一种股骨长度测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及于骨科医疗器械【技术领域】，尤其涉及一种股骨长度测量装置，包括固定支撑装置，检测装置，分析装置；所述检测装置为2个光轴平行的双目工业相机；所述分析装置包括显示器，主机以及测量分析系统。本发明的有益效果为：提出了一种简洁有效的股骨头置换手术时的股骨长度测量方法，为提高股骨头置换手术的质量提供了有效技术手段；该装置充分考虑了股骨头置换手术和视觉测量的技术特点，测量过程中不接触患者创伤面，为非接触测量；同时测量结果实时显示，辅助医生进行手术；该装置基于嵌入式系统构建，集成度高、体积小、成本低、便于推广使用。
【专利说明】一种股骨长度测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及骨科医疗器械【技术领域】，尤其涉及一种股骨长度测量装置。
【背景技术】
[0002]股骨头坏死是一个病理演变过程，初始发生在股骨头的负重区，应力作用下坏死骨骨小梁结构发生损伤，导致股骨头结构改变、股骨头塌陷、变形，关节炎症，关节活动和负重行走功能障碍。股骨头置换手术是解决股骨头坏死的有效医疗手段。
[0003]在股骨头置换手术中，目前医生主要依靠肉眼和手感来确定人工关节置换后的长度和位置是否正确，置换关节的长短主要依赖于医生的经验判断，患者术后下肢不等长的现象比较普遍，患肢延长的情况比较多，也是临床上患者主诉较多的问题之一。股骨头置换术后经常发生腿的长度变化，主要表现为侧腿长度拉长，据统计约有60%的患者长度拉长超过I厘米，造成患者行走步态异常，给患者日常行动带来不便。更为严重的是如果股骨头假体出现位置偏差，会造成后侧通道软组织损伤以及早期关节周围软组织力量薄弱，进一步引发固定骨钉脱落、股骨头脱位等严重后果。所以股骨头置换手术中，置换后的人工关节长度是否合适成为了影响患者术后步态和功能恢复的关键因素。
[0004]因此，本领域迫切需要一种医疗设备，能够帮助医生手术时准确、快捷的测量股骨头的长度，从而保证置换后的股骨头长度准确，利于患者术后步态和功能恢复，有效的提高了手术质量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低和操作便利的股骨长度测量装置，帮助医生在进行股骨头置换手术时能够准确、快捷的测量股骨头的长度，从而保证置换后的股骨头长度准确，有效的提高了手术质量。
[0006]基于上述目的，本发明提供了一种股骨长度测量装置，用于在股骨头置换时测量股骨的长度，该装置包括靶标机构、双目相机、视觉测量机构和显示器，其中:
所述靶标机构用于固定在股骨上；
所述双目相机相对于髋关节的位置固定，用于周期性采集所述靶标机构的图像；所述视觉测量机构接收所述双目相机的图像信息，以及依据该图像信息判断所述视觉测量机构与所述靶标机构的间距；
所述显示器与所述视觉测量机构相连接，用于显示所述视觉测量机构与所述靶标机构的间距。
[0007]可选的，所述靶标机构包括定位球和骨钉，所述定位球安装在骨钉的端部，所述骨钉用于固定连接在股骨上。
[0008]可选的，所述双目相机固定连接有夹具或者骨钉，所述夹具或者骨钉用于固定连接在所述髋关节上。
[0009]可选的，所述双目相机固定连接有机械臂，所述机械臂用于固定连接在手术室天花板或者手术床支架上。
[0010]可选的，所述显示器与所述视觉测量机构通过无线网络连接。
[0011]可选的，所述双目相机内设置有两个COMS模块和两个镜头模块，所述两个COMS模块分别用于采集两个镜头模块的图像。
[0012]可选的，所述视觉测量机构集成在所述双目相机内，所述视觉测量机构包括: 嵌入式视觉测量模块，接收所述COMS模块的图像并进行时序调整，将调整后的图像传送至处理器模块；
处理器模块，依据获取的图像确定靶标机构的位置，并计算该位置与所述处理器模块定义的基准点的距离；
信息收发模块，负责所述处理器模块和所述显示器之间的数据通信。
[0013]可选的，所述处理器模块定义的基准点为所述双目相机的其中一个镜头模块。
[0014]可选的，所述嵌入式视觉测量模块采用FPGA模块，所述FPGA模块与所述两个COMS模块电连接；所述处理器模块采用DSP模块，所述DSP模块与所述FPGA模块电连接。
[0015]可选的，所述FPGA模块还连接有SRAM模块，用于存储图像信息；所述DSP模块还连接有SDRAM模块，用于存储距离信息；与之相对应的，
所述显示器为触控式显示器，用于人机互动发出调取信息的指令，所述DSP模块依据指令调取相应的图形信息或者距离信息并显示于所述显示器上。
