CN109820511B - 一种术中测量Cobb角变化的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的术中测量Cobb角变化的装置，包括光源组件和标尺组件，均具有底座和支架杆，光源组件上具有两个可以发射定向光束且上下布置的光源，位于下方的光源在标尺上的直射点所指标尺上的Cobb角θ＝arcos(a/L)–β，其中，两个光源间的距离为定值a，两个光源在标尺上的直射点距离为L，标尺与第二支架杆间的夹角的预设值为β，标尺标有θ。在本发明中，通过光源组件和标尺组件能够实现在手术中实时测量Cobb角变化，利于手术的顺利进行，减轻患者的痛苦。

Description

一种术中测量Cobb角变化的装置

技术领域

本发明涉及测量装置，具体涉及一种术中测量Cobb角变化的装置。

背景技术

正常人脊柱存在一定的曲度，表现在胸腰椎部分为胸椎后凸、腰椎前凸，请参见图1所示。对于胸腰椎存在疾患的病人，如胸腰椎退变、畸形等，患者的脊柱会出现不同程度的曲度改变，如侧弯、胸腰椎压缩性骨折等。在实施胸腰椎手术时，应该尽可能的纠正这些曲度的异常。

正常人颈椎呈生理性前凸，请参见图1所示。出现退变等情况时颈椎曲度降低，表现为颈椎曲度消失、甚至颈椎反曲纠正颈椎病患者异常的颈椎曲度常常是颈椎病手术治疗的目的之一。此外，对于存在颈椎后凸畸形的患者(先天性、医源性等)，常需进 行矫形手术矫正颈椎的后凸畸形，恢复颈椎的正常生理前凸。

目前，临床上多采用Cobb角法测量胸腰椎脊柱曲度和颈椎曲度。具体测量方法：在胸腰椎侧位中立位X片上，分别自上、下端椎椎体下缘做切线，切线之间的夹角作为测量节段的胸腰椎曲度值，如图2所示；在颈椎侧位中立位X 片上，分别自C2椎体下缘和C7椎体下缘做切线，切线之间的夹角作为颈椎曲度值，如图3所示。

对于存在胸腰椎脊柱侧弯的病人，无论是制作矫形手术方案还是术中了解矫正程度、术后复查，都需要测量患者的侧弯程度，而Cobb角法则是最常用的测量方法之一。胸腰椎侧弯的测量方法如图4所示：

在临床上进行胸腰椎手术前，患者需要先拍一张正侧位中立位X片，然后由医师在X片上采用Cobb角法绘制辅助线并测量出相应节段的曲度或侧弯程度。手术中如果需要了解胸腰椎曲度或侧弯的矫形情况，则只能通过C臂机透视所提供的图像凭经验估计，手术过程中无法进行实时的曲度测量。手术后患者随访复查时需再次拍一张脊柱正侧位中立位X片，由医师再次在新的X片上采用 Cobb角法测量出胸腰椎的曲度和侧弯程度。两次曲度的变化量即为手术矫正量。而术后如若对矫形程度不满意，往往也无法再做修正。

同理，在临床上进行颈椎手术前，患者需要先拍一张颈椎侧位中立位X片，然后由医师在X片上采用Cobb角法绘制辅助线并测量出颈椎曲度。手术中如果需要了解颈椎曲度矫形情况，则只能通过C臂机透视所提供的图像凭经验估计，手术过程中无法进行实时的颈椎曲度测量。手术后患者随访复查时需再次拍一张颈椎侧位中立位X片，由医师再次在新的X片上采用Cobb角法测量出颈椎曲度。两次颈椎曲度的变化量即为手术矫正量。而术后如若对矫形程度不满意，往往也无法再做修正。

因此，当前对于Cobb角(在胸腰椎测量中测得的Cobb角即为胸腰椎曲度或侧弯角度；在颈椎测量中测出的Cobb角即为颈椎曲度)的测量方法具有下列弊端：

1)无法在手术过程中实时测量胸腰椎曲度或侧弯角度的变化量；同样无法在手术过程中实时测量颈椎曲度变化量。

2)工作量大，效率低下。需要先拍X光片，然后医师才能在X光片上运用Cobb角法绘制测量曲度或侧弯程度。

3)测量精度不高。由于Cobb角法需要由医师手工绘图，因此测量精度与医师的绘图方法及习惯有关。

4)对患者伤害大。X光辐射对患者健康有害，术中反复C臂机透视也会对患者和医生带来辐射影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新的用于手术中实时测量Cobb角变化的装置，可以解决目前临床上采用的Cobb角测量法无法在手术中实时测量Cobb角变化，工作量大效率低，测量精度不高，且对患者和医生伤害大的问题。

