CN107085671A - 一种软骨修复手术的辅助设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软骨修复手术的辅助设备，其包括术前诊断系统、手术导航系统、试剂定量输出系统。本发明的软骨修复手术的辅助设备结构简单、操作方便，集成软骨修复手术辅助诊断、辅助治疗和辅助康复评估等功能为一体，采用该设备进行术前辅助诊断、模拟软骨修复手术、术中辅助治疗、术后辅助康复评估，能使软骨修复手术变得规范和容易，使手术更加精确，满足对软骨修复手术专用辅助设备的需求，也便于推广应用。

Description

一种软骨修复手术的辅助设备

技术领域

本发明总体涉及外科手术辅助技术领域，并特别涉及一种软骨修复手术的辅助设备。

背景技术

目前的软骨修复技术是根据影像学、关节镜或者手术暴露的方法，由医生凭经验判定软骨受损的位置、损伤类型和损伤程度，制定治疗方案并进行手术，常会因人为误差而导致软骨缺损修复不完全，或者过量切除导致正常软骨的丢失，这些都会影响患者的治疗效果。只有准确制定治疗方案和精确规范的手术，才能提高手术的成功率，达到最好的治疗效果，这就要求开发专用的辅助诊断和辅助治疗的设备。而治疗效果及康复情况需要对比术后和术前的关节运动力学情况进行评估。

目前，国内外市场上并没有专用于的精确指导软骨修复手术的集成辅助诊断、辅助治疗的设备，更不具有康复评估的功能。因此，亟需开发专用于软骨修复手术辅助诊断、辅助治疗和辅助康复评估的设备。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种软骨修复手术的辅助设备，集成了辅助诊断、辅助治疗和辅助康复评估的功能，满足对软骨修复手术专用辅助设备的需求。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种软骨修复手术的辅助设备，包括对软骨损伤进行初步诊断，并根据初步诊断制定初步手术方案的术前诊断系统；与术前诊断系统通信地耦合的手术导航系统；与术前诊断系统通信地耦合连接，并根据术前诊断系统的指示输出定量试剂的试剂定量输出系统；用于康复评估且与术前诊断系统连接的关节运动力学仿真系统。

进一步地，软骨修复手术的辅助设备还包括用于康复评估的关节运动力学仿真系统，该关节运动力学仿真系统与术前诊断系统连接。

进一步地，软骨修复手术的辅助设备还包括显示装置，该显示装置分别连接术前诊断系统、手术导航系统、试剂定量输出系统和关节运动力学仿真系统。

进一步地，软骨修复手术的辅助设备还包括与术前诊断系统连接，并根据术前诊断系统的指示进行手术操作的手术机器人。

进一步地，术前诊断系统包括分别与显示装置连接并显示的图像采集单元、图像处理单元、软骨损伤分析单元以及初步手术方案制定单元。

进一步地，图像采集单元包括X光机、超声仪、核磁共振仪、CT机或关节镜；和/或，图像处理单元包括图像分割单元、模型重建单元、损伤提取和测量单元。

进一步地，软骨修复手术的辅助设备还包括手术模拟系统，该手术模拟系统连接手术导航系统、术前诊断系统以及显示装置。

进一步地，试剂定量输出系统，包括分别与术前诊断系统连接的光敏试剂定量输出单元，和/或，温敏试剂定量输出单元，和/或，压力敏试剂定量输出单元。

进一步地，光敏试剂定量输出单元包括光敏试剂存储单元、与光敏试剂存储单元连接的光敏试剂输出装置、以及为光敏试剂提供定量输出的光谱的光发生器；

温敏试剂定量输出单元包括温敏试剂存储单元、与温敏试剂存储单元连接的温敏试剂输出装置、以及为温敏试剂提供定量输出的温度场的温度发生器；

压力敏试剂定量输出单元包括压力敏试剂存储单元、与压力敏试剂存储单元连接的压力敏试剂输出装置、以及为压力敏试剂提供定量输出的压力的压力发生器。

进一步地，软骨修复手术的辅助设备还包括分别连接显示装置的信息输入和操作系统。

由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益技术效果：

1.本发明的软骨修复手术的辅助设备结构简单、操作方便，集成软骨修复手术辅助诊断、辅助治疗和辅助康复评估等功能为一体，采用该设备进行术前辅助诊断、模拟软骨修复手术、术中辅助治疗、术后辅助康复评估，能使软骨修复手术变得规范和容易，使手术更加精确，满足对软骨修复手术专用辅助设备的需求，也便于推广应用。

