CN109528268B - 一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统 - Google Patents
一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断方法，涉及骨扩孔手术辅助技术领域，其包括以下步骤：（1）通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；（2）在所述步骤（1）内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；（3）对所述步骤（2）所取得的数据进行处理，求所述受力与时间的实时函数关系；（4）通过分析所述步骤（3）中的所述函数的特征，来判断当时扩孔工具的前进路径。本发明能在骨扩孔手术中判断出此时扩孔工具的前进路径，利于施术医生精准地把控扩孔方向和位置，并及时地调整偏离的扩孔方向和位置。
Description
技术领域
本发明涉及骨扩孔手术辅助技术领域，特别是涉及一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统。
背景技术
在现有的技术中，在进行手术的过程中，手术辅助系统往往通过手术导航、CT拍摄来衡量医疗器械的位置和方向的准确与否，但是因个体的差异性，手术导航的精确程度会打折扣，同时CT拍摄则会有大量的辐射，对人体有害。此外，在进行骨扩孔手术时，医生无法得知扩孔工具的前进路径到底对不对，因为大多数辅助系统没有力学反馈装置，没有具体的力学检测的分析逻辑和判断方法，仅能从视觉上进行判断，手术过程不能得到相应的提示或者警告，操作失误会严重影响手术效率和效果。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的手术辅助系统不能提示骨扩孔手术中的扩孔工具前进路径信息的不足之处，而提供一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，包括骨扩孔手术扩孔工具前进路径的判断方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，包括传感器和去噪声模块以及钝化模块，利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统对扩孔工具前进路径进行判断，其特征在于：利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统对扩孔工具前进路径进行判断的方法包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力的绝对值的最大值与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时扩孔工具的前进路径。
优选地，把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)；以Overlap方式处理Fx(t)，Fy(t)和Fz(t)，且处理后所获得的函数为标准函数，分别记为Fxo(t)，Fyo(t)和Fzo(t)。
在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)，且Fy(t)＞N*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10。
如权利要求3所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＜M*Fxo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fy(t)＜M*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fz(t)＜M*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若同时满足：，Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fy(t)＞N*Fyo(t)不成立；Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)不成立；Fx(t)＜M*Fxo(t)不成立；Fy(t)＜M*Fyo(t)不成立；和Fz(t)＜M*Fzo(t)不成立；则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线重合，所述N值和所述M值为精确度系数，且3≤N≤10，0.1≤M≤0.5。
优选地，所述步骤(2)中，m大于或等于1；所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理。
优选地，4≤m≤6。
本发明的有益效果：
本发明的骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统能在骨扩孔手术中判断出此时扩孔工具的前进路径，利于施术医生精准地把控扩孔方向及位置并及时做出调整。本发明完善了骨扩孔手术过程的提示和指引作用，减轻施术医生的心理压力和操作负担，提高手术的效率和安全性。
另外，在关节置换手术中，明确扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线间的位置关系对植入体的安装和其生物力学的稳定性有着十分重要的作用。利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统判断比直接是肉眼观察更安全准确。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统的判断方法的扩孔工具轴线与被扩孔轴线的位置关系图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，包括传感器和去噪声模块以及钝化模块，利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统对扩孔工具前进路径进行判断，其特征在于：利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统对扩孔工具前进路径进行判断的方法包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力的绝对值的最大值与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时扩孔工具的前进路径。
本实施例能在骨扩孔手术中判断出此时扩孔工具的前进路径，利于施术医生精准地把控扩孔方向及位置并及时做出调整。本发明完善了骨扩孔手术过程的提示和指引作用，减轻施术医生的心理压力和操作负担，提高手术的效率和安全性。
另外，在关节置换手术中，明确扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线间的位置关系对植入体的安装和其生物力学的稳定性有着十分重要的作用。这个判断方法比直接是肉眼观察更安全准确。
优选地，把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)；以Overlap方式处理Fx(t)，Fy(t)和Fz(t)，且处理后所获得的函数为标准函数，分别记为Fxo(t)，Fyo(t)和Fzo(t)。上述获得的函数有利于判断扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线间的位置关系，进而判断出此时扩孔工具的前进路径。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)，且Fy(t)＞N*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10；在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10。这个方法能够判断出扩孔工具的前进路径偏离了正确方向。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＜M*Fxo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5；在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fy(t)＜M*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5；在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fz(t)＜M*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。这个方法能够判断出扩孔工具的前进路径偏离了正确位置。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若同时满足：，Fx(t)＞N*Fx(t)且Fy(t)＞N*Fyo(t)不成立；Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)不成立；Fx(t)＜M*Fx(t)不成立；Fy(t)＜M*Fyo(t)不成立；和Fz(t)＜M*Fzo(t)不成立；则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线重合，所述N值和所述M值为精确度系数，且3≤N≤10，0.1≤M≤0.5。这个方法能够判断出扩孔工具的前进路径处于正确的方向及位置上。
优选地，所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理。这些对数据的处理有利于更为准确地分析判断扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线间的位置关系，进而判断出此时扩孔工具的前进路径。
优选地，m＝5。这个范围的取值有利于更为准确地分析判断扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线间的位置关系，进而判断出此时扩孔工具的前进路径。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统,利用骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统对扩孔工具前进路径进行判断,其特征在于：骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断方法包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力的绝对值的最大值与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时扩孔工具的前进路径；
把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)；以Overlap方式处理Fx(t)，Fy(t)和Fz(t)，且处理后所获得的函数为标准函数，分别记为Fxo(t)，Fyo(t)和Fzo(t)；在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)，且Fy(t)＞N*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10。
2.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线相交，所述N值为精确度系数，且3≤N≤10。
3.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fx(t)＜M*Fxo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
4.如权利要求3所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fy(t)＜M*Fyo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
5.如权利要求4所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若满足：Fz(t)＜M*Fzo(t)，则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线平行但不重合，所述M值为精确度系数，且0.1≤M≤0.5。
6.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若同时满足：Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fy(t)＞N*Fyo(t)不成立；Fx(t)＞N*Fxo(t)且Fz(t)＞N*Fzo(t)不成立；Fx(t)＜M*Fxo(t)不成立；Fy(t)＜M*Fyo(t)不成立；和Fz(t)＜M*Fzo(t)不成立；则判断此时扩孔工具的轴线与被扩孔的轴线重合，所述N值和所述M值为精确度系数，且3≤N≤10，0.1≤M≤0.5。
7.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：所述步骤(2)中，m大于或等于1；所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理。
8.如权利要求7所述的一种骨扩孔手术的扩孔工具前进路径的判断系统，其特征在于：4≤m≤6。
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