一种用于关节置换手术的定位打孔系统及方法技术方案

本发明专利技术属于医疗关节置换技术领域，公开了一种用于关节置换手术的定位打孔系统及方法，用于关节置换手术的定位打孔及方法系统包括：图像采集模块、生理参数检测模块、中央控制模块、中心点确定模块、关节结构测量模块、打孔模块、显示模块。本发明专利技术通过中心点确定模块在三维空间确定关节中心点，相比较传统方法通过X线、CT、MRI等影像学资料及尸体标本的测量得到的二维数据定位关节中心点，其精确度更高；本发明专利技术更加聚焦到核心应力区来进行测量确定关节中心点，更符合下肢力线的测量；同时，通过关节结构测量模块对于不规则形状的关节损伤，能使实现移植物与关节损伤精确匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种用于关节置换手术的定位打孔系统及方法
本专利技术属于医疗关节置换
，尤其涉及一种用于关节置换手术的定位打孔系统及方法。
技术介绍
骨与骨之间的连接称骨连接。骨连接又分为直接连接和间接连接，关节是间接连接的一种形式。一般由关节面、关节囊和关节腔三部分构成。关节面是两个以上相邻骨的接触面，一个略凸，叫关节头，另一个略凹，叫关节窝。关节面上覆盖着一层光滑的软骨，可减少运动时的摩擦，软骨有弹性，还能减缓运动时的震动和冲击。关节囊是很坚韧的一种结缔组织，把相邻两骨牢固地联系起来。关节囊外层为纤维层，内层为滑膜层，滑膜层可分泌滑液，减少运动时的摩擦。关节腔是关节软骨和关节囊围成的狭窄间隙，正常时只含有少许滑液。然而，传统关节置换手术的定位打孔误差大，不能准确的确定中心点位置；同时，对于不规则关节损伤，移植匹配度差。综上所述，现有技术存在的问题是：传统关节置换手术的定位打孔误差大，不能准确的确定中心点位置；同时，对于不规则关节损伤，移植匹配度差。现有的关节置换手术的定位打孔方法智能化程度低，获得的数据准确度差，造成设备使用性能低。通过生理参数检测模块利用生理检测设备检测患者的血压、心率、脑电波数据信息；检测患者的血压、心率、脑电波数据信息的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0<a,b<α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)<p>＝|x(t)|<p>sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]<p>＝|x(t)|p-1x*(t)；获得的数据准确度提高近6个百分点。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于关节置换手术的定位打孔及方法。本专利技术是这样实现的，一种用于关节置换手术的定位打孔方法，所述用于关节置换手术的定位打孔方法包括：通过图像采集模块利用医学摄像设备采集患者关节目标图像，所述目标图像包括关节内病变缺损部位图像和设置于关节内病变缺损部位附近的测量尺图像；医学摄像设备采集患者关节目标图像中，将关节内病变缺损部位图像区域划分为面积大小不等的网格；在每个网格内根据节点的剩余能量选取网格内的簇首节点，其余节点根据就近原则选择性的加入簇；判断簇内的成员节点收集到的数据是否符合格拉布斯准则，满足，则认为节点是有效的，即簇首节点发送数据，否则，不发送数据；簇首节点根据自适应聚合算法聚合来自有效的成员节点的数据和自身产生的数据；簇首节点以多跳的形式向sink节点发送数据直到运行完给定的轮数；运行完给定的轮数后，还需进行：重建关节内病变缺损部位衰减系数、重建关节内病变缺损部位散射系数、计算关节内病变缺损部位的吸收系数；通过生理参数检测模块利用生理检测设备检测患者的血压、心率、脑电波数据信息；检测患者的血压、心率、脑电波数据信息的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0<a,b<α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)<p>＝|x(t)|<p>sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]<p>＝|x(t)|p-1x*(t)；中央控制模块通过中心点确定模块利用图像处理软件确定关节的中心点；通过关节结构测量模块利用图像处理软件对采集的图像进行计算测量关节的结构；通过显示模块利用显示器显示采集的图像信息及生理参数信息。