一种激光远距离测量骨折旋转对位的方法和装置与流程

本发明公开的属于医疗辅助设备领域，具体为一种激光远距离测量骨折旋转对位的方法和装置。

背景技术：

由于各种原因导致的四肢骨折尤其骨干骨折，往往严重影响患者日常生活和工作能力，危害健康。由于医疗技术和水平的日益进步，国内外有相关资质的医院都可以开展此类骨折手术。

闭合复位髓内钉固定接骨术是此类损伤的常用、规范的微创治疗方式之一，因为它能最大限度保留骨折端骨外膜的血液供应，促进骨折愈合。而采用开放性手术会加重局部血液供应的破坏，不利骨折愈合，甚至导致骨愈合延迟或骨不连接，从而失去手术意义。

术中如何达到骨折的良好复位是手术成功实施的必备条件之一。术中复位不良会造成肢体的力线异常，骨折畸形愈合，肢体功能受限，再次翻修手术等严重后果。对于粉碎性骨折或者局部肌肉覆盖丰富的骨骼来说闭合手术复位时无法通过触摸骨嵴的连续性来进行复位情况的判断。借助多角度x线透视仅能从二维平面评估骨折冠状位和矢状位骨折对位对线情况，但是由于骨骼本身为三维立体构造，所以术中对于第三维平面---横断面，即骨干的旋转对位情况难以利用普通透视完成相对精确的评估。以大腿股骨为例，如果偏差角度过大，则术后患者出现明显内八字或外八字步态，不仅影响美观，甚至诱发医疗法律诉讼。

对于术中骨折端旋转角度的测量和控制，已经有众多医疗工作者做出了很多不同的尝试，但是传统解决方案在方法学上存在明显的测量精度问题。目前单纯的目测观察法(大体目测和观察局部皮纹走行)精度基本无法保证，而通过x线的二维图像(电刀引线法、局部骨质轮廓或皮质连续对称法等)来估算第三维平面的旋转对位情况依然存在缺陷，甚至出现临床判断失误。

通过精密仪器在体外模拟骨骼空间旋转对位情况，如实时3d-ct，计算机导航等方法。由于这类方式依靠相关精准设备和软件程序，可以做到近乎精确评估，所以术中能有效控制骨骼旋转对位。但是这类方法往往需要配备专门的大型医疗设备及相关软件，同时需要一支配合默契的辅助技术团队。实践证明，运用上述方法会明显延长手术时间，可能增加术中失血和发生感染的几率；额外x线透视时间造成潜在损害，增加医疗成本支出，加重患者或保险的费用负担。此外，需要占用较大的手术场地，配置高昂的软硬件和辅助团队，基层医院恐难以普及。

面对目前临床上的窘境，本专利提出的发明技术是一套相对精准、快捷、低廉、便于普及的远距离自动化辅助定位系统，用于体外实时测量和计算骨干旋转对位情况，有效解决前述状况。

技术实现要素：

本发明的目的在于实现骨折手术中骨折近端和远端旋转角度测量。

提供应用成熟且容易控制的步进电机来控制激光数显倾角仪，能精确测量骨折近端、远端放置的骨针在空间标准平面中对地面的相对角度，为手术医生提供比较精准的角度数据参考，大大提高此类手术成功的几率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，本发明的原理是：本发明应用医用骨针、十字线激光数显倾角仪、悬臂式激光光路校准装置和角度校准的步进电机组构成测量系统。

进一步的，通过悬臂式激光光路校准装置和可控步进电机组承载的激光数显倾角仪，在膝关节半月板处放置一根医用骨针，获得激光光路测量时所需的空间标准平面(横断面)，即膝关节处为基准的参考平面；然后在骨折近端、远端相对恒定位置的分别植入一枚医用骨针，通过激光远距离测量各医用骨针在标准平面中获得对地面的相对角度，再计算出骨近、远端之间相对的旋转角度。本发明支持通过指令或操控器通过有线或无线方式控制步进电机组驱动系统，通过一键启动自动控制模式可以实现系统自动对位和测量。同时支持通过激光数显倾角仪的摄像头动态识别两根骨针的位置，通过图像识别和算法计算快速得出测量结果。

进一步的，该测量系统原理科学、操作简单便捷，而且还能单人操作使用，造价低廉、可适应狭小场地，用有线或无线控制自动将测量仪器对位，无需大型设备和专业团队，节省医疗成本，亦无需x线透视，不会造成额外身体损害，有利于各级别医疗单位开展此项技术。这种方法适用于各大小医院，占地空间小、价格低廉、比现有技术精确度高。

