CN113080942B - 关节旋转轴定位仪及定位方法 - Google Patents

Abstract

一种关节旋转轴定位仪及定位方法，包括：固定机构，用于固定第一关节的空间位置；定位机构，设有多个，当与第一关节转动连接的第二关节在空间内活动至与第一关节呈不同角度时，各定位机构用于分别定位第二关节上的预设点的空间位置；定位板，定位板上预设绘制圆心，用于提供以各空间位置为条件计算出的具有特定半径的轨迹圆的绘制平面；位置调节机构，位置调节机构的一端设有连接轴，连接轴与定位板垂直相连且连接轴的轴心线穿过绘制圆心，用于驱动定位板在空间内移动以使各空间位置同时落在轨迹圆上。本实施例基于几何学原理，操作方法简单，误差很小；装置结构简单，手术成本低，简化手术过程，避免手术中透视导致的医源性辐射损害。

Description

关节旋转轴定位仪及定位方法

技术领域

本发明涉及医学测定领域，特别是涉及关节旋转轴定位仪及定位方法。

背景技术

因个体有差异，人体的单轴关节旋转轴存在个体化差异，目前临床上需要进行单轴关节旋转中心轴的定位，如目前医学上同轴旋转外固定架手术，术中需精准测出关节旋转中心。当前，临床上尚无关节旋转轴的测定及评估设备，且尚无精准的测量手段，仅根据功能解剖上的轴去经验性轴向定出，存在较大的误差，进一步影响关节沿应有的解剖轴旋转；此外，还需结合通过机器透视定位关节的解剖学上的旋转轴，但是透视过程给病人及医生的身体带来了较大的放射性辐射损害。

发明内容

基于此，有必要针对传统设定关节旋转轴的操作误差较大且对人体健康有较大损害的问题，提供一种关节旋转轴定位仪及定位方法。

一种关节旋转轴定位仪，包括：

固定机构，用于固定第一关节的空间位置；

定位机构，设有多个，当与所述第一关节转动连接的第二关节在空间内活动至与所述第一关节呈不同角度时，各所述定位机构用于分别定位所述第二关节上的预设点的空间位置；

定位板，所述定位板上预设绘制圆心，用于提供以各所述空间位置为条件计算出的具有特定半径的轨迹圆的绘制平面；

位置调节机构，所述位置调节机构的一端设有连接轴，所述连接轴与所述定位板垂直相连且所述连接轴的轴心线穿过所述绘制圆心，用于驱动所述定位板在空间内移动以使各所述空间位置同时落在所述轨迹圆上。

上述关节旋转轴定位仪，至少具有以下有益的技术效果：

(1)本实施例操作方法简单、误差很小，基于几何学原理，不依据经验判断，不会影响实际手术操作的准确性。

(2)采用本发明的方法对患者的损伤很小，不需要X射线透视定轴，避免手术中透视导致的医源性辐射损害，也大大降低了医疗费用；装置结构简单，操作便捷，简化了手术过程，降低了手术成本。

(3)本发明的定位仪整体方便收纳，可随时安装，占用空间小。

在其中一些实施例中，所述关节旋转轴定位仪还包括骨质定位杆，所述骨质定位杆的一端用于插入所述第二关节；当与所述第二关节在空间内活动至与所述第一关节呈不同角度时，各所述定位机构能够分别与所述骨质定位杆的另一端点相接触以定位多个空间位置。

在其中一些实施例中，所述位置调节机构包括第一可形变软管，所述连接轴设于所述第一可形变软管的一端，所述第一可形变软管的另一端固定设置。

在其中一些实施例中，所述位置调节机构的一端设有安装套筒，所述连接轴同轴设于所述安装套筒内；所述定位板的表面设有定位体，所述定位体上设有定位通孔，所述定位通孔的轴线穿过所述绘制圆心；当所述安装套筒配合套设于所述定位体时，所述连接轴配合插入所述定位通孔。

在其中一些实施例中，所述定位机构包括：

球窝支座；

活动杆，所述活动杆的一端为嵌入所述球窝支座且可在所述球窝支座中活动的球头；

活动定位组件，包括可沿所述活动杆的长度方向移动的定位座及设于固定夹的可伸缩定位针，所述固定夹连接设于所述定位座。

在其中一些实施例中，所述定位机构的数量为三个及以上。

在其中一些实施例中，所述关节旋转轴定位仪还包括安装支架，用于为所述固定机构、定位机构、定位板、位置调节机构提供安装空间。

在其中一些实施例中，所述固定机构包括：

固定立杆，所述固定立杆的顶端设有第一凹槽；

固定针，包括连接端和固定端，所述固定端能够插入并固定所述第一关节；

固定件，设于所述固定立杆的顶端，且所述固定件朝向所述固定立杆的一侧设有与所述第一凹槽相配合包裹所述固定针周向表面的第二凹槽，所述固定件可通过紧固件与所述固定立杆相连以将所述连接端固定于所述固定立杆的顶端。