2.使用本发明的软骨修复手术的辅助设备，能够通过术前诊断系统准确得到软骨受损的位置、损伤类型和损伤程度，并且能够通过术前诊断系统实现人机交互，辅助医生对患者在手术前进行关节软骨损伤程度的定量和定性分析，能较准确地制定初步手术治疗方案，还可以通过手术模拟系统进行软骨修复手术模拟，在提高手术熟练度的同时提前发现手术中存在的问题并制定解决方案，从而提高手术的成功率，达到最好的治疗效果。

3.使用本发明的软骨修复手术的辅助设备，能够通过关节运动力学仿真系统来分析关节术前和术后的情况，进行康复评估。

4.使用本发明的软骨修复手术的辅助设备，能够通过手术导航系统对软骨缺损部位进行精确定位和测量，并能够根据定位和测量结果修正初步手术方案，从而实现精确的治疗。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的一种软骨修复手术的辅助设备的实施例的示意图；

图2是使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行术前辅助诊断、模拟软骨修复手术、软骨修复手术辅助治疗和软骨修复手术康复评估的实施例的示意框图。

附图标记：

1-手术导航系统 2-主显示屏 3-辅助显示屏 4-键盘 5-鼠标

6-操作台 7-主机箱 8-主机盒 9-光敏试剂定量输出单元

10-温敏试剂定量输出单元 11-压力敏试剂定量输出单元

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对照附图结合实施例，为本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种软骨修复手术的辅助设备，包括对软骨损伤进行初步诊断，并根据初步诊断制定初步手术方案的术前诊断系统；与术前诊断系统通信地耦合的手术导航系统；与术前诊断系统通信地耦合连接，并根据术前诊断系统的指示输出定量试剂的试剂定量输出系统。

在术前，使用本发明的软骨修复手术的辅助设备，能够通过术前诊断系统准确得到软骨受损的位置、损伤类型和损伤程度，并且能够通过术前诊断系统实现人机交互，辅助医生在手术前对患者进行关节软骨损伤程度的定量和定性分析，能够较准确地制定手术治疗方案。

优选地，软骨修复手术的辅助设备还包括用于康复评估且与术前诊断系统连接的关节运动力学仿真系统。在术后，使用本发明的软骨修复手术的辅助设备，能够通过关节运动力学仿真系统来分析关节术前和术后的情况，进行康复评估。

优选地，软骨修复手术的辅助设备还包括显示装置，该显示装置分别连接术前诊断系统、手术导航系统、试剂定量输出系统和关节运动力学仿真系统。

优选地，术前诊断系统包括分别与显示装置连接并显示的图像采集单元、图像处理单元、软骨损伤分析单元以及初步手术方案制定单元。

优选地，图像采集单元包括但不限于X光机、超声仪、核磁共振仪、CT机或关节镜。本发明通过X光机、超声仪、核磁共振仪、CT机获取关节部位的影像或采用关节镜直接观察关节的软骨影像。

优选地，图像处理单元包括图像分割单元、模型重建单元、损伤提取和测量单元。其中图像分割单元对包括但不限于软骨、皮质骨和松质骨的图像进行分割，上述图像分割包括人为、半自动或者自动识别关节图像中软骨损伤。

本发明的手术导航系统采用光学定位或者磁定位等定位方法，跟踪传感器的空间三维位置，在软骨修复手术过程中，标志点或者标志架分别固定于软骨缺损的骨骼和软骨修复手术工具上面，根据手术方案，在术中对软骨缺损的部位精确定位并清除损伤区域，在手术导航系统中精确测量并计算出区域的缺损填充体积，并能够根据定位和测量结果修正初步手术方案，从而实现精确的治疗。在术中使用手术导航系统，使得本发明的辅助设备具有人机交互(视觉、触觉和听觉)功能。

优选地，软骨修复手术的辅助设备还包括手术模拟系统，该手术模拟系统连接手术导航系统、术前诊断系统以及显示装置。通过手术模拟系统进行软骨修复手术模拟，能提前发现手术过程中可能出现的问题并提高手术熟练度，从而提高手术的成功率，达到最好的治疗效果。

