專利名稱：便攜式骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種用作脊柱外科的頸、胸、腰椎弓根穿 刺及螺釘固定等骨科手術(shù)中輔助裝置的便攜式骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器。
背景技術(shù)：
已有的骨外科手術(shù)操作中，穿刺技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，特別是在進(jìn)行脊柱外科的經(jīng) 椎弓根手術(shù)操作時(shí)，必須在唯一正確的骨性通道內(nèi)進(jìn)行穿刺，從而使螺釘或骨水泥等置入 位置準(zhǔn)確，故而要求臨床醫(yī)師能高精度地確定器械操作的矢狀角和方位角。然而，目前一般 都是靠醫(yī)生眼觀目測(cè)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)粗略估計(jì)角度的大小，因此，即使是經(jīng)驗(yàn)很豐富的醫(yī)生，也無(wú) 法保證角度的完全正確或者基本準(zhǔn)確。文獻(xiàn)報(bào)道椎弓根螺釘?shù)恼`置率介于10% -33. 7%, 并發(fā)癥后果嚴(yán)重。矢狀角不準(zhǔn)確可能使椎弓根釘置于椎間盤(pán)或者傷及椎間孔內(nèi)的神經(jīng)根， 導(dǎo)致內(nèi)固定失效或感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能障礙；方位角(內(nèi)傾角)過(guò)大或者過(guò)小，可使椎弓根釘進(jìn)入 椎管內(nèi)或者穿出椎體外壁，傷及脊髓和腹內(nèi)大血管及臟器，造成嚴(yán)重的后果。專利號(hào)為9724488. 1的中國(guó)實(shí)用新型專利、專利號(hào)為200620024102. 8的中國(guó)實(shí)用 新型專利、專利號(hào)為200920101434. 5的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了幾種用于椎弓根固定手 術(shù)的輔助裝置，但基本上是同一個(gè)類型，差別在于材料，以及在實(shí)現(xiàn)工藝上的改進(jìn)。其中，專 利號(hào)為9724488. 1的中國(guó)實(shí)用新型專利所公開(kāi)一種機(jī)械式椎弓根固定手術(shù)的輔助裝置通 過(guò)調(diào)節(jié)連接板和定位板上的螺栓和螺母來(lái)將定位板，連接板和彎板固定以保持調(diào)整好的角 度和橫向距離。手術(shù)時(shí)，固定彎板上的導(dǎo)向孔中的打孔器即所對(duì)位置。該輔助裝置的不足 之處在于1.在打孔之前，固定好角度和橫向距離，不可能做到依據(jù)具體的個(gè)體的差異及時(shí) 調(diào)整這個(gè)角度和橫向距離。2.整個(gè)裝置由木頭，螺釘和螺母構(gòu)成。從本身的材料的物理特性很難保證其固有 精度；再經(jīng)過(guò)加工時(shí)的工具精度，同樣影響其裝置的精度。3.在手術(shù)中醫(yī)護(hù)人員的差異，很難要求每一個(gè)使用人員在讀取刻度是遵守讀取規(guī) 則，從實(shí)際使用中又引入人為誤差。4.由于定位板和鏈接板，以及彎板是通過(guò)螺釘和螺母的方式固定，很難保證在使 用前和使用中，不會(huì)由于外力的作用而產(chǎn)生相對(duì)位移，而造成定位角度上的偏差。5.從其裝置本身的構(gòu)造的描述，決定其體積過(guò)大，不便攜，不能提供動(dòng)態(tài)的位置信 息使醫(yī)護(hù)人員根據(jù)個(gè)體差異及時(shí)調(diào)整角度滿足具體情況要求，而且使用相對(duì)繁瑣復(fù)雜。6.其裝置必須錨定于棘突等骨性結(jié)構(gòu)之上，只適合于開(kāi)放手術(shù)中相應(yīng)的解剖標(biāo)志 獲得清楚顯露的情況之下，無(wú)法應(yīng)用于目前廣泛興起的微創(chuàng)脊柱外科手術(shù)，如經(jīng)皮椎弓根 螺釘固定術(shù)、經(jīng)皮椎體成形術(shù)、經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)等術(shù)式。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種可以實(shí)時(shí)顯示器械位置情況的便攜式骨科手術(shù)三
3維定位導(dǎo)向器，可以在臨床中輔助醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)確確定器械位置的矢狀角和方位角的大小， 實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)向。為實(shí)現(xiàn)本上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下一種使用權(quán)利要求1所述方法的骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，包括供電單元、由加 速度傳感器和磁場(chǎng)傳感器組成的傳感器單元、微控制處理器、和顯示單元，固定于器械上的 傳感器單元獲取地理坐標(biāo)系下的加速度分量和磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，并傳輸至微控制器單元進(jìn)行 處理，轉(zhuǎn)換為器械的方位角和矢狀角信息，方位角和矢狀角信息傳輸至顯示單元顯示。本實(shí)用新型導(dǎo)向器還包括無(wú)線傳輸單元，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元將方位角和矢狀 角信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行其它處理，同時(shí)并把相應(yīng)數(shù)據(jù)在上位機(jī)上顯示，以獲得更多的信 息，提供醫(yī)護(hù)人員參考。