髖關節置換手術中臼杯假體覆蓋率的實時測量方法及裝置的製作方法
2023-04-30 18:48:01 3
專利名稱：髖關節置換手術中臼杯假體覆蓋率的實時測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種髖關節置換手術中白杯假體骨性覆蓋率的實時測量方法及裝置。本發明為術中對髖白缺損的評估、白杯穩定性的評估、以及手術方法的術中判斷提供實時數據。
背景技術：
人工全髖關節置換術是終末期髖關節骨關節炎的標準治療手段，可有效緩解疼痛，恢復行走功能，被譽為20世紀性價比最高的骨科手術。中遠期隨訪發現人工關節的使用壽命受到術後的併發症(鬆動)的影響。其中，臼杯側假體的鬆動尤為常見。臼杯假體的鬆動與術後即時的白杯骨性覆蓋率存在一定相關性。Huskies的有限元分析，發現白杯骨性覆蓋率的下降將導致骨與假體界面的應力集中，因而可能導致白杯鬆動。此外，骨長入是非骨水泥型假體得到滿意遠期生存的前提之一，因而也要求髖白側提供充分的覆蓋。但在以 下兩種情況下，白杯覆蓋率常無法保障。第一，髖關節發育不良(DDH)作為常見繼發性骨關節炎的病因，在亞洲人群中尤為多見。DDH患者存在不同程度的髖關節畸形，髖臼側存在局部骨量不足，無法提供白杯充分的覆蓋，髖白側重建的難度較大。相應的，假體長期生存率也較常規全髖關節置換術下降。第二，在髖關節翻修患者中，髖部存在各種類型的骨缺損，也將影響白杯的使用壽命。目前，為保證白杯假體的長期生存，研究者們通過測量骨盆平片的影像學白杯覆蓋率，並與中遠期的白杯鬆動率進行相關性分析，得出70%白杯覆蓋率是在不結構植骨前提下保證白杯長期生存的臨界值。但是二維測量存在明顯缺陷，為進一步明確三維情況下臼杯覆蓋率的臨界值，需要術中實時的三維測量工具來明確三維空間下臼杯覆蓋率，與隨訪相結合，明確三維臨界值，進而可以為術中植骨決策提供可靠的證據。
發明內容
綜上所述，實現手術中對臼杯假體覆蓋率的實時測量將非常有助於術中對髖臼缺損的量化評估、臼杯穩定性的量化評估、並且為手術方法的術中判斷(如顆粒型或結構型植骨的選擇、骨水泥固定型假體或生物固定型假體的選擇、頂部加強環的選擇、等等)提供量化的數據。為了達到上述目的，本發明提供一種髖關節置換手術中臼杯假體覆蓋率的實時測量裝置，該裝置包括用於勾勒髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓骨的輪廓並且將其幾何軌跡轉換為實時信號的記錄針102 ；用於接收該實時信號並重建其空間坐標的接收器106 ；用於計算由該軌跡所圍區域的球面面積的可編程控制器109 ；以及用於將接收器、可編程控制器固定在白杯假體柄或者髖白銼柄上的夾具104 (參照圖I)。為了達到上述目的，本發明並提供一種髖關節置換手術中臼杯假體覆蓋率的實時測量方法，該測量方法敘述如下記錄針102針杆上安裝有一實時信號發生裝置105 ；於術中使用記錄針102針頭勾勒出髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓骨的輪廓；接收器106安置在相對於臼杯假體柄或髖臼銼100固定的位置上，並實時接收記錄針針杆上的信號發生裝置105發送的信號；可編程控制器109根據接收到的信號計算出由記錄針針頭在各瞬時的空間位置所圍區域白杯假體或者髖白銼的球面面積。
圖I為本發明中記錄針102、信號發生裝置105、接收器106與臼杯假體柄或髖臼銼100之間的位置關係示意圖； 圖2為本發明中記錄針針頭102與接收器106兩探頭以及白杯假體或者髖白銼球面之間的位置關係圖。
具體實施例方式記錄針102針杆上安裝有一實時信號發生裝置105。該發生裝置的一種較佳實施方案為在記錄針軸線上剛性安裝至少兩個柱面或球面超聲換能器。接收器106由夾具104固定在白杯假體柄或髖白銼柄103上，並在術前校定其接收探頭至與白杯假體或者髖白銼100球心的位置；接收器106實時接收記錄針102針杆上的信號發生裝置105發送的信號。該接收器106的一種較佳實施方案為兩個相互位置固定的柱面或球面超聲換能器(探頭107、108)。接收器106設有人機器接口，使醫師可在使用前輸入白杯的直徑。於術中使用記錄針102勾勒髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓101。記錄針102上的信號發生裝置105由一觸發器觸發，一種較佳實施方案為壓力觸發器，當記錄針與髖臼邊緣骨的輪廓時觸發。信號發生裝置105的信號由接收器106接收。