韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法、裝置及其膝關(guān)節(jié)彎曲與外旋角度計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法、裝置及其膝關(guān)節(jié)彎曲與外旋角度計算方法，用于在人工膝關(guān)節(jié)置換過程中的韌帶受力平衡調(diào)節(jié)，該輔助裝置包括：壓力獲取裝置，設(shè)置在股骨部件下方，內(nèi)部兩側(cè)分別裝設(shè)兩傳感器模塊，每一傳感器模塊具有多個壓力傳感器；墊板，設(shè)置于壓力獲取裝置及脛骨部件平臺之間，墊板與壓力獲取裝置的高度和等于所需脛骨墊片的高度；顯示裝置，與壓力獲取裝置進行無線通信，并實時顯示根據(jù)多個壓力傳感器的位置與感測數(shù)據(jù)所計算出的內(nèi)外髁處空間矢量的壓力合力，以用于進行韌帶受力平衡調(diào)節(jié)。本發(fā)明能提高韌帶平衡調(diào)整的準確性，確保植入人工膝關(guān)節(jié)的受力平衡。
【專利說明】韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法、裝置及其膝關(guān)節(jié)彎曲與外旋角度


計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適用于人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置、該韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法、膝關(guān)節(jié)外旋角度計算方法及韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法。
【背景技術(shù)】[0002]隨著人口日益老齡化，患有膝關(guān)節(jié)疾病的患者的數(shù)量呈上漲趨勢，醫(yī)院每年進行的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)也越來越多，人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)為患者解決了膝關(guān)節(jié)的老化和壞死以及功能喪失的問題，解決了病人的痛苦，大大提高了生活質(zhì)量。[0003]然而，人工膝關(guān)節(jié)植入人體后由于長期承受運動壓力，很容易出現(xiàn)脛骨假體墊片磨損，骨溶解等問題；成功的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)可以為進行了人工膝關(guān)節(jié)置換的病人提供十年到二十年甚至更長時間的服務(wù)，而不成功的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)則通常是由于植入人工膝關(guān)節(jié)壓力不平衡而導(dǎo)致某些接觸面受力過大，這不僅為患者帶來生理和心理的痛苦，還增加了患者以及社會的經(jīng)濟負擔。[0004]在進行人工膝關(guān)節(jié)置換時，要在膝關(guān)節(jié)假體的脛骨部件平臺與股骨部件之間設(shè)置脛骨墊片，而脛骨墊片的厚度，與截骨量相關(guān)，因此在截骨量確定的情況下，脛骨墊片的厚度也就隨之確定。但是，脛骨墊片的上表面與股骨的內(nèi)髁與外髁之間的受力經(jīng)常不平衡，因此，在手術(shù)過程中，醫(yī)生需要進行受力平衡的調(diào)整(現(xiàn)有技術(shù)中通過調(diào)整膝關(guān)節(jié)兩側(cè)韌帶的松緊程度來實現(xiàn))，以使人工膝關(guān)節(jié)植入人體后受力具有合理性，以提高手術(shù)者的生活質(zhì)量。[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，醫(yī)生通常將手指伸入膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)兩側(cè)，憑經(jīng)驗判斷兩側(cè)韌帶是否達到受力平衡，以及受力大小是否合適。這種僅憑經(jīng)驗的做法，不僅限定了實施人工膝關(guān)節(jié)植入手術(shù)醫(yī)生的數(shù)量，同時也為人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)帶來了一定的風(fēng)險和不穩(wěn)定因素。[0006]因此，需要一種人工膝關(guān)節(jié)手術(shù)過程中的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置及一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供一種人工膝關(guān)節(jié)手術(shù)過程中的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，以準確和直觀的了解兩髁處受力大小情況，以及受力位置是否在預(yù)定范圍內(nèi)，以提高韌帶平衡調(diào)整的準確性，確保植入人工膝關(guān)節(jié)的受力平衡。