本實(shí)用新型所述的供電單元為無(wú)線充電式供電單元，包括前級(jí)部分和后級(jí)部分， 前級(jí)部分與后級(jí)部分采用電磁感應(yīng)方式連接，這樣在供電電源用完時(shí)，不用拆卸充電，方便 導(dǎo)向器的使用。本實(shí)用新型所述無(wú)線供電單元的后級(jí)部分與所述的傳感器單元、微控制器、無(wú)線 數(shù)據(jù)傳輸單元封裝為一體的印刷電路板固定于設(shè)備器械上，印刷電路板的中軸線與整個(gè)設(shè) 備器械的中軸線重合的部位，以降低測(cè)量誤差。所述的加速度傳感器可以采用二軸或三軸加速度傳感器，本裝置采用三軸加速度 傳感器。所述的磁場(chǎng)傳感器采用三軸磁場(chǎng)傳感器。本實(shí)用新型利用磁北方向和重力方向以及磁西方向建立一個(gè)地理坐標(biāo)系，來(lái)作為 本裝置的絕對(duì)參考系。通過(guò)加速度傳感器和磁場(chǎng)傳感器測(cè)得在絕對(duì)坐標(biāo)系下的器械實(shí)時(shí)重 力分量和磁場(chǎng)分量，再通過(guò)器械體坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)變換，從 而提取到方位角和矢狀角信息。本實(shí)用新型可以在臨床中輔助醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)確確定矢狀角和方位角的大小，實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)導(dǎo)向，定位精度高；并可進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，避免了各種人為失誤，同時(shí)，本實(shí)用新型體積小， 便于攜帶。通過(guò)本實(shí)用新型，醫(yī)護(hù)人員可以得到實(shí)時(shí)的位置準(zhǔn)確信息提高手術(shù)的成功率。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型的組成框圖；圖2為本實(shí)用新型所依據(jù)的兩個(gè)坐標(biāo)系，以及方位角和矢狀角與這兩個(gè)坐標(biāo)系之 間的關(guān)系示意圖；圖3為本實(shí)用新型將地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成器械體坐標(biāo)系的過(guò)程示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的輸出結(jié)果的流程圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在通過(guò)參考附圖來(lái)較為完整的闡釋本實(shí)用新型，其中示出本實(shí)用新型的示例性 實(shí)施例。如
圖1所示，本實(shí)用新型便攜式骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，包括供電單元1、由加 速度傳感器2和磁場(chǎng)傳感器3組成的傳感器單元4、微控制器5、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元7和顯示
4單元6，供電單元1給其他組成單元供電，固定于器械上的傳感器單元4獲取地理坐標(biāo)系下 的加速度分量和磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，并傳輸至微控制器單元5進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為器械的方位角 和矢狀角信息，方位角和矢狀角信息在顯示單元實(shí)時(shí)顯示；并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元7發(fā) 送到上位機(jī)作進(jìn)一步處理，以顯示更詳細(xì)的信息。供電單元1分為前級(jí)部分和后級(jí)部分，前級(jí)部分和后級(jí)部分并不直接相連，而是 通過(guò)電磁相互轉(zhuǎn)換的原理將兩者聯(lián)系起來(lái)。前級(jí)部分是由AC-DC電路模塊、初級(jí)線圈驅(qū)動(dòng) 電路、初級(jí)線圈構(gòu)成；后級(jí)部分由次級(jí)線圈、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、鋰電充電保護(hù)和提示 電路構(gòu)成。使用過(guò)程中，鋰電池給其它單元供電，鋰電電量不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)檢測(cè)和提示使用 者通過(guò)前級(jí)給后級(jí)充電。將無(wú)線供電單元1的后級(jí)部分與傳感器單元4、微控制器5、和無(wú) 線數(shù)據(jù)傳輸單元7封裝為一體的印刷電路板，傳感器應(yīng)該布置在印刷電路板的中心位置； 由于傳感器易受鐵性，磁性材料的影響，為了減少這種干擾，將無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元布置在印 刷電路板的末端，盡最大可能離傳感器的最遠(yuǎn)處；在布置傳感器周圍的器件應(yīng)避免在傳感 器四周圍10毫米內(nèi)出現(xiàn)；印刷電路板在設(shè)備器械上的固定位置，要保證印刷電路板的中軸 線與整個(gè)設(shè)備器械的中軸線重合，否則將會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。整個(gè)印刷電路板不需要導(dǎo)線 與外界聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，無(wú)線傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)在顯示單元上顯示，同時(shí)并把相應(yīng)數(shù)據(jù) 傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行其它處理。