进一步的，所述本体包括十字线激光数显倾角仪、全方位步进电机组驱动系统和配套的操作控制器、悬臂式激光光路校准装置、医用骨针、投影板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)平面校准装置可独立于手术台，单独放置；(2)占地空间小；(3)价格低廉；(4)精确度高；(5)测量和操控装置远离手术操作区域，无需涉及手术消毒要求；(6)操作控制器一键自动控制各个步进电机自动调整到最佳测量位置的优点。

附图说明

图1为本发明系统示意图(俯视角)；

图2为膝关节处医用骨针放置位置示意正视图；

图3为膝关节插入医用骨针确定空间标准平视图；

图4为医用骨针1对地角度测量示意图(45°俯视角)；

图5为医用骨针2对地角度测量示意图(45°俯视角)；

图6为步进电机组驱动系统图；

图7为带悬臂式激光光路校准装置的医用骨针；

图8为悬臂式激光光路校准装置(专利号zl201520157335.4)；

图9为投影板平行线侧角度示意图。

附图标记说明：骨折近端1，骨折处2，骨折远端3，步进电机组驱动系统4，十字线激光数显倾角仪5，电源6，操作控制器7，指令传输8，插在膝关节处的医用骨针9，1号医用骨针10，2号医用骨针11，腓骨12，胫骨13，医用骨针14，股骨15，悬臂式激光光路校准装置的悬垂部分16，悬臂式激光光路校准装置的柄17，膝关节18，膝关节处的韧带19，投影板20，步进电机组驱动系统21，支撑上层部件的连接部件22，支撑上层系统机体并包含控制上面部分机体进行垂直方向移动的步进电机23，放置在地面上内置丝杆或其他同类可进行步进控制部件的水平导轨24，脚撑25，可以使得上层部件进行水平方向旋转的步进电机26，水平方向旋转的步进电机和上层部件的连接处27，可以使得上层部件进行垂直方向旋转的步进电机28，内置十字线激光数显倾角仪和摄像头的仪器盒29，医用骨针针体30，悬臂式激光光路校准装置31，位于医用骨针上的橄榄结32，减重孔33，通槽34，有多条两两垂直相交直线的网格状投影板35，医用骨针的投影重合线36，十字线激光的一条投影线37。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种实现骨折手术中骨折近端和远端旋转角度测量的装置。包括：十字线激光数显倾角仪、全方位步进电机组驱动系统和配套的操作控制器、悬臂式激光光路校准装置、医用骨针、投影板。其中，所述装置本体包括股骨，骨折近端，骨折远端，步进电机组，电源，操作控制器，指令传输，插在膝关节处的医用骨针，1号医用骨针，2号医用骨针。

所述步进电机组驱动系统包括十字线激光数显倾角仪、可以控制激光数显倾角仪水平旋转的步进电机、水平导轨、使得激光数显倾角仪左右移动的步进电机、控制上下转动的步进电机、使得上面的激光数显倾角仪进行垂直方向旋转的步进电机。

工作原理：本领域的工作人员通常采用绝缘性能极佳的塑料或木质材料作为悬臂式激光光路校准装置和采用性能极佳的步进电机和控制系统制成本装置。既便于设计成型，且便于控制操作。

本发明将操作控制器7通过指令传输8对步进电机组驱动系统4进行控制，首先在膝关节处放置医用骨针9，并在医用骨针9上放置悬臂式激光光路校准装置31，此时将悬臂式激光光路校准装置确定的垂直于地面的平面作为空间标准平面。然后在骨折远端放置1号医用骨针10，并在1号医用骨针10处放置投影板20，此时投影板要悬垂，使其垂直于地面并紧贴1号医用骨针，此时通过摄像头自动识别骨针位置，通过图像识别算法自动控制步进电机组驱动系统4调整到最佳测量位置，此时十字线激光数显倾角仪5所显示的角度即为1号骨针10在空间标准平面上投影线对地的相对角度。同样的，在骨折近端1放置2号医用骨针11，并在2号医用骨针11处放置投影板20，此时投影板要悬垂，使其垂直于地面并紧贴2号医用骨针，通过和1号骨针10同样的测量方式得出2号骨针10在空间标准平面上投影线对地的相对角度。两个角度之差即为最终测量角度。再参照医学参考角度，调整骨针近端1或骨针远端3的旋转位置最终将最终测量角度和医学参考角度的差值接近于0度即完成操作。

在实际测量过程中，为避免人为引入过多误差，每一步都应严格参考操作流程进行，且在调整患者骨折近端1或远端3时，步进电机组驱动系统4应保持稳定和位置恒定，且调整一端时，另外一端应保持不动，以避免重复测量两根医用骨针的角度。在保持一端不动时只要测量另外一端医用骨针在空间标准平面上的投影线对地相对角度即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。