[0008]本發(fā)明的目的還在于提供本發(fā)明韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法和膝關(guān)節(jié)外旋角度計算方法，使醫(yī)生在手術(shù)中能夠準確的獲知在進行韌帶平衡調(diào)節(jié)時的膝關(guān)節(jié)彎曲角度和外旋角度。[0009]本發(fā)明的另一目的為提供一種人工膝關(guān)節(jié)手術(shù)過程中的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，為醫(yī)生進行韌帶平衡調(diào)節(jié)提供幫助，提高韌帶平衡調(diào)整的準確性，確保植入人工膝關(guān)節(jié)的受力平衡。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，用于在人工膝關(guān)節(jié)置換過程中輔助醫(yī)生進行韌帶受力平衡的調(diào)節(jié)，所述韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置包括:壓力獲取裝置，手術(shù)中臨時設(shè)置在股骨部件下方，所述壓力獲取裝置內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置兩個傳感器模塊，每一所述傳感器模塊具有多個壓力傳感器，通過所述兩個傳感器模塊分別實時感測自所述股骨部件的內(nèi)髁和外髁施加于所述傳感器模塊的壓力；墊板，手術(shù)中臨時設(shè)置于所述壓力獲取裝置及脛骨部件平臺之間，所述墊板與所述壓力獲取裝置的高度和等于膝關(guān)節(jié)置換中所需脛骨墊片的高度；顯示裝置，與所述壓力獲取裝置進行無線通信，并實時顯示根據(jù)所述多個壓力傳感器的位置數(shù)據(jù)與感測數(shù)據(jù)所計算出的輔助數(shù)據(jù)，所述輔助數(shù)據(jù)包括所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力的壓力合力值與壓力合力位置，以用于醫(yī)生進行韌帶受力平衡調(diào)節(jié)。
[0012]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述輔助數(shù)據(jù)還包括膝關(guān)節(jié)彎曲角度及膝關(guān)節(jié)外旋角度。
[0013]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述顯示裝置接收所述多個壓力傳感器的位置數(shù)據(jù)與感測數(shù)據(jù)以計算所述輔助數(shù)據(jù)，或所述顯示裝置接收并實時顯示所述壓力獲取裝置計算出的所述輔助數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述壓力獲取裝置包括頂面、底面和位于所述頂面與所述底面之間的設(shè)置有所述壓力傳感器的空腔，所述頂面的下表面和所述底面的上表面均為凹弧面，所述多個壓力傳感器設(shè)置于所述底面的上表面，所述頂面的下表面與所述多個壓力傳感器之間設(shè)置有底端為球面的壓力傳導(dǎo)柱。
[0015]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述多個壓力傳感器與所述底面的上表面之間設(shè)置有頂端為平 面的傳感器支撐柱。
[0016]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述墊板具有不同的厚度以供選擇。
[0017]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，優(yōu)選的，所述傳感器模塊的所述多個壓力傳感器分布在一個凹三角形的面內(nèi)，所述多個壓力傳感器為4-30個壓電薄膜傳感器。
[0018]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法，所述膝關(guān)節(jié)彎曲角度是基于計算出的所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力，根據(jù)所述壓力合力在人體矢狀面內(nèi)的垂直分量與水平分量的比值求得。
