便携式骨科手术三维定位导向器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种便携式骨科手术三维定位导向器，包括供电单元、由加速度传感器和磁场传感器组成的传感器单元、微控制处理器、和显示单元，固定于器械上的传感器单元获取地理坐标系下的加速度分量和磁场强度分量，并传输至微控制器单元进行处理，转换为器械的方位角和矢状角信息，方位角和矢状角信息输出到显示单元实时显示。本实用新型专利技术可以在临床中辅助医护人员确定矢状角和方位角的大小，避免各种人为失误，同时，本实用新型专利技术体积小、便于携带；通过本实用新型专利技术，医护人员可以得到实时的位置准确信息提高手术的成功率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种用作脊柱外科的颈、胸、腰椎弓根穿 刺及螺钉固定等骨科手术中辅助装置的便携式骨科手术三维定位导向器。
技术介绍
已有的骨外科手术操作中，穿刺技术应用极为广泛，特别是在进行脊柱外科的经 椎弓根手术操作时，必须在唯一正确的骨性通道内进行穿刺，从而使螺钉或骨水泥等置入 位置准确，故而要求临床医师能高精度地确定器械操作的矢状角和方位角。然而，目前一般 都是靠医生眼观目测的经验来粗略估计角度的大小，因此，即使是经验很丰富的医生，也无 法保证角度的完全正确或者基本准确。文献报道椎弓根螺钉的误置率介于10% -33. 7%, 并发症后果严重。矢状角不准确可能使椎弓根钉置于椎间盘或者伤及椎间孔内的神经根， 导致内固定失效或感觉运动功能障碍；方位角(内倾角)过大或者过小，可使椎弓根钉进入 椎管内或者穿出椎体外壁，伤及脊髓和腹内大血管及脏器，造成严重的后果。专利号为9724488. 1的中国技术专利、专利号为200620024102. 8的中国实用 新型专利、专利号为200920101434. 5的中国技术专利公开了几种用于椎弓根固定手 术的辅助装置，但基本上是同一个类型，差别在于材料，以及在实现工艺上的改进。其中，专 利号为9724488. 1的中国技术专利所公开一种机械式椎弓根固定手术的辅助装置通 过调节连接板和定位板上的螺栓和螺母来将定位板，连接板和弯板固定以保持调整好的角 度和横向距离。手术时，固定弯板上的导向孔中的打孔器即所对位置。该辅助装置的不足 之处在于1.在打孔之前，固定好角度和横向距离，不可能做到依据具体的个体的差异及时 调整这个角度和横向距离。2.整个装置由木头，螺钉和螺母构成。从本身的材料的物理特性很难保证其固有 精度；再经过加工时的工具精度，同样影响其装置的精度。3.在手术中医护人员的差异，很难要求每一个使用人员在读取刻度是遵守读取规 则，从实际使用中又引入人为误差。4.由于定位板和链接板，以及弯板是通过螺钉和螺母的方式固定，很难保证在使 用前和使用中，不会由于外力的作用而产生相对位移，而造成定位角度上的偏差。5.从其装置本身的构造的描述，决定其体积过大，不便携，不能提供动态的位置信 息使医护人员根据个体差异及时调整角度满足具体情况要求，而且使用相对繁琐复杂。6.其装置必须锚定于棘突等骨性结构之上，只适合于开放手术中相应的解剖标志 获得清楚显露的情况之下，无法应用于目前广泛兴起的微创脊柱外科手术，如经皮椎弓根 螺钉固定术、经皮椎体成形术、经皮椎体后凸成形术等术式。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可以实时显示器械位置情况的便携式骨科手术三3维定位导向器，可以在临床中辅助医护人员准确确定器械位置的矢状角和方位角的大小， 实现精确导向。为实现本上述目的，本技术所采用的技术方案如下一种使用权利要求1所述方法的骨科手术三维定位导向器，包括供电单元、由加 速度传感器和磁场传感器组成的传感器单元、微控制处理器、和显示单元，固定于器械上的 传感器单元获取地理坐标系下的加速度分量和磁场强度分量，并传输至微控制器单元进行 处理，转换为器械的方位角和矢状角信息，方位角和矢状角信息传输至显示单元显示。本技术导向器还包括无线传输单元，通过无线数据传输单元将方位角和矢状 角信息传输到上位机进行其它处理，同时并把相应数据在上位机上显示，以获得更多的信 息，提供医护人员参考。本技术所述的供电单元为无线充电式供电单元，包括前级部分和后级部分， 前级部分与后级部分采用电磁感应方式连接，这样在供电电源用完时，不用拆卸充电，方便 导向器的使用。