进一步，医学摄像设备采集患者关节目标图像的方法，具体包括：步骤一，在面积为S＝L*L的关节内病变缺损部位图像区域内，随机分布N个同构的无线传感器节点，sink节点位于关节内病变缺损部位图像区域之外，节点处理整个无线传感器网络内收集到的数据；步骤二，非均匀成簇sink节点位于关节内病变缺损部位图像区域的上方；首先关节内病变缺损部位图像区域X轴划分为S个图像传输区通道，所有图像传输区通道有相同的宽度w，并且每个图像传输区通道的长度与关节内病变缺损部位图像区域的长度相等；用从1到s作为图像传输区通道的ID，最左端的图像传输区通道的ID为1，然后每个图像传输区通道沿着y轴划分为多个矩形网格，每个图像传输区通道中的每个网格都被定义一个水平，最下端的网格的水平为1，每个网格和每个图像传输区通道有相同的宽度w；每个图像传输区通道中网格的个数、长度与图像传输区通道到sink的距离有关；通过设置网格的长度来调整网格的大小；针对不同的图像传输区通道，距离sink越远的图像传输区通道含有的网格数目越小；针对同一图像传输区通道，距离sink越远的网格的长度越大；A中含有S个元素，第k个元素表示在第k个图像传输区通道中网格的数目；每个网格用一个数组(i，j)作为ID，表示第i个图像传输区通道有水平j；定义S个数组表示网格的长度，第v个数组Hv表示第v个图像传输区通道中网格的长度，并且Hv的第w个元素hvw表示网格(v，w)的长度；网格(i，j)的边界为：o_x+(i-1)×w<x≤o_x+i×w非均匀网格划分好之后进行成簇阶段；算法分为很多轮进行，在每轮中选取每个网格中剩余能量最大的节点作为簇首节点，其余节点根据就近原则加入簇，然后再进行数据聚合；步骤三，格拉布斯预处理传感器节点需要对收集的数据进行预处理，然后再向簇首节点传输数据；采用格拉布斯预准则对传感器节点所采集到的数据进行预处理假设某个簇首节点含有n个传感器节点，传感器节点收集到的数据为x1,x2,…,xn，服从正态分布，并设：根据顺序统计原理，计算格拉布斯统计量：给定显著性水平α＝0.05之后，测量值满足gi≤g0(n,α)，则认为测量值有效，测量值参与到下一层次的数据聚合；反之，则认为测量值无效，因此需要剔除，即不参与到下一层次的数据聚合；步骤四，自适应聚合算法通过迭代得到各个节点测量数据的无偏估计值，求取各个传感器节点的测量数据值与估计值之间的欧式距离，以归一化的欧式距离作为自适应加权融和的权值；选用簇中的传感器节点采集到的数据的最大值与最小值的平均值作为中心数据；某个簇中有个传感器节点，用维列向量D＝(d1,d2,…,dn)表示相应节点的测量值，通过计算各个节点数据与中心数据的欧式距离反应不同节点数据与中心数据之间的偏差大小，其中li的计算公式为：根据欧式距离自适应设定相应的权值大小，距离越大权值越小，距离越小权值越大；其中wi为相应的权值。进一步，重建关节内病变缺损部位衰减系数包括：在成像中采用空间均匀分布的平行光对关节内病变缺损部位gin进行照射，通过医学摄像设备采集无关节内病变缺损部位遮挡的照射光测得入射光强度；对左右两边同除以gin并取负对数，则：采集到360度的测量数据G0后，采用精确高效的滤波反投影重建算法实现逆Radon变换即计算出衰减系数，即μt＝FBP(G0)；重建散射系数由公式g1包含了OPT成像中散射的影响，当从某一确定的角度采集数据g1时，和的散射夹角确定，系数k为一个确定的常数；两边同除以kgin，则有：由上式知为散射系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于关节置换手术的定位打孔方法，其特征在于，所述用于关节置换手术的定位打孔方法包括：通过图像采集模块利用医学摄像设备采集患者关节目标图像，所述目标图像包括关节内病变缺损部位图像和设置于关节内病变缺损部位附近的测量尺图像；医学摄像设备采集患者关节目标图像中，将关节内病变缺损部位图像区域划分为面积大小不等的网格；在每个网格内根据节点的剩余能量选取网格内的簇首节点，其余节点根据就近原则选择性的加入簇；判断簇内的成员节点收集到的数据是否符合格拉布斯准则，满足，则认为节点是有效的，即簇首节点发送数据，否则，不发送数据；簇首节点根据自适应聚合算法聚合来自有效的成员节点的数据和自身产生的数据；簇首节点以多跳的形式向sink节点发送数据直到运行完给定的轮数；运行完给定的轮数后，还需进行：重建关节内病变缺损部位衰减系数、重建关节内病变缺损部位散射系数、计算关节内病变缺损部位的吸收系数；通过生理参数检测模块利用生理检测设备检测患者的血压、心率、脑电波数据信息；检测患者的血压、心率、脑电波数据信息的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：