一种关节旋转轴的定位方法，包括如下步骤：

(1)利用固定机构固定第一关节的空间位置；

(2)操作第二关节在空间内移动至与所述第一关节呈不同的角度,当第二关节移动至不同的位置时,驱动各所述定位机构分别定位所述第二关节上的预设点的空间位置；

(3)以各所述空间位置为条件计算出轨迹圆的半径；

(4)在定位板上预设绘制圆心,并以轨迹圆的半径为条件绘制轨迹圆；

(5)操作位置调节机构以驱动定位板移动,使各所述空间位置落在所述轨迹圆上；

(6)固定所述位置调节机构的空间位置,分离并卸下所述定位板,所述位置调节机构一端的连接轴为旋转轴。

在其中一些实施例中，在所述步骤(2)之前，操作所述位置调节机构驱动所述定位板移动到侧边，以避免所述定位板干涉各所述定位机构的定位。

附图说明

图1为本发明一实施例提供关节旋转轴定位仪的结构示意图；

图2为以第二关节上的预设点的各空间位置为条件计算轨迹圆的半径的原理图；

图3为操作位置调节机构驱动定位板移动,使各空间位置落在轨迹圆上的示意图；

图4为图1中的位置调节机构与定位板相连的示意图；

图5为关节旋转轴定位仪中的定位机构的另一个实施例的示意图；

图6为图1关节旋转轴定位仪中的固定机构的示意图；

图中，

100、固定机构；110、固定立杆；111、第一凹槽；120、固定针；130、固定件；131、第二凹槽；

200、定位机构；211、第二可形变软管；212、定位针；221、球窝支座；222、活动杆；2231、定位座；2232、固定夹；2233、可伸缩定位针；

300、定位板；310、定位体；311、定位通孔；301、轨迹圆；

400、位置调节机构；410、第一可形变软管；420、连接轴；430、安装套筒；

500、骨质定位杆；

600、安装支架；

700、平板；

11、第一关节；12、第二关节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明权利要求所限定的各种实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例，其包含各种特定的细节以助于该理解，但这些细节应当被视为仅是示范性的。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相应地，本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

对本领域技术人员显而易见的是，提供对本发明的各种实施例的下列描述，仅是为了解释的目的，而不是为了限制由随附的权利要求所限定的本发明。

贯穿本申请文件的说明书和权利要求，词语“包括”和“包含”以及词语的变型，例如“包括有”和“包括”意味着“包含但不限于”，而不意在(且不会)排除其他部件、整体或步骤。结合本发明的特定的方面、实施例或示例所描述的特征、整体或特性将被理解为可应用于本文所描述的任意其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。

应当理解的是，单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数的指代，除非上下文明确地另有其他规定。在本发明中所使用的表述“包含”和/或“可以包含”意在表示相对应的功能、操作或元件的存在，而非意在限制一个或多个功能、操作和/或元件的存在。此外，在本发明中，术语“包含”和/或“具有”意在表示申请文件中公开的特性、数量、操作、元件和部件，或它们的组合的存在。因此，术语“包含”和/或“具有”应当被理解为，存在一个或多个其他特性、数量、操作、元件和部件、或它们的组合的额外的可能性。

在本发明中，表述“或”包含一起列举的词语的任意或所有的组合。例如，“A或B”可以包含A或者B，或可以包含A和B两者。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”或“耦合”另一个元件，它可以是直接连接或耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

文中提到的“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员所通常理解的含义相同。还应理解的是，术语(比如常用词典中限定的那些术语)，应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释，除非在本文中明确地这样限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-图3所示，本发明一实施例中，提供一种关节旋转轴定位仪，包括：

固定机构100，用于固定第一关节11的空间位置；

定位机构200，设有多个，当与所述第一关节11转动连接的第二关节12在空间内活动至与所述第一关节11呈不同角度时，各所述定位机构200用于分别定位所述第二关节12上的预设点的空间位置；