[0019]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法，優(yōu)選的，具體步驟包括:計算所述內(nèi)髁處的壓力合力在一人體矢狀面上的第一垂直分量與第一水平分量和/或所述外髁處的壓力合力在該人體矢狀面上的第二垂直分量與第二水平分量；計算所述第一垂直分量與所述第一水平分量的第一比值和/或所述第二垂直分量與所述第二水平分量的第二比值；以所述第一比值或第一比值的反正切函數(shù)值為膝關(guān)節(jié)彎曲角度，或以第一的反正切函數(shù)值和第二比值的反正切函數(shù)的平均值為所述膝關(guān)節(jié)彎曲角度。
[0020]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)外旋角度計算方法，是基于計算出的所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力，在人體橫斷面內(nèi)計算該兩個壓力合力的壓力合力位置的連線與人體冠狀面之間的夾角，該夾角即為所述膝關(guān)節(jié)外旋角度。
[0021]本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法，優(yōu)選的，具體步驟包括:分別計算所述內(nèi)髁處的壓力合力和所述外髁處的壓力合力在一人體橫斷面內(nèi)的投影位置；計算兩所述投影位置的連線與一人體矢狀面之間的第一夾角，或者計算所述兩投影位置的連線與一人體冠狀面之間的第二夾角；以所述第一夾角為所述膝關(guān)節(jié)外旋角度，或以所述第二夾角的余角為所述膝關(guān)節(jié)外旋角度。
[0022]一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，用于在人工膝關(guān)節(jié)置換過程中輔助醫(yī)生進行韌帶受力平衡的調(diào)節(jié)，所述韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法包括:步驟1:手術(shù)中在股骨部件與脛骨部件平臺之間臨時放置壓力獲取裝置及墊板，壓力獲取裝置內(nèi)部兩側(cè)分別裝設(shè)兩個傳感器模塊；步驟2:通過所述傳感器模塊內(nèi)設(shè)置的多個壓力傳感器來實時感測自股骨部件內(nèi)髁和外髁施加于所述傳感器模塊的壓力值；步驟3:根據(jù)所述多個壓力傳感器的感測數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)計算輔助數(shù)據(jù)，所述輔助數(shù)據(jù)至少包括所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力的壓力合力值與壓力合力位置；步驟4:將步驟3計算所得的所述輔助數(shù)據(jù)顯示在顯示裝置的屏幕上，并判斷所述股骨部件的內(nèi)髁和外髁的兩個所述壓力合力的壓力合力值以及所述壓力合力位置是否在預(yù)定范圍內(nèi)，以確定是否需對韌帶的松緊程度進行調(diào)節(jié)。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置及韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，可以通過實時測量及顯示膝關(guān)節(jié)兩髁處的受力情況、膝關(guān)節(jié)彎曲角度及外旋角度等輔助數(shù)據(jù)，從而使醫(yī)生在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中韌帶平衡調(diào)節(jié)做到心中有數(shù)，使人工膝關(guān)節(jié)植入人體后受力具有合理性，提高了人工膝關(guān)節(jié)的使用壽命，提高患者的生活質(zhì)量。本發(fā)明可以通過測量膝關(guān)節(jié)壓力合力的壓力合力值和壓力合力位置，測出膝關(guān)節(jié)韌帶是否達到受力平衡，且不用使用額外的傳感器，在上述算出的壓力合力的基礎(chǔ)上，可以測出膝關(guān)節(jié)脛骨和股骨的相對彎曲角度和外旋角度，并實時的顯示給醫(yī)生；并且，本發(fā)明所使用的傳感器模塊中多個壓力傳感器分布在一凹三角形面內(nèi)，所述凹三角形面為股骨部件和脛骨部件平臺之間應(yīng)力集中的區(qū)域，采用該形狀分布能夠節(jié)約空間，節(jié)約成本，更加有效地進行測量，提高了壓力合力、膝關(guān)節(jié)彎曲角度和膝關(guān)節(jié)外旋角度測量的準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置及其放入位置的示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中傳感器模塊的示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中電路及控制模塊的示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中顯示裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中顯示裝置的顯示畫面示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的計算膝關(guān)節(jié)外旋角度的示意圖。
