CN103654939B - 骨固定器的固定孔轴向定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，其包括：取得固定孔影像信息摄像机、计算中垂线处理单元、决定空间平面单元以及取得固定孔轴向向量单元。首先，取得分别由两个X光源位置拍摄的固定孔影像信息以得到固定孔的两个重叠影像，接着分别处理两个重叠影像以计算得到两条中垂线，每条中垂线与其相对应的X光源位置可分别形成一个空间平面，最后两个空间平面的交集即是固定孔轴向向量。借由本发明的实施，骨科手术时，可仅凭两张固定孔影像信息计算出固定孔的轴向向量，借此使患者及医事人员所接受到的辐射量大幅减少。

Description

骨固定器的固定孔轴向定位系统
技术领域
本发明涉及一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，特别是涉及一种用于骨科手术的骨固定器的固定孔轴向定位系统。
背景技术
在医疗产业中，借由放射性仪器进行摄影以辅助了解人体体内的结构是常见的做法。特别是在骨科手术过程中，常常需要即时地了解手术器械在体内的状况，因此C型臂透视X光机(以下简称C-arm)成为常用的设备。
C-arm可以即时地显示手术器械或植入物在体内的状况，供医师参考以决定手术进行的方式。举例来说，医师可以借由C-arm影像了解骨髓内钉打入骨头内的状况，亦可以利用C-arm的即时影像显示，得知骨髓内钉的固定孔的大致方位，并将锁固螺丝锁入固定孔内以将骨髓内钉固定于骨头中。
过去将锁固螺丝锁入骨髓内钉时，医师需要不断的拍摄骨髓内钉的固定孔影像，并观察固定孔与钻头之间的相对位置关系，再慢慢将钻头以正确的方向钻进骨髓内钉的固定孔中。在手术的过程中，不论是患者、医师及在场的医事人员皆会因此而接受到不低的辐射剂量。
除此之外，由于不断重复地调整C-arm方向与位置及拍摄影像，也会拉长手术的作业时间，不仅容易使患者的感染率提高，也相当耗费医事人员的体力，更严重的是常有锁固螺丝无法锁进固定孔的案例发生。因此亟需一种能减少辐射照射，又能自动定位出骨固定器的固定孔轴向定位系统。
发明内容
本发明为一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，其包括：取得固定孔影像信息摄像机、计算中垂线处理单元、决定空间平面处理单元及取得固定孔轴向向量单元。本发明主要是要达到可以仅利用两张固定孔影像信息计算并定位固定孔的轴向向量，以使医师能顺利地将锁固螺丝锁进固定孔以将骨固定器固定于骨头中，并可以减少患者及医事人员所接受的辐射量。
本发明提供一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，其包括：取得固定孔影像信息摄像机，该摄像机第一位置拍摄固定孔，以得到固定孔的第一孔面及第二孔面的第一重叠影像，又由第二位置拍摄固定孔，以得到第一孔面及第二孔面的第二重叠影像；计算中垂线处理单元，该计算中垂线处理单元分别处理第一重叠影像及第二重叠影像以计算得到第一中垂线及第二中垂线；决定空间平面处理单元，该决定空间平面处理单元由第一位置与第一中垂线形成第一平面，又由第二位置与第二中垂线形成第二平面；以及取得固定孔轴向向量处理单元，其固定孔轴向向量处理单元计算出第一平面与第二平面的交集，以作为固定孔的轴向向量。
借由本发明的实施，至少可达到下列进步功效：
1、可以仅使用两张固定孔影像信息定位固定孔的轴向向量，借此可以减少患者及医事人员所接受的辐射量。
2、可以减少手术的操作时间，也因此可以减少病患的感染率。
3、可以更容易导引钻头/K-pin循固定孔轴向方向钻孔，让锁固螺丝顺利的锁入固定孔。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合说明书附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例的一种骨固定器的固定孔轴向定位系统流程图。
图2为本发明实施例的一种骨髓内钉及其固定孔示意图。
图3为本发明实施例的一种骨板及其固定孔示意图。
图4A为本发明实施例的一种重叠影像示意图。
图4B为本发明实施例的一种取得固定孔影像信息示意图。
图4C为本发明实施例的另一种重叠影像示意图。
图5A为本发明实施例的一种计算中垂线步骤示意图。
图5B为图5A的X光影像的中垂线示意图。
图6A至图6C分别为本发明实施例的一种决定空间平面步骤示意图。
