[发明专利]基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统

说明书

本发明涉及一种手术器械，具体涉及一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统，该系统包括参考惯性传感器、控制终端、基准固定架、调整惯性传感器、股骨远端截骨调整装置、股骨远端截骨导向器和股骨锯切槽，该方法包括：S1、建立参考惯性传感器、调整惯性传感器与控制终端之间的通信连接；步骤S2、标定参考惯性传感器和调整惯性传感器；S3、股骨注册；S4、计算股骨远端截骨调整装置的内/外翻角度及前/后倾角度；S5、通过股骨远端截骨调整装置调整其内/外翻角度和前/后倾角度，确定最终截骨平面；S6、截骨。本发明能够快速实现关节置换手术中相关轴线识别和定位，简化手术操作，缩短手术时间，降低成本价格。

技术领域

本发明涉及一种手术器械，具体涉及一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统。

背景技术

随着我国人口老龄化问题日益严重，膝关节骨性关节炎OA的发病率呈上涨趋势，患者的平均年龄呈下降趋势。目前，全膝关节置换术TKA是治疗严重OA的可靠治疗方法，由于人们岁生活医疗水平的要求越来越高，接受TKA手术的患者越来越越多。

TKA需要在截除病变骨软骨组织的同时准确恢复下肢力线，否则会出现功能欠佳、假体磨损严重、脱位、翻修等问题。这就要求TKA手术需要根据患者下肢的解剖与病变，进行精确的截骨与假体植入。

常规的TKA手术一般借助于术前的X光片手术规划，术中依靠机械机构引导的手术器械手工进行髓内和髓外定位和测量,进行截骨和假体植入，严重依赖外科医生的手感、经验和手术器械的精度。即使经验丰富的医生实施手术，术后下肢力线不理想的发生率也不低于10％。

随着计算机技术、红外线感应技术、CT技术的发展，计算机辅助导航TKA开始出现，但该类型设备，严重依赖于图像处理，体表可视化标记，并且术中定位、感应时间长，体积庞大，价格昂贵。近年来随着加速器、陀螺仪等微机械(MENS)传感器，无线数据传输技术的发展，无影化小型计算机导航在国外开始发展，并且应用于临床，此类能够实现植入物与相关轴线实现精确定位，如zimmer的i-Assist,但其价格昂贵，手术器械操作复杂，手术时间长，未能在我国进行大规模的临床应用。

MEMS传感器的发展，使医生借助该类计算机辅助系统能够对人体解剖特征进行识别和定位，实现TKA手术中植入物与相关轴线精确定位，但是如何简单快速精确的进行TKA手术中的相关轴线识别和定位，简化手术操作，缩短手术时间，降低成本价格，增加器械使用次数是本领域尚未解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统，能够快速实现关节置换手术中相关轴线识别和定位，简化手术操作，缩短手术时间，降低成本价格。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立参考惯性传感器、调整惯性传感器与控制终端之间的通信连接，系统初始化；

步骤S2，系统初始化完成后，将参考惯性传感器、调整惯性传感器安装在标定装置中，进行标定；

步骤S3，标定完成后,进行股骨注册，在机械力线入髓点固定股骨长钉，通过基准固定架将参考惯性传感器固定在股骨长钉上，建立参考坐标系X1、Y1、Z1，活动下肢，参考惯性传感器周期性地采集其位置坐标信息，选取分布在同一环形或星形轮廓上的N个数据采集点，坐标值分别为(x_i y_i z_i)，其中i＝1,2,3，…，N，N为正整数，利用N个稳定点坐标，通过最小二乘法获取股骨头中心点坐标，并计算机械力线与解剖轴线的夹角α；