为实现上述目的，本发明提出的术中测量Cobb角变化的装置，包括：

光源组件，所述光源组件包括第一支架，第一支架由第一底座以及安装在第一底座上的第一支架杆构成，第一支架杆上安装有可发射定向光束且呈上下布置的两个光源，定向光束方向与第一支架杆相垂直，两个光源能够同步沿第一支架杆上下调节；

标尺组件，所述标尺组件包括第二支架，第二支架由第二底座以及安装在第二底座上的第二支架杆构成，第二支架杆上安装有一个标尺，标尺能够沿第二支架杆上下调节且与第二支架杆间的夹角可锁定在任意角度；

其中，两个光源间的距离为定值a，两个光源在标尺上的直射点距离为L，标尺与第二支架杆间的夹角的预设值为β，标尺标有Cobb角刻度θ，位于下方的光源在标尺上的直射点所指刻度θ＝arcos(a/L)-β。

其中，第一支架和第二支架均用于固定在胸腰椎或颈椎部位，第一底座和第二底座的一侧可以但不限于采用硬质针在手术中固定于胸腰椎或颈椎上。

其中，第一支架和第二支架材料为金属、高分子合成材料或其他硬质材料，金属材料可以是但不限定于医用不锈钢材料、钛合金材料、钴基合金材料、镁合金材料；高分子材料可以为但不限定于尼龙、涤纶树脂、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚氨酯。

其中，光源安装于第一支架杆上，可发射定向的光束，颜色可为可见光波长范围内的任何颜色，类型可为激光或其他带有聚光功能的任何普通光源，两个光源之间的距离设置为确定值，其发射的两束光线方向相同并且都垂直于支架，光源可以同步沿支架上下调节。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述第一底座和第一支架杆为一体连接或可拆卸式固定连接，所述第二底座和第二支架杆为一体连接或可拆卸式固定连接。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述第一支架杆设有一个，第一支架杆与第一底座的安装方向呈180°；第二支架杆设有一个，第二支架杆与第二底座的安装方向呈180°。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述第一支架杆设有两个，其中一个与第一底座的安装方向呈180°，另一个与第一底座的安装方向呈 90°；所述第二支架杆设有两个，其中一个与第二底座的安装方向呈180°，另一个与第二底座的安装方向呈90°。

其中，所述第一底座和第二底座的结构相同，均具有用于固定支架杆的安装接口，所述第一支架和第二支架的结构相同，均通过机械锁扣或螺纹可拆卸地固定于安装接口中，可方便支架杆在底座上的安装和拆卸。与底座安装方向呈180°的安装接口，安装支架杆后，支架杆与矢状面平行，主要用于矢状面曲度测量；与底座安装方向呈90°的安装接口，在手术中，安装支架杆后，支架杆与冠状面平行，主要用于冠状面曲度测量。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述光源为激光发射器。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述两个光源定间距固定在一安装座上，安装座的背面设有滑块，第一支架杆沿其轴向开设有滑槽，滑块与滑槽间隙配合。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述两个光源定间距固定在一安装座上，安装座的背面设有紧固件(诸如卡箍、卡扣等)，安装座通过紧固件固定在第一支架杆。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述第二支架杆沿其轴向设有安装槽，标尺的背面设有连接柱，连接柱嵌入在安装槽内并与安装槽间隙配合，构成标尺经连接柱沿安装槽上下滑动并可以连接柱为轴旋转。

优选地，在所述的术中测量Cobb角变化的装置中，所述安装槽为沿轴向的通槽或沿轴向间隔布置的若干个孔槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本装置可以在手术过程中实时测量胸腰椎或颈椎cobb角变化量；