定位板300，所述定位板300上预设绘制圆心，用于提供以各所述空间位置为条件计算出的具有特定半径的轨迹圆301的绘制平面；

位置调节机构400，所述位置调节机构400的一端设有连接轴420，所述连接轴420与所述定位板300垂直相连且所述连接轴420的轴心线穿过所述绘制圆心，用于驱动所述定位板300在空间内移动以使各所述空间位置同时落在所述轨迹圆301上。

值得说明的是，在医学中，任何一个关节皆可以拆分为转动连接的近心骨与远心骨，因此本实施例中的第一关节11即作为近心骨，第二关节12即作为远心骨。

具体的，利用上述定位仪测量关节旋转轴的空间位置操作如下：

(1)利用固定机构100固定第一关节11的空间位置；

(2)操作第二关节12在空间内移动至与所述第一关节11呈不同的角度,当第二关节12移动至不同的位置时,驱动各所述定位机构200分别定位所述第二关节12上的预设点的空间位置；需要说明的是，为避免定位板300干涉到各定位机构200的定位工作，可提前操作位置调节机构400驱动所述定位板300移动到侧边，如图1；

(3)以各所述空间位置为条件计算出轨迹圆301的半径；

(4)在定位板300上预设绘制圆心,并以轨迹圆301的半径为条件绘制轨迹圆301；

(5)操作位置调节机构400以驱动定位板300移动,使各所述空间位置落在所述轨迹圆301上，如图3；

(6)固定所述位置调节机构400的空间位置,分离并卸下所述定位板300,所述位置调节机构400一端的连接轴420为旋转轴。

利用本发明的定位仪测量关节旋转轴具有如下优点：

本实施例基于几何学原理，操作方法简单、测量结果精准，误差很小，不依据经验判断，不会影响实际手术操作的准确性。

采用本发明的方法对患者的损伤很小，不需要X射线的透视，避免手术中透视导致的医源性辐射损害，也省去了因透视操作产生的医疗费用；装置结构简单，操作便捷，简化了手术过程，降低了手术成本，整体上大大降低了医疗费用。

本发明的定位仪整体方便收纳，可随时安装，占用空间小。

在一些实施例中，上述步骤(3)的可以按照如下方式实施：在第一关节11被固定的情况下，第二关节12在空间内移动时，其上的预设点移动至不同位置所形成的移动轨迹在同一平面内且形成标准的圆弧，因此，当各所述定位机构200分别定位所述第二关节12上的预设点的空间位置后，可手持平板700将其表面同时与各空间位置点相贴合进而在平板700的表面上留下多个印记A1、A2、A3；参考图2，将平板700置于平面上，将A1、A2、A3彼此相连形成三角形，该三角形的外接圆即为轨迹圆；测得三角形的任一角的角度α及该角相对的边的边长a，则根据外接圆半径的计算公式，该外接圆的半径r＝a/(2sinα)。

除了上述公式，还可以采用如下的公式：r＝abc/[4(p*(p-a)*(p-b)*(p-c))^1/2]，其中p＝(a+b+c)/2，a、b、c分别为三角形的三条边长。

上述外接圆的半径计算公式只是一些示例，而不能理解为对计算方法的限制。除了上述公式，还可以采用其他计算方法和计算公式，此处不做限制。

当然，除了采用公式计算的方法，也可以在平板700上分别绘制线段A1A2、A2A3的垂直平分线，两条垂直平分线的交点为圆心，再测量圆心到三角形任意一个点的距离即为半径r。

参考图1，在一些实施例中，关节旋转轴定位仪还包括骨质定位杆500，所述骨质定位杆500的一端用于插入所述第二关节12；当与所述第二关节12在空间内活动至与所述第一关节11呈不同角度时，各所述定位机构200能够分别与所述骨质定位杆500的另一端相接触以定位多个空间位置。具体的，可预先在第二关节12上的预设点插入骨质定位杆500，当第二关节12在空间内活动至与所述第一关节11呈不同角度时，第二关节12上预设点移动形成的轨迹圆与骨质定位杆500另一端移动形成的轨迹圆在空间内平行且圆心的连线垂直于轨迹圆所在的平面，此时圆心的连线即为旋转轴。因此绘制出骨质定位杆500另一端移动形成的轨迹圆也能够定位得到旋转轴。具体的，可以利用各定位机构200定位骨质定位杆500的另一端的移动点位并基于这些点位计算出骨质定位杆500另一端移动形成的轨迹圆301的半径，在定位板300上以绘制圆心作圆心画圆，再操作移动定位板300使各定位机构200定位得到的骨质定位杆500的另一端的移动点位皆落在圆上，此时定位板300的旋转轴的空间位置即可确定。