[0030]圖7和圖8為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中壓力獲取裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖9和圖10為本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法中力傳導(dǎo)系數(shù)的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0032]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0033]下面具體介紹本發(fā)明優(yōu)選實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置。[0034]如圖1所示，本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，包括壓力獲取裝置2、墊板6及顯示裝置4 ;本發(fā)明適用于膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中的韌帶的調(diào)節(jié)與平衡；壓力獲取裝置2和顯示裝置4中均可具有無線信號收發(fā)裝置，以便于在壓力獲取裝置2及顯示裝置4之間進行無線信號傳輸。當然，可以在壓力獲取裝置2和顯示裝置4之間進行單向信號傳輸，在壓力獲取裝置2中設(shè)置無線信號發(fā)送模塊，如圖4所示，在顯示裝置4中設(shè)置無線信號接收模塊41。
[0035]而壓力獲取裝置2內(nèi)部有如圖1所示的兩個傳感器模塊3以及電路板5，兩個傳感器模塊3分別用于獲取內(nèi)髁11和外髁12處的壓力信號。由于兩個傳感器模塊3的結(jié)構(gòu)、工作原理等均相同，因此以下的介紹中僅以其中一個為例進行介紹。
[0036]醫(yī)生手術(shù)過程中將壓力獲取裝置2和墊板6臨時置于患者膝關(guān)節(jié)假體處以獲取壓力信號，并且將該壓力信號發(fā)送至顯示裝置4，由顯示裝置4的無線信號接收模塊41接收，由顯示裝置4的信號處理模塊42將其接收到的壓力信號進行信號處理和力的處理，然后再由顯示模塊43以簡易光標圖的形式將壓力分布情況顯示出來，從而實時的為醫(yī)生提供患者人工膝關(guān)節(jié)兩髁處的受力情況，輔助醫(yī)生調(diào)節(jié)韌帶平衡，當韌帶調(diào)節(jié)完畢后，取走壓力獲取裝置2和墊板6，最后放入合適的脛骨墊片，以保證膝關(guān)節(jié)假體植入人體后受力的合理性，從而使人工膝關(guān)節(jié)的使用壽命更長，使用效果更好。
[0037]本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其壓力獲取裝置2的放入位置如圖1所示，壓力獲取裝置2放在膝關(guān)節(jié)假體的股骨部件I的下方，壓力獲取裝置2的下方與膝關(guān)節(jié)假體的脛骨部件平臺7之間放置墊板6。手術(shù)過程中股骨部件I與壓力獲取裝置2相互產(chǎn)生作用力，壓力獲取裝置2可以是一殼體結(jié)構(gòu)，傳感器模塊3設(shè)置于殼體結(jié)構(gòu)的空腔21、22中。
[0038]如圖3、圖6和圖7所示，壓力獲取裝置2的上下表面均可為弧面(或凹形)，壓力獲取裝置2的弧面上設(shè)有若干個壓電薄膜傳感器(例如PVDF壓電薄膜傳感器)所構(gòu)成的傳感器模塊3，以接收來自股骨部件I的壓力感應(yīng)；電路板5位于壓力獲取裝置2內(nèi)，用于傳感器模塊3的電路驅(qū)動和整個壓力獲取裝置2的控制、與顯示裝置4的數(shù)據(jù)通信。如圖3所示，電路板5上可以設(shè)置有無線信號發(fā)送裝置13、數(shù)據(jù)軟排線接口 14、15、電池16和控制芯片(圖中未示出)，無線信號發(fā)送裝置13可以是藍牙或者WIFI等無線通信裝置，用于與外部進行通信，電路板5上的數(shù)據(jù)軟排線接口 14、15分別用于與兩個傳感器模塊3進行通信；電池16，可以是紐扣電池或者是無線充電電池，用于給電路板5及傳感器模塊3的各元件供電；而控制芯片用于存儲、計算和分析數(shù)據(jù)，也即對壓力傳感器所采集的數(shù)據(jù)，計算出壓力合力、膝關(guān)節(jié)彎曲角度和外旋角度，當然，也可以在顯示裝置4的信號處理模塊42中再進行上述數(shù)據(jù)分析與計算。