接收器串聯一可編程控制器109 (參照圖2)，該可編程控制器根據接收的信號分別計算出該瞬時記錄針102針頭與接收器探頭107間的距離LI、以及102針頭與接收器探頭108間的距離L2。該算法的一種較佳實施方案為超聲信號飛行時間(time-of-flight，T0F)算法。可編程控制器109繼而根據以下三個條件聯立方程組(I)記錄針針頭在該瞬時與接收器探頭107的距離為上述測量值LI ；(2)記錄針針頭在該瞬時與接收器探頭108的距離為上述測量值L2 ；(3)記錄針102針頭在白杯假體或者髖白銼球面上(即記錄針針頭的坐標應始終滿足球面方程)。該聯立方程組的解即為該瞬時記錄針針頭在給定坐標系中的空間坐標。該坐標系的一種較佳實施方案為以臼杯假體或者髖臼銼的球心為原點、連接原點與接收器兩探頭連線中點的連線為Z軸、過原點並與接收器兩探頭連線平行的直線為X軸、與Z軸和X軸正交的方向為y軸的右手坐標系。可編程控制器109並將換算後的空間坐標數據存儲於存儲器Iio中。當髖白邊緣骨的輪廓或者髖白內缺損輪廓101軌跡勾勒完畢後，提起記錄針102，觸發器發送結束信號。接收到結束信號後，可編程控制器109提取存儲的空間坐標數據，根據輸入的白杯直徑、以一定的算法計算出由各空間坐標所圍區域的白杯假體或者髖白銼的球面面積A。該算法的一種較佳實施方案為二重數值積分。可編程控制器繼而計算該曲面面積與該白杯球面面積的比率a，則Ι-a即為該白杯的骨性覆蓋率。可編程控制器通過人機接口顯示該覆蓋率。醫師可根據該覆蓋率調整白杯的位置及開口方向，並重複使用上述方法和裝置測 量覆蓋率、直至其達標。醫師隨後進行髖白磨削或者白杯假體安裝的操作，並在完成後將接收器及夾具104從白杯假體柄或髖白銼柄103上取下。以上所述僅為本發明的較佳實施方案，當不能被用來限定本發明實施的範圍。凡依本發明權利要求書所做的均等變化與修飾，均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種髖關節置換手術中白杯假體骨性覆蓋率實時測量的裝置，其特徵是，該裝置包含: 用於勾勒髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓骨的輪廓並且將其幾何軌跡轉換為實時信號的記錄針； 用於接收該幾何軌跡的實時信號的接收器； 用於計算由該幾何軌跡所圍白杯假體或髖白銼區域的球面面積的控制器。
2.一種髖關節置換手術中白杯假體骨性覆蓋率的實時測量方法，其特徵是，該測量方法包含 記錄針針杆上安裝有一實時信號發生裝置； 於術中使用記錄針針頭勾勒出髖白邊緣骨或髖白內缺損輪廓骨的輪廓； 接收器安置在相對於白杯假體柄或髖白銼銼固定的位置上，並實時接收記錄針針杆上的信號發生裝置發送的信號； 控制器根據接收到的信號計算出由記錄針針頭在各瞬時的空間位置所圍區域白杯假體或者髖白銼的球面面積。
3.如權利要求2所述的髖關節置換手術中白杯假體骨性覆蓋率的實時測量方法，其特徵是，接收器根據接收的信號分別計算出該瞬時記錄針針頭與兩個接收器探頭間的距離L1, L2，繼而根據記錄針針頭與接收器兩探頭的上述距離測量值、以及記錄針針頭在白杯假體或者髖白挫球面上這個條件計算出該瞬時記錄針針頭在給定坐標系中的空間坐標。
4.如權利要求2所述的髖關節置換手術中白杯假體骨性覆蓋率的實時測量方法，其特徵是，根據記錄針針頭在各瞬時的空間坐標計算出由各空間坐標所圍區域的白杯假體或者髖臼銼的球面面積。
全文摘要
本發明提供一種髖關節置換手術中臼杯假體骨性覆蓋率的實時測量裝置，該裝置包含用於勾勒髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓骨的輪廓並將其軌跡轉換為實時信號(一較佳實施例為超聲信號)的記錄針；用於接收實時信號的接收器(一較佳實施例為超聲換能器)；用於計算由該軌跡所圍臼杯假體或髖臼銼的球面面積的控制器。本發明並提供一種髖關節置換手術中臼杯假體骨性覆蓋率的實時測量方法，其特徵是於術中使用記錄針勾勒髖臼邊緣骨或髖臼內缺損輪廓骨的輪廓；接收器接收記錄針發送的實時信號，由此計算出由記錄針針頭在各瞬時的位置所圍臼杯假體或者髖臼銼的面積。本發明為術中對髖臼缺損的評估、臼杯穩定性的評估、及手術方法的術中判斷提供實時數據。
文檔編號A61F2/46GK102885659SQ201110214888
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者王燎, 陳青山, 戴尅戎 申請人:王燎, 陳青山, 戴尅戎