压力值如前所述，等于压力传感器29检测到的力乘以该相应的力传导系数就是该处的实际压力，而每一个压力传感器29所感测到的压力所对应的方向，则为该压力传感器29所在弧面的切平面的法向量方向，有了数值和方向，便可以计算出内髁压力合力值
19、外髁压力合力值20。实质上，所计算出的矢量和有两个信息，一个是压力合力值，对压力合力求模即可得到，另一个是压力合力的方向，这个方向信息在显示装置上显示的是压力合力位置23、24，也即压力合力作用在所述人体横断面上的投影位置。
[0049]其中的内髁压力总和17、外髁压力总和18、左侧压力合力值19、右侧压力合力值20均直接以数字进行显示，而左侧压力合力位置23、右侧压力合力位置24则以光标的形式显示，是在上述的人体横断面图上显示，光标所在位置即示出了左侧压力合力位置23和右侧压力合力位置24。左侧压力合力位置23和右侧压力合力位置24的连线26，计算出中心分割线25和连线26的夹角的余角，就是膝关节外旋角度34，并在显示装置4的显示画面右侧显示出来。
[0050]中心分割线25和连线26的夹角，实际上也是连线26与人体矢状面之间的夹角。在人体横断面上，中心分割线25是一条竖向直线，或者说是竖向中心线，其表示的实际方向是人体的前后方向，而人体横断面图上的横向直线则表示人体的左右方向，横向直线，包括横向中心线在内，也可用于计算膝关节外旋角度34,计算该横向直线与连线26的夹角，即得膝关节外旋角度。所述横向直线与连线26的夹角，实际上也是连线26与人体冠状面之间的夹角。
[0051]根据所有压力传感器29的感测数据及位置数据(包括设置位置及该位置的弧度等)，计算出两髁处两压力合力的压力合力值和压力合力位置后，通过光标图显示，来给临床医生的操作提供借鉴；而膝关节弯曲角度33，则是根据前述计算出的压力合力的大小和方向，在上述的人体矢状面上进行投影，将投影得到的垂直分量与水平分量，计算垂直分量和水平分量的比值，通过反正切函数值求得膝关节弯曲角度33。如果没有水平分量，说明膝关节弯曲角度为0，如果没有垂直分量，则膝关节弯曲角度等于90度。膝关节弯曲角度33既可以依据其中一个压力合力(内髁或外髁均可)计算得到，也可以根据两个压力合力得出两个弯曲角度后求平均值最终得到膝关节弯曲角度33。
[0052]下面再介绍一下本发明的韧带平衡调节辅助方法，其中与本发明的韧带平衡调节辅助装置中重复的部分，不再赘述。
[0053]本发明实施例的韧带平衡调节辅助方法，包括步骤:
[0054]步骤1:压力获取装置2及垫板6的设置步骤
[0055]在股骨部件I与胫骨部件平台7之间放置压力获取装置2及垫板6，压力获取装置2的空腔21、22中分别装设两个传感器模块3，通过传感器模块3感测自内髁11和外髁12施加于传感器模块3的压力。
[0056] 步骤2:压力信号的实时感测与传输
[0057]通过传感器模块3的多个压力传感器29来实时感测自内髁11和外髁12施加于传感器模块3的压力值，通过传感器模块3的数据线通道9，传递给数据软排线8，再经过电路板5的数据软排线接口 14、15，传送给电路板5的控制芯片进行计算，或者由控制芯片5经无线通信装置13传输给显示装置4，由显示装置4的无线信号接收模块41接收后，传递给数据处理模块42进行处理与计算。
[0058]步骤3:计算压力合力点23、24、膝关节弯曲角度33和膝关节外旋角度34的步骤
[0059]根据各压力传感器29测量的压力值(也即感测数据)和各压力传感器在在凹三角形面中的位置及该位置处的弧面的弧度(也即位置数据)，求出各压力的矢量和，从而得出在左右两个传感器模块3上的压力合力的压力合力值和压力合力位置；再计算如图5和图6所示两压力合力位置23、24之间连线26与中心分割线25之间的夹角，所得的夹角的余角即为膝关节外旋角度34，或者计算压力合力位置23、24之间连线26与人体横断面的横向直线之间的夹角，即为膝关节外旋角度34;根据前述计算出的其中一个压力合力的压力合力值和压力合力位置，在上述的人体矢状面上进行投影，将投影得到的垂直分量与水平分量求比值，通过反正切函数求得膝关节弯曲角度33。也可以根据两个压力合力按上述步骤得出两个弯曲角度后求平均值最终得到膝关节弯曲角度33。
[0060]步骤4:数据显示及韧带平衡判断步骤
[0061]将前一步骤计算所得的压力合力位置23、24、膝关节外旋角度34、膝关节弯曲角度33等辅助数据显示在显示装置4的显示单元43上，并判断在当前的膝关节弯曲角度33及外旋角度34的情况下，测得的压力合力值19、20是否在预定范围内，以及压力合力位置23,24是否在预定范围内；可以根据医学理论和以往的手术实践所总结出的当前膝关节弯曲角度33和外旋角度34下的压力合力值范围和压力合力位置的预定范围，用框线在显示压力合力位置23、24的简易光标图上显示出来，如果压力合力位置23、24是位于框线所表示的范围内，则表明所测得的压力合力位置是在预定范围内；反之，如果压力合力位置23、24是位于框线所表示的范围之外，则表明所测得的压力合力位置23、24没有在预定范围内，需对韧带的松紧程度进行调节。所述框线可为实线或虚线等线型。
[0062]步骤5:韧带平衡调节直至韧带受力平衡
[0063]韧带松紧程度调节后，重复步骤1-4，直至当前膝关节弯曲角度33及外旋角度34下实现韧带平衡。