[0039]本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，壓力獲取裝置2和墊板6的高度之和需要與手術(shù)最后放入的脛骨墊片的高度相同，這樣才能保證脛骨墊片放入后，膝關(guān)節(jié)韌帶同樣保持受力平衡。本發(fā)明中，將墊板6設(shè)計為多規(guī)格(多種厚度的)的，壓力獲取裝置2設(shè)計為單規(guī)格的。手術(shù)時，根據(jù)病人實際的截骨量，從多規(guī)格的墊板6中選擇出適合的墊板6，配合壓力獲取裝置2使用即可。
[0040]如圖2、圖7和圖8所示，本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其傳感器模塊3包括數(shù)據(jù)軟排線8、固定螺釘10和數(shù)據(jù)線通道9。[0041]數(shù)據(jù)軟排線8是傳感器模塊3與電路板5之間的數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)軟排線8與電路板5上的數(shù)據(jù)軟排線接口 14、15連接以進行數(shù)據(jù)傳輸；固定螺釘10用于將傳感器模塊3固定在壓力獲取裝置2的空腔21、22內(nèi)，讓傳感器模塊3準確定位；而數(shù)據(jù)線通道9是用于傳感器模塊3的每一個壓力傳感器29與數(shù)據(jù)軟排線8之間傳遞數(shù)據(jù)；通常，傳感器模塊3有14塊PVDF壓電薄膜傳感器29 (圖2中用“s”表示)，壓力傳感器29的數(shù)量范圍還可以是4-30個；如圖2所示，數(shù)據(jù)線通道9相當于對傳感器模塊3進行了區(qū)域劃分，每個壓力傳感器29用于記錄各自所在區(qū)域的所感測到的壓力值；通過數(shù)據(jù)線通道9把數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)軟排線8，然后再由控制芯片進行分析與輔助數(shù)據(jù)的計算，輔助數(shù)據(jù)可包括壓力合力(空間矢量)、膝關(guān)節(jié)彎曲角度和膝關(guān)節(jié)外旋角度等。
[0042]如圖7所示，該圖中壓力傳感器的設(shè)置方式與圖2中略有不同(圖2中為集中設(shè)置，圖7中為分散設(shè)置)，但原理仍遵從圖2的方式。傳感器模塊中的每一個壓力傳感器的具體設(shè)置方式為，在壓力獲取裝置2的底面31的內(nèi)表面，設(shè)置傳感器支撐柱28，傳感器支撐柱28的作用是為壓力傳感器29提供了一個平坦的支撐面，避免壓力傳感器29因直接貼在凹形的底面31上而降低感測精度；當然，在感測精度有保證的情況下，傳感器支撐柱28也可以省略。壓力傳導(dǎo)柱27整體為圓柱形，下表面為球面，用來傳導(dǎo)股骨部件I的壓力到壓力傳感器29 ;另外，頂面30的下表面和底面31的上表面都是弧面，兩弧面的曲率可以相同也可以不同。壓力傳導(dǎo)柱27可以是粘在頂面30的下表面弧面上，也可以是與頂面30的下表面弧面一體成型。每一傳感器模塊3的各壓力傳感器29是分布在一個凹三角形的面內(nèi)，這里所說的“凹”，是指各壓力傳感器29分布在一個與底面31的弧面類似或相同的凹面上，而這里的“三角形”，則是指這些壓力傳感器在人體橫斷面上的投影區(qū)域是一個三角形區(qū)域。壓力傳感器29的分布只有是凹形的，測出的壓力合力才是矢量力，才能進而得出膝關(guān)節(jié)彎曲角度33和膝關(guān)節(jié)外旋角度34。
[0043]圖7和圖8中的F的不同方向，代表不同壓力角度,在具有不同壓力角度時,每一壓力傳感器29的受力情況與力傳導(dǎo)系數(shù)有關(guān)。如圖9和圖10示出了兩種不同的力傳導(dǎo)系數(shù)的情形。圖7的情況對應(yīng)著圖9的力傳導(dǎo)系數(shù)1，圖8情況對應(yīng)著圖10的力傳導(dǎo)系數(shù)2，力傳導(dǎo)系數(shù)是根據(jù)底面31的上表面弧面的數(shù)學(xué)模型計算得到，圖9和圖10中，橫軸是壓力傳感器29在底面31的內(nèi)表面弧面處的`角度(弧面的切線的角度)，縱軸即是該壓力傳感器29對應(yīng)的力傳導(dǎo)系數(shù)；壓力傳感器29監(jiān)測到的力乘以力傳導(dǎo)系數(shù)就是該處的實際壓力(也是空間矢量)。然后對每一處的實際壓力進行求和，即可得到最終的壓力合力。
[0044]下面再介紹顯示裝置4的數(shù)據(jù)顯示及根據(jù)壓力傳感器29的壓力數(shù)據(jù)如何計算和顯示這些輔助數(shù)據(jù)。
[0045]如圖5所示，本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，可以以簡易光標圖的形式顯示以幫助醫(yī)生確定韌帶平衡調(diào)節(jié)情況的信息，所顯示的經(jīng)過計算所得的輔助數(shù)據(jù)包括:內(nèi)髁壓力總和17、外髁壓力總和18、左側(cè)(內(nèi)髁)壓力合力值19、右側(cè)(外髁)壓力合力值20、左側(cè)壓力合力位置23、右側(cè)壓力合力位置24、膝關(guān)節(jié)彎曲角度33和膝關(guān)節(jié)外旋角度34。