【技术特征摘要】
1.一种用于关节置换手术的定位打孔方法，其特征在于，所述用于关节置换手术的定位打孔方法包括：通过图像采集模块利用医学摄像设备采集患者关节目标图像，所述目标图像包括关节内病变缺损部位图像和设置于关节内病变缺损部位附近的测量尺图像；医学摄像设备采集患者关节目标图像中，将关节内病变缺损部位图像区域划分为面积大小不等的网格；在每个网格内根据节点的剩余能量选取网格内的簇首节点，其余节点根据就近原则选择性的加入簇；判断簇内的成员节点收集到的数据是否符合格拉布斯准则，满足，则认为节点是有效的，即簇首节点发送数据，否则，不发送数据；簇首节点根据自适应聚合算法聚合来自有效的成员节点的数据和自身产生的数据；簇首节点以多跳的形式向sink节点发送数据直到运行完给定的轮数；运行完给定的轮数后，还需进行：重建关节内病变缺损部位衰减系数、重建关节内病变缺损部位散射系数、计算关节内病变缺损部位的吸收系数；通过生理参数检测模块利用生理检测设备检测患者的血压、心率、脑电波数据信息；检测患者的血压、心率、脑电波数据信息的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0<a,b<α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)<p>＝|x(t)|<p>sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]<p>＝|x(t)|p-1x*(t)；中央控制模块通过中心点确定模块利用图像处理软件确定关节的中心点；通过关节结构测量模块利用图像处理软件对采集的图像进行计算测量关节的结构；通过显示模块利用显示器显示采集的图像信息及生理参数信息。2.如权利要求1所述的用于关节置换手术的定位打孔方法，其特征在于，医学摄像设备采集患者关节目标图像的方法，具体包括：步骤一，在面积为S＝L*L的关节内病变缺损部位图像区域内，随机分布N个同构的无线传感器节点，sink节点位于关节内病变缺损部位图像区域之外，节点处理整个无线传感器网络内收集到的数据；步骤二，非均匀成簇sink节点位于关节内病变缺损部位图像区域的上方；首先关节内病变缺损部位图像区域X轴划分为S个图像传输区通道，所有图像传输区通道有相同的宽度w，并且每个图像传输区通道的长度与关节内病变缺损部位图像区域的长度相等；用从1到s作为图像传输区通道的ID，最左端的图像传输区通道的ID为1，然后每个图像传输区通道沿着y轴划分为多个矩形网格，每个图像传输区通道中的每个网格都被定义一个水平，最下端的网格的水平为1，每个网格和每个图像传输区通道有相同的宽度w；每个图像传输区通道中网格的个数、长度与图像传输区通道到sink的距离有关；通过设置网格的长度来调整网格的大小；针对不同的图像传输区通道，距离sink越远的图像传输区通道含有的网格数目越小；针对同一图像传输区通道，距离sink越远的网格的长度越大；A中含有S个元素，第k个元素表示在第k个图像传输区通道中网格的数目；每个网格用一个数组(i，j)作为ID，表示第i个图像传输区通道有水平j；定义S个数组表示网格的长度，第v个数组Hv表示第v个图像传输区通道中网格的长度，并且Hv的第w个元素hvw表示网格(v，w)的长度；网格(i，j)的边界为：o_x+(i-1)×w<x≤o_x+i×w非均匀网格划分好之后进行成簇阶段；算法分为很多轮进行，在每轮中选取每个网格中剩余能量最大的节点作为簇首节点，其余节点根据就近原则加入簇，然后再进行数据聚合；步骤三，格拉布斯预处理传感器节点需要对收集的数据进行预处理，然后再向簇首节点传输数据；采用格拉布斯预准则对传感器节点所采集到的数据进行预处理假设某个簇首节点含有n个传感器节点，传感器节点收集到的数据为x1,x2,…,xn，服从正态分布，并设：vi＝xi-x0，根据顺序统计原理，计算格拉布斯统计量：给定显著性水平α＝0.05之后，测量值满足gi≤g0(n,α)，则认为测量值有效，测量值参与到下一层次的数据聚合；反之，则认为测量值无效，因此需要剔除，即不参与到下一层次的数据聚合；步骤四，自适应聚合算法通过迭代得到各个节点测量数据的无偏估计值，求取各个传感器节点的测量数据值与估计值之间的欧式距离，以归一化的欧式距离作为自适应加权融和的权值；选用簇中的传感器节点采集到的数据的最大值与最小值的平均值作为中心数据；某...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡光亮，马振华，徐迈，
申请(专利权)人：青岛市市立医院，
类型：发明
国别省市：山东,37