[0064]步骤6:变换角度,实现多角度的韧带受力平衡
[0065]通过医生移动患者的胫骨，改变膝关节的弯曲角度33及外旋角度34，重复上述步骤1-5，直至实现多角度下的韧带受力平衡，上述的多角度例如可以包括O度(伸开状态)、30度和60度等等。
[0066]上述各步骤均完成以后，即可以认为韧带受力平衡已经调整到很好的状态，取走压力获取装置2和垫板6，放入合适的胫骨垫片，完成膝关节置换手术。由于在手术过程中韧带受力平衡已经调整到很好的状态，因此能够使人工膝关节植入人体后受力具有合理性，提闻人工膝关节的使用寿命，提闻患者生活质量。
[0067]本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰， 均属本发明的权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种韧带平衡调节辅助装置，用于在人工膝关节置换过程中辅助医生进行韧带受力平衡的调节，其特征在于，所述韧带平衡调节辅助装置包括: 压力获取装置，手术中临时设置在股骨部件下方，所述压力获取装置内部两侧分别设置两个传感器模块，每一所述传感器模块具有多个压力传感器，通过所述两个传感器模块分别实时感测自所述股骨部件的内髁和外髁施加于所述传感器模块的压力； 垫板，手术中临时设置于所述压力获取装置及胫骨部件平台之间，所述垫板与所述压力获取装置的高度和等于膝关节置换中所需胫骨垫片的高度； 显示装置，与所述压力获取装置进行无线通信，并实时显示根据所述多个压力传感器的位置数据与感测数据所计算出的辅助数据，所述辅助数据包括所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力的压力合力值与压力合力位置，以用于医生进行韧带受力平衡调节。
2.如权利要求1所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述辅助数据还包括膝关节弯曲角度及膝关节外旋角度。
3.如权利要求1所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述显示装置接收所述多个压力传感器的位置数据与感测数据以计算所述辅助数据，或所述显示装置接收并实时显示所述压力获取装置计算出的所述辅助数据。
4.如权利要求1或2所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述压力获取装置包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的设置有所述压力传感器的空腔，所述顶面的下表面和所述底面的上表面均为凹弧面，所述多个压力传感器设置于所述底面的上表面，所述顶面的下表面与所述多个压力传感器之间设置有底端为球面的压力传导柱。
5.如权利要求4所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述多个压力传感器与所述底面的上表面之间设置有顶端为平面的传感器支撑柱。
6.如权利要求1或2所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述垫板具有不同的厚度以供选择。
7.如权利要求1所述的韧带平衡调节辅助装置，其特征在于，所述传感器模块的所述多个压力传感器分布在一个凹三角形的面内，所述多个压力传感器为4-30个压电薄膜传感器。
8.—种如权利要求1所述的韧带平衡调节辅助装置的膝关节弯曲角度计算方法，其特征在于: 该膝关节弯曲角度是基于计算出的所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力，根据所述压力合力在人体矢状面内的垂直分量与水平分量的比值求得。
9.一种如权利要求1所述的韧带平衡调节辅助装置的膝关节外旋角度计算方法，其特征在于: 基于计算出的所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力，在人体横断面内计算该两个压力合力的压力合力位置的连线与人体冠状面之间的夹角，该夹角即为所述膝关节外旋角度。
10.一种韧带平衡调节辅助方法，用于在人工膝关节置换过程中辅助医生进行韧带受力平衡的调节，其特征在于，所述韧带平衡调节辅助方法包括: 步骤1:手术中在股骨部件与胫骨部件平台之间临时放置压力获取装置及垫板，压力获取装置内部两侧分别装设两个传感器模块；步骤2:通过所述传感器模块内设置的多个压力传感器来实时感测自股骨部件内髁和外髁施加于所述传感器模块的压力值； 步骤3:根据所述多个压力传感器的感测数据及位置数据计算辅助数据，所述辅助数据至少包括所述内髁和外髁处空间矢量的压力合力的压力合力值与压力合力位置； 步骤4:将步骤3计算所得的所述辅助数据显示在显示装置的屏幕上，并判断所述股骨部件的内髁和外髁的两个所述压力合力的压力合力值以及所述压力合力位置是否在预定范围内，以确定是否需对韧带的松紧程度进行调节。
【文档编号】A61B5/22GK103565438SQ201210277325
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】米宽, 王爱斌, 张良, 张轩昂, 谭润菲 申请人:北京纳通科技集团有限公司