[0016]综上所述，本发明提供的股骨长度测量装置，通过双目相机采集靶标机构的左右眼图像，由视觉测量机构分析左右眼图像后判断靶标机构与双目相机的距离，并将该距离显示于显示器上，该距离即可反应股骨的长度。本发明在使用时只需要将靶标机构固定于股骨，将双目相机与髋关机保持位置固定即可，操作便捷；尤其是，该装置由现有的双目相机等构件通过特定的连接关系和结构改进构成，通过视觉测量原理即可完成长度测量，本发明具有结构简单、成本低的优点，更便于推广应用。
[0017]进一步的，本发明在使用时，将双目相机和靶标机构固定之后，该装置自动测量距离并显示于显示器上，不需要再进行手动调整等操作，避免了测量过程对患者创伤面的过多接触。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例一的结构原理图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
图3是本发明实施例三的原理框图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]实施例一
参见图1，该实施例提供了一种股骨长度测量装置，该装置主要用于在股骨头置换手术过程中，进行股骨长度的实时测量，进而确保股骨头置换后的双腿长度一致，提高手术的成功率。
[0021]参见图1,该装置主要包括祀标机构100、双目相机200、视觉测量机构300和显示器400。所述靶标机构100用于固定在股骨上；所述双目相机200相对于髋关节的位置固定；所述视觉测量机构300与所述双目相机200相连接，所述显示器400接入所述视觉测量机构300。
[0022]所述双目相机200周期性采集所述靶标机构100的图像；所述视觉测量机构300接收所述双目相机200的图像信息，以及依据该图像信息判断所述视觉测量机构300与所述靶标机构100的间距；所述显示器400显示所述视觉测量机构300与所述靶标机构100的间距。
[0023]在股骨头置换领域，手术成功的重要因素之一为股骨的术后长度，该长度在术中和术后可通过股骨某参考点距离髋关节某基准点的距离来体现。本发明的靶标机构100固定在股骨上，作为股骨的某参考点；本发明的双目相机200与髋关节的位置相对固定，作为髋关节的某基准点。通过双目相机200的三维定位功能辅以进行一定的数据分析，即可获知双目相机200距离靶标机构100的距离，该距离即可反映所述股骨的长度。上述的数据分析采用简单的坐标数据转换即可完成，此为现有技术不再赘述。本发明结构简单，能够精确快捷的测得股骨的长度，且术前固定靶标位置和双目相机后，在手术中不需再因测量长度而触及创伤面，降低了患者的痛苦并提高了手术的成功率。
[0024]实施例二
参见图2，该实施例也提供了一种股骨长度测量装置，该实施例是在实施例一的基础上的进一步改进，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已描述的技术方案不再重复描述。具体而言:
股骨头置换时，股骨的位置被不断调整和移动，为确保调整和移动过程中所述靶标机构100不脱落，该实施例中，所述靶标机构100采用骨钉固定的方式固定在股骨上。即，所述靶标机构100包括定位球110和骨钉120，所述定位球110安装在骨钉120的端部，所述骨钉120用于固定连接在股骨上。采用定位球110，可使得所述双目相机200的左右眼镜头采集到的定位球110图像形状相同，即确保图像只有大小的区别而没有形状的变化，有利于先后图像的比对，便于数据处理，提高长度测量的准确性。
[0025]该实施例中，所述双目相机200固定连接有机械臂210，所述机械臂210固定连接在手术室天花板上，也可以是固定在手术床支架上，或者固定在相对于手术床位置固定的其他设备上。采用机械臂210的固定方式，利用机械臂210的摆动功能，可以任意调整双目相机200的位置，实现选取最适宜作为测量基准点的位置，以及实现测量时将双目相机200置于预设的位置，不需测量时将双目相机200移转至其他位置避免妨碍手术操作，当双目相机200移转之后再次复位时，可借助显示器400的距离显示作为参考进行复位。
[0026]另，所述双目相机200也可以通过夹具或者骨钉直接固定在髋关节上，以进一步减小装置所占用的空间，以及进一步降低成本。例如，所述双目相机200固定连接有夹具或者骨钉，所述夹具或者骨钉用于固定连接在所述髋关节上。
[0027]该实施例中，所述显示器400与所述视觉测量机构300通过无线网络连接，以优化该设备的布线，防止布线复杂导致手术现场凌乱，降低手术的风险。
[0028]实施例三该实施例也提供了一种股骨长度测量装置，该实施例是在实施例二的基础上的进一步改进，实施例二所描述的技术方案也属于该实施例，实施例二已描述的技术方案不再重复描述。具体而言:
该实施例主要是对双目相机200进行了结构和功能上的改进，使其有效的用于股骨长度的测量，以及使其能够与视觉测量机构300集成为一体式结构，提高该装置结构紧凑度。
[0029]该实施例中，所述双目相机200内设置有两个COMS模块(COMS即图像传感器)和两个镜头模块，所述两个COMS模块分别用于采集两个镜头模块的图像，即分别用于采集左右眼图像。
[0030]所述视觉测量机构300包括嵌入式视觉测量模块、处理器模块和信息收发模块，所述嵌入式视觉测量模块、所述处理器模块和所述信息收发模块优选集成在所述双目相机200内，构成一体机。
[0031]其中:所述嵌入式视觉测量模块，接收所述图像采集模块的图像并进行时序调整，将调整后的图像传送至处理器模块，同时在这个过程中对图像进行去除噪声和畸变校正，提高图像质量；所述处理器模块，依据获取的图像确定靶标机构100的位置，并计算该位置与所述处理器模块定义的基准点的距离，所述处理器模块定义的基准点例如可以是所述双目相机200的其中一个镜头模块；所述信息收发模块，负责将所述处理器模块和所述显示器400之间的数据通信。
[0032]上述的计算该位置与所述处理器模块定义的基准点的距离，其原理为:双目相机200的两个镜头模块从不同角度同时获取同一靶标机构100的两幅图像，利用双目系统可以确定具有像平面坐标点的世界点的坐标，可以把定位球110与像平面的距离同视差联系起来，基线和焦距已知，通过计算空间点在两幅图像中的视差即可获得定位球110的三维坐标值；基于立体视差的原理，本发明利用位于空间中的靶标点在两台摄像相机成像平面上的透视成像点坐标，求取该靶标点的三维坐标，从而获取测量模块和靶标之间的距离。
[0033]参见图3，该实施例所优选的，视觉测量机构300中:所述嵌入式视觉测量模块采用FPGA模块(FPGA是指Field — Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)，所述FPGA模块与所述两个COMS模块电连接；所述处理器模块采用DSP模块(DSP是指digitalsignal processor,即数字信号处理器)，所述DSP模块与所述FPGA模块电连接。所述FPGA模块还连接有SRAM模块(SRAM是指Static RAM,即静态随机存储器)，用于存储图像信息；所述 DSP 模块还连接有 SDRAM 模块(SDRAM 是指 Synchronous Dynamic Random AccessMemory,即同步动态随机存储器)，用于存储距离信息；与之相对应的，所述显示器为触控式显示器，用于人机互动发出调取信息的指令，所述DSP模块依据指令调取相应的图形信息或者距离信息并显示于所述显示器上。
[0034]该实施例所优选的，所述FPGA模块通过所述DSP的VP 口输送信息，以提高信息传送的效率。所述FPGA模块和所述DSP模块分别连接POWER模块(即电源模块)，以提供电力。视觉测量机构300包括两个FLASH模块，所述两个FLASH模块分别连接所述FPGA模块和所述DSP模块，所述系统参数和软件程序置于FLASH中。
[0035]该实施例采用上述型号的各模块，在确保距离测量的基础上，能够将其集成在同一 PCB上,便于内嵌于双目相机200中，形成一体机。
[0036]应用为更清楚的表达本发明的技术方案，结合图2和图3，进行如下应用描述:
I)手术前，首先利用骨钉安装患者的待置换股骨头上且靠近膝盖部位，并保证所固定位置在手术截取部位以下，保证置换前后靶标机构100相对位置不动，视觉测量系统可以一直“看到”靶标。
[0037]2)患者躺在手术床上，麻醉后保持身体位置不变。
[0038]3)把双目相机200固定在机械臂210的活动端，机械臂210的另一端固定在手术室的天花板上。通过触控式的显示器400，操作机械臂210移动到患者胯部，也就是髋关节部位。同时双目相机200的镜头方向对准靶标方向；同时视觉测量机构300自动记录基准点的位置，以双目相机200的其中一个镜头模块作为基准点。
[0039]4) DSP模块控制两个CMOS传感器分别采集一帧图像，经过FPGA模块处理后传输到系统SDRAM模块中。DSP模块对图像进行靶标机构100的目标识别、视差计算、距离测量后得到基准点同靶标机构100之间的距离，该距离即为置换前的股骨头相对原始长度。通过无线方式把该长度信息发送到显示器400显示，供医生查看。
[0040]5)医生开始手术，为方便手术，由护士通过显示器400操作机械臂210，移动其上固定的双目相机200移到空闲区域。
[0041]6)医生截取患者的换死股骨头，换上人工股骨，在需要确定人工股骨长度时，由护士在触控式的显示器400中重新移动机械臂210，把双目相机200恢复到初始位置。