优选地，本发明的试剂定量输出系统，包括分别与术前诊断系统连接的光敏试剂定量输出单元，和/或，温敏试剂定量输出单元，和/或，压力敏试剂定量输出单元。

进一步优选地，光敏试剂定量输出单元包括光敏试剂存储单元、与光敏试剂存储单元连接的光敏试剂输出装置、以及为光敏试剂提供定量输出的光谱的光发生器；

温敏试剂定量输出单元包括温敏试剂存储单元、与温敏试剂存储单元连接的温敏试剂输出装置、以及为温敏试剂提供定量输出的温度场的温度发生器；

压力敏试剂定量输出单元包括压力敏试剂存储单元、与压力敏试剂存储单元连接的压力敏试剂输出装置、以及为压力敏试剂提供定量输出的压力的压力发生器。

本发明的光发生器还与手术工具通过线缆连接，为光敏试剂提供光谱定量输出，实现光照强度、时间和频谱的控制；温度发生器还与手术工具通过线缆连接，为温敏试剂提供温度场定量输出，实现温度区间、作用时间的控制；压力发生器还与手术工具通过线缆连接，为压力敏试剂(如超声)提供压力定量输出，实现信号频率、作用时间和作用强度的控制。

本发明的软骨修复手术的辅助设备还能够将患者的数据发送到现有的医疗数字化系统，进行辅助诊断。

总之，本发明的软骨修复手术的辅助设备集成软骨修复手术辅助诊断、辅助治疗和辅助康复评估等功能为一体，采用该设备进行术前辅助诊断、模拟软骨修复手术、术中辅助治疗、术后辅助康复评估，能使软骨修复手术变得规范和容易，使手术更加精确，满足对软骨修复手术专用辅助设备的需求，同时本发明的软骨修复手术的辅助设备结构简单、操作方便，也便于推广应用。

如图1所示的本发明的一种软骨修复手术的辅助设备的优选实施例中，术前诊断系统、关节运动力学仿真系统和手术模拟系统设置在主机盒8中，主机盒8上设置有与术前诊断系统连接的多个功能接口，手术导航系统1、光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10和压力敏试剂定量输出单元11通过线缆分别连接至对应的功能接口，其中光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10和压力敏试剂定量输出单元11可以根据使用需要选择其一连接至相同的功能接口，也可以分别连接至不同的功能接口。主机盒8、光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10和压力敏试剂定量输出单元11为均长方体结构。本实施例的软骨修复手术的辅助设备还包括连接至专用功能接口，并根据术前诊断系统的指示进行手术操作的手术机器人(未示出)。

本实施例的辅助设备还包括主机箱7，该主机箱7的一侧从上到下依次设置有4个置物空腔，每个空腔壁上都设置有线缆口或电源接口，上述置物空腔内从上到下分别放置有主机盒8、光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10和压力敏试剂定量输出单元11。主机箱7的上部设置有操作台6，操作台6上设置有多个线缆口或接口，并且操作台6的后方放置有显示装置，该显示装置为并排放置的主显示屏2和辅助显示屏3，主显示屏2和辅助显示屏3都分别连接术前诊断系统、手术导航系统、试剂定量输出系统和关节运动力学仿真系统，其中主显示屏2用于术前手术模拟显示，术中手术情况显示和术中的各个参数显示，辅助显示屏3是为了扩大显示角度，用于在主显示屏2的基础上显示其他信息；操作台6的前方设置有与显示装置连接的信息输入和操作系统，信息输入和操作系统为并排放置的键盘4和鼠标5，其中键盘4用于信息输入，鼠标5用于辅助键盘4进行信息输入、采集，和显示屏操作、三维显示的操作等。此外，操作台6还可以用来存放手术器械和备用器械。

主机箱7中还设置有电源和冷却系统，其中电源为术前诊断系统、关节运动力学仿真系统、手术模拟系统、手术导航系统1、光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10、压力敏试剂定量输出单元11、显示器等提供稳定的能量源，冷却系统用于辅助光敏试剂定量输出单元9、温敏试剂定量输出单元10和压力敏试剂定量输出单元11的冷却。主机箱7底部四角还设置有方便移动的移动脚轮。

如图2所示是使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行术前辅助诊断、模拟软骨修复手术、软骨修复手术辅助治疗和软骨修复手术康复评估的实施例的示意框图。