当然,实际操作中,还可以在肢体关节的外表面设定点位并在关节活动时定位该点位的移动空间位置,基于此也可以绘制轨迹圆。由于关节的外表面是皮肤组织，当关节活动时，皮肤组织容易拉扯变形，一定程度上影响了定位的准确度。而采用本实施例的骨质定位杆500时，相较于在肢体关节的表面设定点位并定位的方式来说，骨质定位杆500与第二关节12之间硬性连接，当关节臂活动时，骨质定位杆500的另一端移动形成的轨迹圆能够精确反映第二关节12上的预设点的移动轨迹，进而保证定位得到的旋转轴的空间位置精确可靠，误差较小。

参考图4，在一些实施例中，所述位置调节机构400包括第一可形变软管410，所述连接轴420设于所述第一可形变软管410的一端，所述第一可形变软管410的另一端固定设置。第一可形变软管410的结构可以采用多节管，第一可形变软管410可自由形变弯曲，并可在达到所需位置时保持形态稳定，从而可以自由变形移动，进而驱动定位板300自由移动。

进一步地，在一些实施例中，所述位置调节机构400的一端设有安装套筒430，所述连接轴420同轴设于所述安装套筒430内；所述定位板300的表面设有定位体310，所述定位体310上设有定位通孔311，所述定位通孔311的轴线穿过所述绘制圆心；当所述安装套筒430配合套设于所述定位体310时，所述连接轴420刚好配合插入所述定位通孔311。

具体的，将安装套筒430套设在所述定位体310时，连接轴420刚好配合插入所述定位通孔311；调节定位板300到达所需位置，即各所述空间位置落在定位板300的轨迹圆301上时,操作定位体310与安装套筒430轴向分离即可分离并卸下所述定位板300，此时连接轴420即为旋转轴。

本实施例的结构方便了位置调节机构400与定位板300的快速连接和拆卸；且安装套筒430与定位体310的套接结构连接稳固，避免移动过程中位置调节机构400与定位板300之间松脱导致旋转轴定位操作失败；相较于连接轴420直接插在定位板300上的安装方式来说，设置的安装套筒430与定位体310的套接结构提升了连接轴420在定位板300上的径向稳定性，保证最终定位的精准。

参考图1，在一些实施例中，所述定位机构200包括第二可形变软管211及设于所述第二可形变软管211端部的定位针212。第二可形变软管211的结构可以采用多节管，可自由形变弯曲，并可在达到所需位置时保持形态稳定，从而可以自由移动，使定位针212接触定位第二关节12上的预设点。

参考图5，在另一些实施例中，所述定位机构200包括：

球窝支座221；

活动杆222，所述活动杆222的一端为嵌入所述球窝支座221且可在所述球窝支座221中活动的球头；

活动定位组件，包括可沿所述活动杆222的长度方向移动的定位座2231及设于固定夹2232的可伸缩定位针2233，所述固定夹2232连接设于所述定位座2231。

具体的，第二关节12在空间内移动至某一位置时，操作活动杆222向第二关节12摆动，根据预设点所在的位置操作定位座2231沿活动杆222的长度方向移动，同时调节可伸缩定位针2233的长度，使可伸缩定位针2233的端部与第二关节12上的预设点相接触即可定位预设点的空间位置。

本实施例结构简单，占用空间小，制作成本低；各部件调节操作方便，能够快速定位空间位置，可以保证操作效率，手术操作成本低。

当然，除了采用上述实施例的方案，所述定位机构200还可以设置为采用三根相互滑动配合的定位杆，即包括第一定位杆、可沿第一定位杆的长度方向滑动的第二定位杆、以及可沿第二定位杆的长度方向滑动的第三定位杆。上述结构可实现第三定位杆的定位端在三维空间内的自由移动，当第二关节12在空间内移动至某一位置时，根据预设点所在的位置操作各定位杆滑动调节，使第三定位杆的定位端与第二关节12上的预设点相接触即可定位预设点的空间位置，定位后锁紧三个定位杆之间的相对位置即可。

参考图1，在一些实施例中，所述定位机构200的数量为三个及以上。第二关节12在空间内移动时，至少三个定位机构200可定位至少三个点，三个点即可计算出轨迹圆的半径。