2)本装置可以由手术医师在手术台上方便的完成，不会增加额外的工作量，因此效率更高；

3)本装置的测量结果是由标尺上直接读出，精度高，不存在医师人为操作的误差；

4)本装置可在手术完成后取出，对患者无任何伤害或副作用。

附图说明

图1为人体脊柱的结构示意图；

图2为现有技术中胸腰椎曲度cobb角测量法示意图；

图3为现有技术中颈椎曲度cobb角测量法示意图；

图4为现有技术中胸腰椎侧弯角度cobb角测量法示意图；

图5为本发明 中光源组件结构示意图；

图6为本发明 中标尺组件结构示意图；

图7为本发明 中矢状面曲度测量方法示意图；

图8为本发明 中冠状面曲度测量方法示意图；

图9为本发明 中Cobb角测量原理图；

图10为图9中光线与标尺形成的直角三角形示意图；

图11为本发明 中标尺的示意图。

图中：

1-光源组件，11-第一支架，111-第一底座，112-第一支架杆，12-光源；

2-标尺组件，21-第二支架，211-第二底座，212-第二支架杆，22-标尺。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的术中测量Cobb角变化的装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

实施例1

本装置由光源组件1和标尺组件2两部分构成。

请参见图5所示，光源组件1由第一支架11和光源12组成。第一支架11 包括可用于固定在胸腰椎部位的第一底座111和用于安装光源12的第一支架杆 112，第一支架杆112与第一底座111之间可以为一体固定连接，也可以为可拆卸固定连接。具体地，在本实施例中，第一底座111可通过手术采用硬质针固定于胸腰椎上并具有两个相互垂直的用于安装第一支架杆的安装接口，方便第一支架杆112在第一底座111上的安装和拆卸。其中一个安装接口与第一底座安装111方向呈180度，安装于该安装接口中的第一支架杆112与矢状面平行，在手术中用于实时测量矢状面曲度，即测量胸腰椎曲度；另一个安装接口与第一底座111安装方向呈90°，安装于该安装接口中的第一支架杆112与冠状面平行，在手术中用于实时测量冠状面曲度，即测量胸腰椎侧弯程度。第一支架杆 112和第一底座111优选为可拆卸式连接，第一支架杆112通过安机械锁扣、螺纹或卡嵌等可分离式固定于安装接口中。

在第一支架杆112上安装有两个光源12，两个光源12的间距为定值a，两个光源12可以在第一支架杆112上保持间距a不变同步沿第一支架杆112上下调节。两个光源12与第一支架杆112的连接方式可以为两个光源12定间距固定在一安装座上，安装座的背面设有滑块，第一支架杆沿其轴向开设有滑槽，滑块与滑槽间隙配合，从而使得两个光源可以同步沿第一支架杆112上下调节，当然，滑槽也可以为设置在第一支架杆上的滑轨，滑轨内设有限位部件，以使安装座在滑轨内定位；或者安装座的背面设有诸如卡扣、卡箍、卡圈等紧固件，安装座通过紧固件固定在第一支架杆112，以实现两个光源12在第一支架杆112 上位置的同步调节。当然，可以理解的是，在其他实施例中，其他可以实现光源12在第一支架杆112上同步移动调节的机械固定方式均能够应用于本装置中。

光源12可以发射定向的光束，颜色可为可见光波长范围内的任何颜色，类型可为激光或其他带有聚光功能的任何普通光源，两个光源12发射的两束光线方向相同并且都垂直于第一支架杆112。

请参见图6所示，标尺组件2由第二支架21和标尺22组成。第二支架21 包括可用于固定在胸腰椎部位的第二底座211和用于安装标尺22的第二支架杆 212，第二支架杆212与第二底座211之间可以为一体固定连接，也可以为可拆卸固定连接。具体地，在本实施例中，第二底座211可通过手术采用硬质针固定于胸腰椎上并具有两个相互垂直的用于安装第二支架杆212的安装接口，方便第二支架杆212在第二底座211上的安装和拆卸。其中一个安装接口与第二底座211安装方向呈180度，安装于该安装接口中的第二支架杆212与矢状面平行，在手术中用于实时测量矢状面曲度测量，即测量胸腰椎曲度；另一个安装接口与第二底座211安装方向呈90°，安装于该安装接口中的第二支架杆212 与冠状面平行，在手术中用于实时测量冠状面曲度测量，即测量胸腰椎侧弯角度。第二支架杆212和第二底座211优选为可拆卸式连接，第二支架杆212通过机械锁扣、螺纹、卡扣等可分离式固定方式安装在第二底座211上。

标尺22活动安装在第二支架杆212上，其上下位置可以根据需要沿该第二支架杆112上下移动调节，标尺22上标有特定的刻度数值，用以显示患者的胸腰椎曲度值或胸腰椎侧弯角度。考虑到有些患者的胸腰椎曲度较小，按照本装置的使用原理(即下文提到的三角函数关系)，在胸腰椎曲度较小的情况下，标尺22端能够显示出来的距离变化也会很小。为了避免此种特殊情况下的读数误差，因此，将标尺22活动安装在第二支架杆212上，以方便根据实际需要更改标尺22与第二支架杆212间的固定夹角，从而使得本装置具有更强的实用性。