本技术所述无线供电单元的后级部分与所述的传感器单元、微控制器、无线 数据传输单元封装为一体的印刷电路板固定于设备器械上，印刷电路板的中轴线与整个设 备器械的中轴线重合的部位，以降低测量误差。所述的加速度传感器可以采用二轴或三轴加速度传感器，本装置采用三轴加速度 传感器。所述的磁场传感器采用三轴磁场传感器。本技术利用磁北方向和重力方向以及磁西方向建立一个地理坐标系，来作为 本装置的绝对参考系。通过加速度传感器和磁场传感器测得在绝对坐标系下的器械实时重 力分量和磁场分量，再通过器械体坐标系与地理坐标系之间的转换关系，经过数学变换，从 而提取到方位角和矢状角信息。本技术可以在临床中辅助医护人员准确确定矢状角和方位角的大小，实现实 时导向，定位精度高；并可进行实时校准，避免了各种人为失误，同时，本技术体积小， 便于携带。通过本技术，医护人员可以得到实时的位置准确信息提高手术的成功率。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。附图说明图1为本技术的组成框图；图2为本技术所依据的两个坐标系，以及方位角和矢状角与这两个坐标系之 间的关系示意图；图3为本技术将地理坐标系转换成器械体坐标系的过程示意图；图4为本技术实施例的输出结果的流程图。具体实施方式现在通过参考附图来较为完整的阐释本技术，其中示出本技术的示例性 实施例。如图1所示，本技术便携式骨科手术三维定位导向器，包括供电单元1、由加 速度传感器2和磁场传感器3组成的传感器单元4、微控制器5、无线数据传输单元7和显示4单元6，供电单元1给其他组成单元供电，固定于器械上的传感器单元4获取地理坐标系下 的加速度分量和磁场强度分量，并传输至微控制器单元5进行处理，转换为器械的方位角 和矢状角信息，方位角和矢状角信息在显示单元实时显示；并通过无线数据传输单元7发 送到上位机作进一步处理，以显示更详细的信息。供电单元1分为前级部分和后级部分，前级部分和后级部分并不直接相连，而是 通过电磁相互转换的原理将两者联系起来。前级部分是由AC-DC电路模块、初级线圈驱动 电路、初级线圈构成；后级部分由次级线圈、整流滤波电路、稳压电路、锂电充电保护和提示 电路构成。使用过程中，锂电池给其它单元供电，锂电电量不足时，会自动检测和提示使用 者通过前级给后级充电。将无线供电单元1的后级部分与传感器单元4、微控制器5、和无 线数据传输单元7封装为一体的印刷电路板，传感器应该布置在印刷电路板的中心位置； 由于传感器易受铁性，磁性材料的影响，为了减少这种干扰，将无线数据传输单元布置在印 刷电路板的末端，尽最大可能离传感器的最远处；在布置传感器周围的器件应避免在传感 器四周围10毫米内出现；印刷电路板在设备器械上的固定位置，要保证印刷电路板的中轴 线与整个设备器械的中轴线重合，否则将会给测量带来误差。整个印刷电路板不需要导线 与外界联系，从而实现无线传输，无线传输相应数据在显示单元上显示，同时并把相应数据 传输到上位机进行其它处理。上述供电单元1也可采用其他形式的常用工作电源，或独立 的微型电池等。上述传感器单元4中的加速度传感器2采用容式MEMS加速度传感器，本实施例 中，我们采用的是ST (意法)公司加速度传感器，也可以使用其它公司的MEMS的加速度传 感器，如AD公司MEMS加速度传感器，飞思卡尔公司的MEMS加速度传感器。传感器单元4中的磁场传感器3采用磁阻式磁场传感器，本实施例中使用的是 ST (意法)公司的地磁集成模块，也可以使用霍尼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式骨科手术三维定位导向器，其特征在于：包括供电单元、由加速度传感器和磁场传感器组成的传感器单元、微控制处理器、和显示单元，固定于器械上的传感器单元获取地理坐标系下的加速度分量和磁场强度分量，并传输至微控制器单元进行处理，转换为器械的方位角和矢状角信息，方位角和矢状角信息输出到显示单元实时显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王智运，赵硕峰，
申请(专利权)人：王智运，赵硕峰，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]