[0046]其中，內(nèi)髁壓力總和17、外髁壓力總和18顯示的是各壓力傳感器感受到的壓力值簡單置加后的總和。
[0047]如圖6所示，左側(cè)壓力合力位置23和右側(cè)壓力合力位置24顯示在一人體橫斷面圖上，該人體橫斷面圖還顯示了該人體橫斷面的中心分割線25，用于計算膝關(guān)節(jié)外旋角度34，中心分割線25可以把所述人體橫斷面分成兩個等份，實質(zhì)上中心分割線25左側(cè)顯示的是壓力獲取裝置2左側(cè)空腔21內(nèi)裝設(shè)的傳感器模塊3所感測到的壓力合力位置23，也即內(nèi)髁11處的壓力合力位置23，而中心分割線25右側(cè)顯示的是壓力獲取裝置2右側(cè)空腔22內(nèi)裝設(shè)的傳感器模塊3所感測到的壓力合力位置24，也即外髁12處的壓力合力位置24。
[0048]其中的內(nèi)髁壓力合力值19、外髁壓力合力值20是指兩傳感器模塊3各自所有的壓力傳感器29所感測到的實際壓力值(空間矢量)的矢量和，而不是數(shù)值的直接相加。矢量和則意味著求和的每個對象均要關(guān)注力的大小及力的方向，每一個壓力傳感器29所感測到的實際壓力值如前所述，等于壓力傳感器29檢測到的力乘以該相應(yīng)的力傳導(dǎo)系數(shù)就是該處的實際壓力，而每一個壓力傳感器29所感測到的壓力所對應(yīng)的方向，則為該壓力傳感器29所在弧面的切平面的法向量方向，有了數(shù)值和方向，便可以計算出內(nèi)髁壓力合力值
19、外髁壓力合力值20。實質(zhì)上，所計算出的矢量和有兩個信息，一個是壓力合力值，對壓力合力求模即可得到，另一個是壓力合力的方向，這個方向信息在顯示裝置上顯示的是壓力合力位置23、24，也即壓力合力作用在所述人體橫斷面上的投影位置。
[0049]其中的內(nèi)髁壓力總和17、外髁壓力總和18、左側(cè)壓力合力值19、右側(cè)壓力合力值20均直接以數(shù)字進行顯示，而左側(cè)壓力合力位置23、右側(cè)壓力合力位置24則以光標的形式顯示，是在上述的人體橫斷面圖上顯示，光標所在位置即示出了左側(cè)壓力合力位置23和右側(cè)壓力合力位置24。左側(cè)壓力合力位置23和右側(cè)壓力合力位置24的連線26，計算出中心分割線25和連線26的夾角的余角，就是膝關(guān)節(jié)外旋角度34，并在顯示裝置4的顯示畫面右側(cè)顯示出來。
[0050]中心分割線25和連線26的夾角，實際上也是連線26與人體矢狀面之間的夾角。在人體橫斷面上，中心分割線25是一條豎向直線，或者說是豎向中心線，其表示的實際方向是人體的前后方向，而人體橫斷面圖上的橫向直線則表示人體的左右方向，橫向直線，包括橫向中心線在內(nèi)，也可用于計算膝關(guān)節(jié)外旋角度34,計算該橫向直線與連線26的夾角，即得膝關(guān)節(jié)外旋角度。所述橫向直線與連線26的夾角，實際上也是連線26與人體冠狀面之間的夾角。
[0051]根據(jù)所有壓力傳感器29的感測數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)(包括設(shè)置位置及該位置的弧度等)，計算出兩髁處兩壓力合力的壓力合力值和壓力合力位置后，通過光標圖顯示，來給臨床醫(yī)生的操作提供借鑒；而膝關(guān)節(jié)彎曲角度33，則是根據(jù)前述計算出的壓力合力的大小和方向，在上述的人體矢狀面上進行投影，將投影得到的垂直分量與水平分量，計算垂直分量和水平分量的比值，通過反正切函數(shù)值求得膝關(guān)節(jié)彎曲角度33。如果沒有水平分量，說明膝關(guān)節(jié)彎曲角度為0，如果沒有垂直分量，則膝關(guān)節(jié)彎曲角度等于90度。膝關(guān)節(jié)彎曲角度33既可以依據(jù)其中一個壓力合力(內(nèi)髁或外髁均可)計算得到，也可以根據(jù)兩個壓力合力得出兩個彎曲角度后求平均值最終得到膝關(guān)節(jié)彎曲角度33。
[0052]下面再介紹一下本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，其中與本發(fā)明的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置中重復(fù)的部分，不再贅述。
[0053]本發(fā)明實施例的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，包括步驟:
[0054]步驟1:壓力獲取裝置2及墊板6的設(shè)置步驟
[0055]在股骨部件I與脛骨部件平臺7之間放置壓力獲取裝置2及墊板6，壓力獲取裝置2的空腔21、22中分別裝設(shè)兩個傳感器模塊3，通過傳感器模塊3感測自內(nèi)髁11和外髁12施加于傳感器模塊3的壓力。
[0056] 步驟2:壓力信號的實時感測與傳輸