标尺22与第二支架杆212的安装方式可以但不限于以下方式，在第二支架杆212上沿轴向设置安装槽，安装槽可以为轴向的通槽或者轴向间隔布置的若干个孔槽，标尺22的背面设置连接柱，连接柱嵌入在安装槽内并与安装槽间隙配合，标尺22由连接柱安装在第二支架杆212上的安装槽内，使得标尺22可沿安装槽上下滑动并可以连接柱为轴旋转，从而实现位置及角度的调节。可以理解的是，为了使得标尺22与第二支架杆212能够更好地锁定在某一角度，还可以采用螺母等锁紧部件，在标尺22调整至合适角度及位置时，用螺母将连接柱固定在第二支架杆212上，相对连接柱与安装槽间隙配合固定更加牢固。

需要说明的是，在本发明中采用的间隙配合，要求保持很小的配合间隙，有一定的相对运动，要求精确定位的配合，但不要求自由转动，间隙配合公差一般为H/g类型，如H6/g5，间隙配合的松紧属于机械领域公差选择的常规技术，故在此不再详述。

第一支架11和第二支架21的材质均选用金属、高分子合成材料或其他硬质材料，金属材料可以是但不限于医用不锈钢材料、钛合金材料、钴基合金材料、镁合金材料；高分子材料可以为但不限定于尼龙、涤纶树脂、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚氨酯。

请参见图7所示，用本装置测量矢状面曲度时，先将光源组件1的第一底座111垂直固定在待测部位一端的胸腰椎上，将标尺组件2垂直固定在待测部位的另一端的胸腰椎上，然后将光源组件1的第一支架杆112安装在与第一底座111呈180°的安装接口上，将标尺组件2的标尺22安装在与第二底座211 呈180°的安装接口上，调整第一支架杆112上的光源12位置，使两束光线D1 和D2都能直接照射到标尺22上，调整标尺22的位置，使顶端的光线D1直射到标尺22中s基准刻度处，记录此时下面光线D2在标尺22上所指示的刻度θ 1，此时的θ1即为当前的胸腰椎曲度值。对于一体式支架，在手术过程中需要保证光源组件1和标尺组件2的安装位置不变；对于分离式支架，可以在手术中取下两个支架杆(第一支架杆和第二支架杆)，保证两个底座(即第一底座和第二底座)位置不变即可。手术后需要测量时重新移动光源组件1上的光源12 和标尺组件2上的标尺22，使光线D1直射到s刻度处，记录此时光线D2指示的刻度θ2，此时的角度θ2就是当前的胸腰椎曲度角度值。计算θ2-θ1即胸腰椎术后变化的曲度。

请参见图8所示，用本装置测量冠状面曲度时，先将光源组件1的第一底座111和标尺组件2的第二底座211在脊柱适当位置固定好了之后，将光源组件 1的第一支架杆112安装在与第一底座111呈90°的接口上，将标尺组件2的标尺22和第二支架杆212安装在与第二底座211呈90°的接口上，接下来的操作与用本装置测量矢状面的方法一样。

图9为本装置的工作原理示意图，在上方光线D1于标尺22上的直射点处作平行于第一支架杆112且垂直于下方光线D2的线段，与标尺22组成如9图中的直角三角形。图10为图9中直角三角形的示意图，长度为a的直角边代表两个光源12的固定距离，为已知，斜边长度L即两个光源12在左侧标尺22上直射点的距离，夹角α即为第一支架杆112与标尺22的夹角，标尺22与第二支架杆212的夹角的预设值为β，则胸腰椎弯曲角度θ即为α-β。根据余弦定理，角度α与标尺22上两个光点指示间距长度L的三角函数关系为α＝arcos(a/L)。标尺22刻度直接用角度标记，请参见图11所示，最上方为s标记，距离s下方距离a处标记为0°刻度，沿0°刻度往下距离x处的标记为Cobb角θ(即胸腰椎曲度或胸腰椎侧弯角度)，L＝a+x，即Cobb角θ满足的数学关系为cos(θ+ β)＝a/(a+x)，从而获得θ＝arcos(a/L)-β。

