[发明专利]全髋关节置换手术中骨盆姿态及假体安装角度获取方法与系统

摘要

本发明为全髋关节置换手术中骨盆姿态及假体安装角度获取方法与系统，此方法可以实时地获取骨盆姿态，并以获取的骨盆姿态为参考进行假体安装，确定安装角度，本系统硬件按功能可分为数据采集、数据处理和数据传输三个模块；按组成部分可分为骨盆初始姿态测量装置、骨盆动态测量装置和假体安装角度测量装置，每一部分装置都安装同样的传感器模块，将传感器获取的数据传输到计算机，在计算机上完成骨盆姿态和假体安装角度解算；本发明的使用，将为医生进行全髋关节置换手术带来极大的方便，进而提高手术成功率和治疗效果。

主权项

1.一种全髋关节置换手术中骨盆姿态及假体安装角度获取系统，其特征在于，包括：姿态数据获取模块，包括骨盆初始姿态测量装置、骨盆动态测量装置和假体安装角度测量装置；数据采集模块，设置于姿态数据获取模块中，包括用于获取姿态信息的运动传感器；数据处理模块，设置于姿态数据获取模块中，用于将运动传感器采集的数据存在缓冲区；数据传输模块，设置于姿态数据获取模块中，用于将缓冲区中的数据发送至体外接收器；体外处理模块，用于对数据传输模块发送的数据进行处理，进而解算得到所需姿态和角度信息；所述骨盆初始姿态测量装置测量骨盆前平面，获取骨盆初始姿态，所述骨盆动态测量装置设置在骨盆侧，结合骨盆初始姿态与骨盆动态测量装置之间的转换关系，获取骨盆实时姿态；所述假体安装角度测量装置设置在髋臼假体上，结合髋臼假体轴线与实时骨盆姿态之间的角度关系，获取假体安装角度；所述骨盆前平面以ABC表示，其中，特征点A为左侧髂前上棘，特征点B为右侧髂前上棘，特征点C为耻骨联合，骨盆坐标系以P表示，其X轴与骨盆前平面垂直，Y轴由A指向B，Z轴垂直X轴和Y轴组成的平面，外展角α是由髋臼假体轴线a在横断面即骨盆XY平面的投影b与骨盆Y轴间的夹角，前倾角β是由髋臼假体轴线a与骨盆Z轴间的夹角；则骨盆初始姿态通过如下方式获取：先将骨盆初始姿态测量装置的运动传感器置于A处，记录此时的姿态euler1，解算得到轴向C‑A的向量和骨盆前平面上与垂直的向量再将骨盆初始姿态测量装置的运动传感器置于B处，记录此时的姿态euler2，解算得到轴向C‑B的向量和骨盆前平面上与垂直的向量由和得到骨盆前平面的法向量，即骨盆的X轴该状态时在大地坐标系下的向量值由和得到骨盆的Y轴该状态时在大地坐标系下的向量值通过右手定则得到骨盆Z轴在大地坐标系下的向量值推算得到该状态下骨盆相对的大地坐标系的姿态，即骨盆的初始姿态P0(ωx,ωy,ωz)：ωy＝arcsin(‑Z′(1)p)式中，z′(1)_p表示向量的第一个值，z′(2)_p表示向量的第二个值，z′(3)_p表示向量的第三个值，y′(1)_p表示向量的第一个值，x′(1)_p表示向量的第一个值，ω_x由ω_x1和ω_x2根据角度范围确定，ω_z由ω_z1和ω_z2根据角度范围确定；在获取骨盆初始姿态P₀的同时，骨盆动态测量装置的姿态D₀也同时获取，通过求解得到骨盆动态测量装置与骨盆初始姿态之间的转换关系当患者处于方便手术的状态时，骨盆的实时姿态根据骨盆动态测量装置及该装置与骨盆之间的姿态转换关系获取：式中，angle2dcm表示欧拉角转换成旋转矩阵的转换方程；通过假体安装角度测量装置解算获取髋臼假体姿态，进而得到假体轴线根据安装角度的定义得到外展角α和前倾角β：式中，表示假体轴线在骨盆坐标系下的向量值，表示在横断面上的投影值，和分别表示骨盆y轴向量和z轴向量。