[0057]通過傳感器模塊3的多個壓力傳感器29來實時感測自內(nèi)髁11和外髁12施加于傳感器模塊3的壓力值，通過傳感器模塊3的數(shù)據(jù)線通道9，傳遞給數(shù)據(jù)軟排線8，再經(jīng)過電路板5的數(shù)據(jù)軟排線接口 14、15，傳送給電路板5的控制芯片進行計算，或者由控制芯片5經(jīng)無線通信裝置13傳輸給顯示裝置4，由顯示裝置4的無線信號接收模塊41接收后，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊42進行處理與計算。
[0058]步驟3:計算壓力合力點23、24、膝關(guān)節(jié)彎曲角度33和膝關(guān)節(jié)外旋角度34的步驟
[0059]根據(jù)各壓力傳感器29測量的壓力值(也即感測數(shù)據(jù))和各壓力傳感器在在凹三角形面中的位置及該位置處的弧面的弧度(也即位置數(shù)據(jù))，求出各壓力的矢量和，從而得出在左右兩個傳感器模塊3上的壓力合力的壓力合力值和壓力合力位置；再計算如圖5和圖6所示兩壓力合力位置23、24之間連線26與中心分割線25之間的夾角，所得的夾角的余角即為膝關(guān)節(jié)外旋角度34，或者計算壓力合力位置23、24之間連線26與人體橫斷面的橫向直線之間的夾角，即為膝關(guān)節(jié)外旋角度34;根據(jù)前述計算出的其中一個壓力合力的壓力合力值和壓力合力位置，在上述的人體矢狀面上進行投影，將投影得到的垂直分量與水平分量求比值，通過反正切函數(shù)求得膝關(guān)節(jié)彎曲角度33。也可以根據(jù)兩個壓力合力按上述步驟得出兩個彎曲角度后求平均值最終得到膝關(guān)節(jié)彎曲角度33。
[0060]步驟4:數(shù)據(jù)顯示及韌帶平衡判斷步驟
[0061]將前一步驟計算所得的壓力合力位置23、24、膝關(guān)節(jié)外旋角度34、膝關(guān)節(jié)彎曲角度33等輔助數(shù)據(jù)顯示在顯示裝置4的顯示單元43上，并判斷在當前的膝關(guān)節(jié)彎曲角度33及外旋角度34的情況下，測得的壓力合力值19、20是否在預(yù)定范圍內(nèi)，以及壓力合力位置23,24是否在預(yù)定范圍內(nèi)；可以根據(jù)醫(yī)學(xué)理論和以往的手術(shù)實踐所總結(jié)出的當前膝關(guān)節(jié)彎曲角度33和外旋角度34下的壓力合力值范圍和壓力合力位置的預(yù)定范圍，用框線在顯示壓力合力位置23、24的簡易光標圖上顯示出來，如果壓力合力位置23、24是位于框線所表示的范圍內(nèi)，則表明所測得的壓力合力位置是在預(yù)定范圍內(nèi)；反之，如果壓力合力位置23、24是位于框線所表示的范圍之外，則表明所測得的壓力合力位置23、24沒有在預(yù)定范圍內(nèi)，需對韌帶的松緊程度進行調(diào)節(jié)。所述框線可為實線或虛線等線型。
[0062]步驟5:韌帶平衡調(diào)節(jié)直至韌帶受力平衡
[0063]韌帶松緊程度調(diào)節(jié)后，重復(fù)步驟1-4，直至當前膝關(guān)節(jié)彎曲角度33及外旋角度34下實現(xiàn)韌帶平衡。
[0064]步驟6:變換角度,實現(xiàn)多角度的韌帶受力平衡
[0065]通過醫(yī)生移動患者的脛骨，改變膝關(guān)節(jié)的彎曲角度33及外旋角度34，重復(fù)上述步驟1-5，直至實現(xiàn)多角度下的韌帶受力平衡，上述的多角度例如可以包括O度(伸開狀態(tài))、30度和60度等等。
[0066]上述各步驟均完成以后，即可以認為韌帶受力平衡已經(jīng)調(diào)整到很好的狀態(tài)，取走壓力獲取裝置2和墊板6，放入合適的脛骨墊片，完成膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。由于在手術(shù)過程中韌帶受力平衡已經(jīng)調(diào)整到很好的狀態(tài)，因此能夠使人工膝關(guān)節(jié)植入人體后受力具有合理性，提聞人工膝關(guān)節(jié)的使用壽命，提聞患者生活質(zhì)量。
[0067]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾， 均屬本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，用于在人工膝關(guān)節(jié)置換過程中輔助醫(yī)生進行韌帶受力平衡的調(diào)節(jié)，其特征在于，所述韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置包括: 壓力獲取裝置，手術(shù)中臨時設(shè)置在股骨部件下方，所述壓力獲取裝置內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置兩個傳感器模塊，每一所述傳感器模塊具有多個壓力傳感器，通過所述兩個傳感器模塊分別實時感測自所述股骨部件的內(nèi)髁和外髁施加于所述傳感器模塊的壓力； 