实施例2

针对于在颈椎矫正手术中仅需测量颈椎曲度，即矢状面曲度，在实施例2 中，第一底座111和第二底座211均仅设有一个安装接口，该安装接口均与第一底座111或第二底座211的安装方向呈180°，安装于该安装接口中的第一支架杆112和第二支架杆212与矢状面平行，在手术中用于颈椎曲度进行实时测量，其他特征与实施例1均相同。

使用时先将光源组件1固定在C2棘突，将标尺组件2垂直固定在C7棘突，调整光源组件1上的光源12位置使两束光线D1和D2都能直接照射到标尺组件2上；调整标尺组件2上的标尺22位置，使上面的光线D1直射到标尺22中 s刻度处(即基线位置)，记录此时下面光线D2所指示的刻度θ1。此时的θ1 即为当前的颈椎曲度值(刻度是在标尺上印制好的，直接读数即可)。对于一体式支架，在手术过程中可不取掉支架，或如果医师能确保二次通过手术安装第一支架和第二支架的位置与前一次完全一致，也可以取下支架；对于分离式支架，可以在手术中取下两个支架杆，保证两个底座位置不变即可。手术后需要测量时重新移动光源组件1上的光源12和标尺组件2上的标尺22，使光线D1 直射到s刻度处，记录此时光线D2指示的刻度θ2。此时的角度就是当前的颈椎弯曲角度。计算θ2-θ1即颈椎术后变化的曲度。

实施例3

在本实例中，第一支架11和第二支架21均采用医用级316L不锈钢材，第一底座111和第二底座211的固定部设计为两个平行的金属针，在垂直金属针的方向安装支架杆，两个光源12采用红色激光点光源，两个光源12之间的距离为20mm，标尺22与第二支架杆212角度为0°，标尺22总长度为50mm，采用复合材料制成，在标尺22最上部标识S，在S下方20mm处标识0°，沿 0°刻度往下距离x(单位为毫米，mm)处的标记Cobb角θ满足cos(θ)＝20/(20+x)，其余特征与实施例1或实施例2相同。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，包括：

光源组件，所述光源组件包括第一支架，第一支架由第一底座以及安装在第一底座上的第一支架杆构成，第一支架杆上安装有可发射定向光束且呈上下布置的两个光源，定向光束方向与第一支架杆相垂直，两个光源能够同步沿第一支架杆上下调节；

标尺组件，所述标尺组件包括第二支架，第二支架由第二底座以及安装在第二底座上的第二支架杆构成，第二支架杆上安装有一个标尺，标尺能够沿第二支架杆上下调节且与第二支架杆间的夹角可锁定在任意角度；

其中，两个光源间的距离为定值a，两个光源在标尺上的直射点距离为L，标尺与第二支架杆间的夹角的预设值为β，标尺标有Cobb角刻度θ，位于上方的光源的光线直射到标尺中基准刻度处，位于下方的光源的光线在标尺上的直射点所指刻度θ=arcos (a/L) - β。

2.根据权利要求1所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述第一底座和第一支架杆为一体连接或可拆卸式固定连接，所述第二底座和第二支架杆为一体连接或可拆卸式固定连接。

3.根据权利要求2所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述第一支架杆设有一个，第一支架杆与第一底座的安装方向呈180°；第二支架杆设有一个，第二支架杆与第二底座的安装方向呈180°。

4.根据权利要求2所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述第一支架杆设有两个，其中一个与第一底座的安装方向呈180°，另一个与第一底座的安装方向呈90°；所述第二支架杆设有两个，其中一个与第二底座的安装方向呈180°，另一个与第二底座的安装方向呈90°。

5.根据权利要求1所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述光源为激光发射器。

6.根据权利要求1所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述两个光源定间距固定在一安装座上，安装座的背面设有滑块，第一支架杆沿其轴向开设有滑槽，滑块与滑槽间隙配合。

7.根据权利要求1所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述两个光源定间距固定在一安装座上，安装座的背面设有紧固件，安装座通过紧固件固定在第一支架杆。

8.根据权利要求1所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述第二支架杆沿其轴向设有安装槽，标尺的背面设有连接柱，连接柱嵌入在安装槽内并与安装槽间隙配合，构成标尺经连接柱沿安装槽上下滑动并可以连接柱为轴旋转。

9.根据权利要求8所述的术中测量Cobb角变化的装置，其特征在于，所述安装槽为沿轴向的通槽或沿轴向间隔布置的若干个孔槽。

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