[0042]7)双目相机200恢复到初始位置后，重新开始测量，计算双目相机200到靶标机构100之间的长度，同时把该长度同股骨头置换之间的测量长度进行对比，并把计算结果通过无线方式发送到显示器400上，提示医生当前人工股骨同原股骨长度之间的差异，帮助医生定位。
[0043]8)定位结束后，把双目相机200移动到空闲位置，医生完成股骨头置换手术。
[0044]股骨头置换手术中，可以采用机械臂210方式灵活移动双目相机200，也可以采用骨钉、夹具等方式把双目相机200直接固定在患者髋关节处，实时测量同靶标机构100之间的长度，并把结果显示到显示器400，辅助医生完成手术。
[0045]由该应用可知，本发明提出了一种结构简单和操作便利的股骨头置换手术时的股骨长度测量装置，为提高股骨头置换手术的质量提供了有效技术手段；该装置充分考虑了股骨头置换手术和视觉测量的技术特点，测量过程中不接触患者创伤面，为非接触测量；同时测量结果实时显示，辅助医生进行手术；该装置基于嵌入式系统构建，集成度高、体积小、成本低、便于推广使用。
[0046]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种股骨长度测量装置，用于在股骨头置换时测量股骨的长度，其特征在于，该装置包括靶标机构、双目相机、视觉测量机构和显示器，其中: 所述靶标机构用于固定在股骨上； 所述双目相机相对于髋关节的位置固定，用于周期性采集所述靶标机构的图像； 所述视觉测量机构接收所述双目相机的图像信息，以及依据该图像信息判断所述视觉测量机构与所述靶标机构的间距； 所述显示器与所述视觉测量机构相连接，用于显示所述视觉测量机构与所述靶标机构的间距。
2.根据权利要求1所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述靶标机构包括定位球和骨钉，所述定位球安装在骨钉的端部，所述骨钉用于固定连接在股骨上。
3.根据权利要求1所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述双目相机固定连接有夹具或者骨钉，所述夹具或者骨钉用于固定连接在所述髋关节上。
4.根据权利要求1所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述双目相机固定连接有机械臂，所述机械臂用于固定连接在手术室天花板或者手术床支架上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述显示器与所述视觉测量机构通过无线网络连接。
6.根据权利要求1-4 任一项所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述双目相机内设置有两个COMS模块和两个镜头模块，所述两个COMS模块分别用于采集两个镜头模块的图像。
7.根据权利要求6所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述视觉测量机构集成在所述双目相机内，所述视觉测量机构包括: 嵌入式视觉测量模块，接收所述COMS模块的图像并进行时序调整，将调整后的图像传送至处理器模块； 处理器模块，依据获取的图像确定靶标机构的位置，并计算该位置与所述处理器模块定义的基准点的距离； 信息收发模块，负责所述处理器模块和所述显示器之间的数据通信。
8.根据权利要求7所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述处理器模块定义的基准点为所述双目相机的其中一个镜头模块。
9.根据权利要求8所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述嵌入式视觉测量模块采用FPGA模块，所述FPGA模块与所述两个COMS模块电连接；所述处理器模块采用DSP模块，所述DSP模块与所述FPGA模块电连接。
10.根据权利要求9所述的股骨长度测量装置，其特征在于，所述FPGA模块还连接有SRAM模块，用于存储图像信息；所述DSP模块还连接有SDRAM模块，用于存储距离信息；与之相对应的， 所述显示器为触控式显示器，用于人机互动发出调取信息的指令，所述DSP模块依据指令调取相应的图形信息或者距离信息并显示于所述显示器上。
【文档编号】A61B5/107GK104068861SQ201410314709
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】吴浩, 胡瑞 申请人:波纳维科（天津）医疗科技有限公司