图7为本发明实施例的一种取得固定孔轴向向量示意图。
【主要元件符号说明】
10 骨固定器 11 固定孔
12 第一孔面 13 第二孔面
14 锁固螺丝 20 第一位置
21 第一重叠影像 22 第一中垂线
23 第一平面 30 第二位置
31 第二重叠影像 32 第二中垂线
33 第二平面 40 拍摄画面
41 高亮度区块 42 低亮度区块
50 正中位置 51 完全重叠影像
52 中心点 L1 直线
P1、P2 顶点 X 固定孔的轴向向量
V1 中垂线
具体实施方式
图1为本发明实施例的一种骨固定器的固定孔轴向定位系统工作流程图。图2为本发明实施例的一种骨髓内钉及其固定孔示意图。图3为本发明实施例的一种骨板及其固定孔示意图。图4A为本发明实施例的一种重叠影像示意图。图4B为本发明实施例的一种取得固定孔影像信息示意图。图4C为本发明实施例的另一种重叠影像示意图。图5A为本发明实施例的一种计算中垂线步骤示意图。图5B为图5A的X光影像的中垂线示意图。图6A至图6C分别为本发明实施例的一种决定空间平面步骤示意图。图7为本发明实施例的一种取得固定孔轴向向量示意图。
如图1所示，本发明实施例的一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，包括取得固定孔影像信息摄像机(S10)、计算中垂线处理单元(S20)、决定空间平面处理单元(S30)及取得固定孔轴向向量处理单元(S40)。
如图2及图3所示，骨固定器10上形成有至少一个固定孔11，固定孔11贯穿骨固定器10并在骨固定器10的两相对表面上分别形成第一孔面12及第二孔面13，因此第一孔面12是固定孔11的第一端在骨固定器10上所产生的孔洞曲面，而第二孔面13是固定孔11的第二端在骨固定器10上产生的孔洞曲面。骨固定器10亦可以为骨钉，例如骨髓内钉，骨髓内钉用于植入长骨的骨髓腔以将断裂的长骨进行固定，其中长骨可以为股骨或胫骨。当骨固定器10为骨髓内钉时，骨髓内钉穿入长骨的骨髓腔后，仍需要使用锁固螺丝14穿过固定孔11以使骨髓内钉能稳固的设置于长骨中。固定孔11可以贯穿骨髓内钉的径轴而在骨髓内钉的两相对表面上分别形成第一孔面12及第二孔面13。
如图3所示，骨固定器10亦可以为一骨板，骨板设置于骨头的外侧以将断裂的骨头进行固定，在将骨板固定于骨头时，也需要使用锁固螺丝14穿过固定孔11以使骨板能稳固的设置于骨头的外侧。固定孔11可以贯穿骨板的板面而在骨板的两相对表面上分别形成第一孔面12及第二孔面13。
如图4A及图4B所示，取得固定孔影像摄像机(S10)，在骨科手术过程中使用C-arm取像时，通常沿着通过固定孔11的轴向并与骨固定器10长轴方向垂直的平面上旋转调整C-arm的拍摄位置来取得骨固定器10及其固定孔11的影像信息。利用C-arm的X光源端由前述平面上的第一位置20拍摄骨固定器10与其固定孔11时，X光能穿透固定孔11的第一孔面12及第二孔面13的重叠处到达C-arm的接收端，此部分由于辐射曝光度较高，因此于拍摄画面40中形成高亮度区块41。另外，X光仅通过第一孔面12但未能通过第二孔面13或仅通过第二孔面13但未能通过第一孔面12处的部分到达C-arm的接收端时，由于辐射曝光度较低，因此在拍摄画面40中形成低亮度区块42。将拍摄画面40经过影像处理辨别及分割后可以得到高亮度区块41视为固定孔11的第一孔面12及第二孔面13的第一重叠影像21。
同样地，以C-arm的X光源端由前述平面上的第二位置30拍摄固定孔11时，将拍摄画面40经过影像处理辨别及分割后可以得到高亮度区块41，并将高亮度区块41视为固定孔11的第一孔面12及第二孔面13的第二重叠影像31。前述的第一重叠影像21及第二重叠影像31均可以由C-arm所拍摄，而第一位置20及第二位置30则分别是C-arm取像时X光源的X光源位置。
请同时参考图4C，取得可以进一步包括辨别完全重叠，该固定孔影像信息摄像机(S10)为若由固定孔11正上方的正中位置50拍摄固定孔11，由于固定孔11的第一孔面12及第二孔面13为近乎或完全重叠，因此使X光通过第一孔面12至C-arm的接收端所产生的影像能与X光通过第二孔面13至C-arm的接收端所产生的影像完全重叠在一起，故得到的第一重叠影像21或第二重叠影像31是与第一孔面12或第二孔面13形状一样的完全重叠影像51，此时固定孔11的轴向向量便是正中位置50与完全重叠影像51的中心点52的连线向量。