使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行术前辅助诊断，包括：

(1)采用图像采集单元获取关节部位的影像，采用图像处理单元人为/半自动/自动识别关节部位的影像中的软骨损伤，并采用模型重建单元建立损伤关节的模型；

(2)采用损伤提取和测量单元提取损伤部位，并测量其尺寸、表面积和体积；

(3)采用软骨损伤分析单元进行软骨损伤的自动诊断，并对损伤部位进行定位，形成初步诊断；

(4)医生采用初步手术方案制定单元确定或修正初步诊断，得到初步的手术方案，所述手术方案包括损伤的定位、去除的厚度、修复的容积、使用的填充材料以及修复工艺参数。

术前，通过医生和本发明的辅助设备协同得出了较准确的手术方案，为手术的成功奠定了坚实的基础。并且采用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行辅助诊断时，医生能在影响手术方案制定的任何阶段手动介入更正智能判定的可能的错误。

使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行模拟软骨修复手术具体为采用上述手术方案，利用手术模拟系统模拟手术过程，提高手术熟练度的同时能提前发现手术中可能存在的问题并制定解决方案，从而提高手术的成功率。

使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行软骨修复手术辅助治疗，包括：

(1)采用手术导航系统在术中对软骨损伤部位进行定位和精确测量；

(2)根据(1)得到的定位和测量结果，修正初步手术方案，具体修正损伤定位、去除厚度、修复容积、填充材料用量等信息。

根据修正后的手术方案，术前诊断系统为手术机器人和光敏试剂定量输出单元/温敏试剂定量输出单元/压力敏试剂定量输出单元提供精确的信息，从而实现精准治疗，达到最好的治疗效果。

使用本发明的软骨修复手术的辅助设备进行软骨修复手术康复评估，包括：

(1)采用关节运动力学仿真系统进行软骨修复手术前的关节的有限元分析和骨骼肌模拟等运动力学仿真分析和计算，对术前的关节运动力学进行评估和记录；

(2)采用关节运动力学仿真系统对术后的关节运动力学进行评估和记录；

(3)对比术后和术前的关节运动力学结果，评价软骨修复手术后骨关节的康复情况。

以上所述实施仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，包括：

对软骨损伤进行初步诊断，并根据所述初步诊断制定初步手术方案的术前诊断系统；

与所述术前诊断系统通信地耦合的手术导航系统；

与所述术前诊断系统通信地耦合连接，并根据所述术前诊断系统的指示输出定量试剂的试剂定量输出系统。

2.如权利要求1所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，还包括用于康复评估的关节运动力学仿真系统，所述关节运动力学仿真系统与所述术前诊断系统连接。

3.如权利要求1或2所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置分别连接所述术前诊断系统、所述手术导航系统、所述试剂定量输出系统和所述关节运动力学仿真系统。

4.如权利要求1或2所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，还包括与所述术前诊断系统连接，并根据所述术前诊断系统的指示进行手术操作的手术机器人。

5.如权利要求3所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，所述术前诊断系统包括分别与所述显示装置连接并显示的图像采集单元、图像处理单元、软骨损伤分析单元以及初步手术方案制定单元。

6.如权利要求5所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，所述图像采集单元包括X光机、超声仪、核磁共振仪、CT机或关节镜，和/或，所述图像处理单元包括图像分割单元、模型重建单元、损伤提取和测量单元。

7.如权利要求3所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，还包括手术模拟系统，所述手术模拟系统连接所述手术导航系统、所述术前诊断系统以及所述显示装置。

8.如权利要求1所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，所述试剂定量输出系统，包括分别与所述术前诊断系统连接的光敏试剂定量输出单元，和/或，温敏试剂定量输出单元，和/或，压力敏试剂定量输出单元。

9.如权利要求8所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，所述光敏试剂定量输出单元包括光敏试剂存储单元、与所述光敏试剂存储单元连接的光敏试剂输出装置、以及为所述光敏试剂提供定量输出的光谱的光发生器；

所述温敏试剂定量输出单元包括温敏试剂存储单元、与所述温敏试剂存储单元连接的温敏试剂输出装置、以及为所述温敏试剂提供定量输出的温度场的温度发生器；

所述压力敏试剂定量输出单元包括压力敏试剂存储单元、与所述压力敏试剂存储单元连接的压力敏试剂输出装置、以及为所述压力敏试剂提供定量输出的压力的压力发生器。

10.如权利要求1所述的软骨修复手术的辅助设备，其特征在于，还包括分别连接所述显示装置的信息输入和操作系统。