墊板，手術(shù)中臨時設(shè)置于所述壓力獲取裝置及脛骨部件平臺之間，所述墊板與所述壓力獲取裝置的高度和等于膝關(guān)節(jié)置換中所需脛骨墊片的高度； 顯示裝置，與所述壓力獲取裝置進行無線通信，并實時顯示根據(jù)所述多個壓力傳感器的位置數(shù)據(jù)與感測數(shù)據(jù)所計算出的輔助數(shù)據(jù)，所述輔助數(shù)據(jù)包括所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力的壓力合力值與壓力合力位置，以用于醫(yī)生進行韌帶受力平衡調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述輔助數(shù)據(jù)還包括膝關(guān)節(jié)彎曲角度及膝關(guān)節(jié)外旋角度。
3.如權(quán)利要求1所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述顯示裝置接收所述多個壓力傳感器的位置數(shù)據(jù)與感測數(shù)據(jù)以計算所述輔助數(shù)據(jù)，或所述顯示裝置接收并實時顯示所述壓力獲取裝置計算出的所述輔助數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述壓力獲取裝置包括頂面、底面和位于所述頂面與所述底面之間的設(shè)置有所述壓力傳感器的空腔，所述頂面的下表面和所述底面的上表面均為凹弧面，所述多個壓力傳感器設(shè)置于所述底面的上表面，所述頂面的下表面與所述多個壓力傳感器之間設(shè)置有底端為球面的壓力傳導(dǎo)柱。
5.如權(quán)利要求4所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述多個壓力傳感器與所述底面的上表面之間設(shè)置有頂端為平面的傳感器支撐柱。
6.如權(quán)利要求1或2所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述墊板具有不同的厚度以供選擇。
7.如權(quán)利要求1所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述傳感器模塊的所述多個壓力傳感器分布在一個凹三角形的面內(nèi)，所述多個壓力傳感器為4-30個壓電薄膜傳感器。
8.—種如權(quán)利要求1所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)彎曲角度計算方法，其特征在于: 該膝關(guān)節(jié)彎曲角度是基于計算出的所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力，根據(jù)所述壓力合力在人體矢狀面內(nèi)的垂直分量與水平分量的比值求得。
9.一種如權(quán)利要求1所述的韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助裝置的膝關(guān)節(jié)外旋角度計算方法，其特征在于: 基于計算出的所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力，在人體橫斷面內(nèi)計算該兩個壓力合力的壓力合力位置的連線與人體冠狀面之間的夾角，該夾角即為所述膝關(guān)節(jié)外旋角度。
10.一種韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法，用于在人工膝關(guān)節(jié)置換過程中輔助醫(yī)生進行韌帶受力平衡的調(diào)節(jié)，其特征在于，所述韌帶平衡調(diào)節(jié)輔助方法包括: 步驟1:手術(shù)中在股骨部件與脛骨部件平臺之間臨時放置壓力獲取裝置及墊板，壓力獲取裝置內(nèi)部兩側(cè)分別裝設(shè)兩個傳感器模塊；步驟2:通過所述傳感器模塊內(nèi)設(shè)置的多個壓力傳感器來實時感測自股骨部件內(nèi)髁和外髁施加于所述傳感器模塊的壓力值； 步驟3:根據(jù)所述多個壓力傳感器的感測數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)計算輔助數(shù)據(jù)，所述輔助數(shù)據(jù)至少包括所述內(nèi)髁和外髁處空間矢量的壓力合力的壓力合力值與壓力合力位置； 步驟4:將步驟3計算所得的所述輔助數(shù)據(jù)顯示在顯示裝置的屏幕上，并判斷所述股骨部件的內(nèi)髁和外髁的兩個所述壓力合力的壓力合力值以及所述壓力合力位置是否在預(yù)定范圍內(nèi)，以確定是否需對韌帶的松緊程度進行調(diào)節(jié)。
【文檔編號】A61B5/22GK103565438SQ201210277325
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月6日
【發(fā)明者】米寬, 王愛斌, 張良, 張軒昂, 譚潤菲 申請人:北京納通科技集團有限公司