如图5A及图5B所示，计算中垂线处理单元(S20)分别处理取得固定孔影像信息摄像机(S10)中得到的第一重叠影像21及第二重叠影像31。在计算中垂线处理单元(S20)处理中可以利用第一重叠影像21的外型为近似椭圆形的特点，以此椭圆形长轴方向中两顶点(P1及P2)连接形成直线L1，再取得直线L1的中垂线V1，以计算得到第一中垂线22。同样地，可以利用第二重叠影像31的外型为近似椭圆形的特点，以此椭圆形长轴方向中两顶点(P1及P2)连接形成直线L1，再取得直线L1的中垂线V1，以计算得到第二中垂线32。
如图6A及图6B所示，决定空间平面处理单元(S30)，由一点加上一线可以导出一个平面，故由第一位置20可与计算中垂线处理单元(S20)处理中得到的第一中垂线22形成第一平面23，又第二位置30可与计算中垂线处理单元(S20)处理中得到的第二中垂线32形成第二平面33。
如图6C及图7所示，取得固定孔轴向向量处理单元(S40)，其借由该取得固定孔轴向向量处理单元计算第一平面23与第二平面33的交集部分，以作为固定孔的轴向向量X。在手术导引系统中，可以使用定位装置得知C-arm的X光源端及C-arm的接收端的座标位置，因此由这些座标位置经过本发明实施例，可以推算出固定孔的轴向向量X的座标位置，进而使手术导引系统可以根据固定孔的轴向向量X协助医师将锁固螺丝锁固于固定孔中。
本发明实施例的骨固定器的固定孔轴向定位系统可以仅使用两张固定孔影像信息就计算推导出固定孔的轴向向量，若应用于骨科手术，能提升手术的效率、降低医疗人员的辐射剂量以及让钻头/K-pin能够循固定孔轴向方向钻孔并使锁固螺丝能够顺利锁固骨髓内钉。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于，其包括
取得固定孔影像信息C型臂透视X光机(C-arm)，该C型臂透视X光机(C-arm)由第一位置拍摄固定孔，以得到该固定孔的第一孔面及第二孔面的第一重叠影像，又由第二位置拍摄该固定孔，以得到该第一孔面及该第二孔面的第二重叠影像；
计算中垂线处理单元，该计算中垂线处理单元分别处理该第一重叠影像及该第二重叠影像以计算得到第一中垂线及第二中垂线；
决定空间平面处理单元，该决定空间平面处理单元由该第一位置与该第一中垂线形成第一平面，又由该第二位置与该第二中垂线形成第二平面；以及
取得固定孔轴向向量处理单元，该取得固定孔轴向向量处理单元计算出该第一平面与该第二平面的交集，以作为该固定孔的轴向向量。
2.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该骨固定器为骨髓内钉或骨板。
3.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该固定孔贯穿该骨固定器的径轴而在该骨固定器的两相对表面上分别形成该第一孔面及该第二孔面。
4.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该固定孔贯穿该骨固定器的板面而在该骨固定器的两相对表面上分别形成该第一孔面及该第二孔面。
5.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该第一重叠影像及该第二重叠影像均由C型臂透视X光机(C-arm)所拍摄。
6.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该第一重叠影像及该第二重叠影像是经过影像处理单元而得。
7.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该取得固定孔影像信息C型臂透视X光机(C-arm)进一步包括辨别完全重叠处理单元，当拍摄该固定孔而得到该第一重叠影像或该第二重叠影像为完全重叠影像时，则该固定孔的轴向向量为该固定孔上方的正中位置与该完全重叠影像的中心点的连线向量。
8.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该第一中垂线为该第一重叠影像的长轴方向中两顶点连接形成的直线的中垂线。
9.如权利要求1所述的骨固定器的固定孔轴向定位系统，其特征在于其中该第二中垂线为该第二重叠影像的长轴方向中两顶点连接形成的直线的中垂线。
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