上述供電單元1也可采用其他形式的常用工作電源，或獨(dú)立 的微型電池等。上述傳感器單元4中的加速度傳感器2采用容式MEMS加速度傳感器，本實(shí)施例 中，我們采用的是ST (意法)公司加速度傳感器，也可以使用其它公司的MEMS的加速度傳 感器，如AD公司MEMS加速度傳感器，飛思卡爾公司的MEMS加速度傳感器。傳感器單元4中的磁場(chǎng)傳感器3采用磁阻式磁場(chǎng)傳感器，本實(shí)施例中使用的是 ST (意法)公司的地磁集成模塊，也可以使用霍尼韋爾公司HMC系列磁場(chǎng)計(jì)和Infineon公 司的巨磁阻磁場(chǎng)計(jì)。微控制器5為超低功耗高性能的微處理器，本實(shí)施例中我們使用TI公司的MSP430 系列微處理器，也可以使用ATMEL公司、NXP公司、意法公司或AD公司的微處理器。顯示單元6采用的是小尺寸的液晶，有相應(yīng)的中文提示字符和符號(hào)，當(dāng)然也可以 采取其它顯示載體，顯示單元可以安裝于方便醫(yī)護(hù)人員方便察看的器械上。無(wú)線傳輸單元7采用TI公司的擁有業(yè)界最低功耗的射頻(RF)芯片CC1000，也可 以通過(guò)其它無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，如紅外、藍(lán)牙、zigbee、WIFI等。通過(guò)在手術(shù)器械上固定安裝加速度傳感器和磁場(chǎng)傳感器，由加速度傳感器獲取手 術(shù)器械各軸對(duì)應(yīng)的重力加速度分量，磁場(chǎng)傳感器獲取手術(shù)器械各軸對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)分量；再將 獲取的重力加速度分量和磁場(chǎng)分量轉(zhuǎn)換為方位角和矢狀角信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，根據(jù)顯示的 方位角和矢狀角信息來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)三維定向?qū)颉@取的重力加速度分量和磁場(chǎng)分量轉(zhuǎn)換為器械的方位角和矢狀角信息所采用 的計(jì)算方法為
權(quán)利要求一種便攜式骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，其特征在于包括供電單元、由加速度傳感器和磁場(chǎng)傳感器組成的傳感器單元、微控制處理器、和顯示單元，固定于器械上的傳感器單元獲取地理坐標(biāo)系下的加速度分量和磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，并傳輸至微控制器單元進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為器械的方位角和矢狀角信息，方位角和矢狀角信息輸出到顯示單元實(shí)時(shí)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，其特征在于還包括無(wú)線傳輸單 元，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元將方位角和矢狀角信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行其它處理，同時(shí)并把 相應(yīng)數(shù)據(jù)在上位機(jī)上顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，其特征在于所述的供電單 元為無(wú)線充電式供電單元，包括前級(jí)部分和后級(jí)部分，前級(jí)部分與后級(jí)部分采用電磁感應(yīng) 方式連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，其特征在于所述無(wú)線供電單元 的后級(jí)部分與所述的傳感器單元、微控制器、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元封裝為一體的印刷電路板 固定在設(shè)備器械上，印刷電路板的中軸線與整個(gè)設(shè)備器械的中軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，其特征在于所述的加速度傳感 器采用二軸或三軸加速度傳感器；所述的磁場(chǎng)傳感器采用三軸磁場(chǎng)傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種便攜式骨科手術(shù)三維定位導(dǎo)向器，包括供電單元、由加速度傳感器和磁場(chǎng)傳感器組成的傳感器單元、微控制處理器、和顯示單元，固定于器械上的傳感器單元獲取地理坐標(biāo)系下的加速度分量和磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，并傳輸至微控制器單元進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為器械的方位角和矢狀角信息，方位角和矢狀角信息輸出到顯示單元實(shí)時(shí)顯示。本實(shí)用新型可以在臨床中輔助醫(yī)護(hù)人員確定矢狀角和方位角的大小，避免各種人為失誤，同時(shí)，本實(shí)用新型體積小、便于攜帶；通過(guò)本實(shí)用新型，醫(yī)護(hù)人員可以得到實(shí)時(shí)的位置準(zhǔn)確信息提高手術(shù)的成功率。
文檔編號(hào)A61B17/90GK201727577SQ201020231849
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者王智運(yùn), 趙碩峰 申請(qǐng)人:王智運(yùn);趙碩峰