参考图1，在一些实施例中，所述关节旋转轴定位仪还包括安装支架600，用于为所述固定机构100、定位机构200、定位板300、位置调节机构400提供安装空间。

参考图6，在一些实施例中，所述固定机构100包括：

固定立杆110，所述固定立杆110的顶端设有第一凹槽111；

固定针120，包括连接端和固定端，所述固定端能够插入并固定所述第一关节11；

固定件130，设于所述固定立杆110的顶端，且所述固定件130朝向所述固定立杆110的一侧设有与所述第一凹槽111相配合包裹所述固定针120周向表面的第二凹槽131，所述固定件130可通过紧固件与所述固定立杆110相连以将所述连接端固定于所述固定立杆110的顶端。

具体的，将固定端插入并固定所述第一关节11，将连接端平放置于固定立杆110顶端的第一凹槽111；将固定件130设在所述固定立杆110的顶端，使第二凹槽131与第一凹槽111相对配合包裹固定针120周向表面；利用紧固件将固定件130与固定立杆110相连以将所述连接端固定于所述固定立杆110的顶端，此时连接端被固定住，同时第一关节11的空间位置也被牢牢固定。

本实施例中，第二凹槽131与第一凹槽111可相对配合包裹固定针120周向表面，从而可以通过面接触牢牢固定住连接端，避免定位旋转轴及手术过程中固定针120及第一关节11的位置出现晃动甚至松脱，进而引发严重的医疗事故。

优选的，所述固定针120有两根，所述第一凹槽111和与其配合的第二凹槽131分别设有两个，用于配合包裹两根固定针120。设置两根固定针120能够加强对于第一关节11的固定，降低手术过程中固定针120及第一关节11的位置出现晃动的概率。

在一些实施例中，所述固定立杆110可在与所述固定立杆110长度方向垂直的平面内活动。具体的，所述固定立杆110的底端可通过滑动连接机构如滑动导轨设于安装支架600上，此时可根据需要操作固定立杆110在安装支架600上灵活移动，临床操作时方便及时避开重要的手术器械设定固定立杆110的位置，灵活地满足实际手术过程中的使用需求。

以上描述中，尽管可能使用例如“第一”和“第二”的表述来描述本发明的各个元件，但它们并未意于限定相对应的元件。例如，上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述用于将一个部件和另一个部件区分开。

本文中在本发明的说明书中所使用的术语仅是为了描述特定的实施例的目的，而并非意在限制本发明。单数的表述包含复数的表述，除非在其间存在语境、方案上的显著差异。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

本领域技术人员可以理解的是，以上所述实施例的各技术特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，并且，本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，虽然已经参考各种实施例示出和描述了本发明，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，还可以做出若干形式和细节上的各种变形和改进，而不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围，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 (5)

1.一种关节旋转轴定位仪，其特征在于，包括：

固定机构，用于固定第一关节的空间位置；

定位机构，设有三个及以上，当与所述第一关节转动连接的第二关节在空间内活动至与所述第一关节呈不同角度时，各所述定位机构用于分别定位所述第二关节上的预设点的空间位置；

定位板，所述定位板上预设绘制圆心，用于提供以各所述空间位置为条件计算出的具有特定半径的轨迹圆的绘制平面；

位置调节机构，所述位置调节机构的一端设有连接轴，所述连接轴与所述定位板垂直相连且所述连接轴的轴心线穿过所述绘制圆心，用于驱动所述定位板在空间内移动以使各所述空间位置同时落在所述轨迹圆上；所述位置调节机构的一端设有安装套筒，所述连接轴同轴设于所述安装套筒内；所述定位板的表面设有定位体，所述定位体上设有定位通孔，所述定位通孔的轴线穿过所述绘制圆心；当所述安装套筒配合套设于所述定位体时，所述连接轴配合插入所述定位通孔；

所述关节旋转轴定位仪还包括骨质定位杆，所述骨质定位杆的一端用于插入所述第二关节；当与所述第二关节在空间内活动至与所述第一关节呈不同角度时，各所述定位机构能够分别与所述骨质定位杆的另一端点相接触以定位多个空间位置。

2.根据权利要求1所述的关节旋转轴定位仪，其特征在于，所述位置调节机构包括第一可形变软管，所述连接轴设于所述第一可形变软管的一端，所述第一可形变软管的另一端固定设置。

3.根据权利要求1所述的关节旋转轴定位仪，其特征在于，所述定位机构包括：

球窝支座；

活动杆，所述活动杆的一端为嵌入所述球窝支座且可在所述球窝支座中活动的球头；

活动定位组件，包括可沿所述活动杆的长度方向移动的定位座及设于固定夹的可伸缩定位针，所述固定夹连接设于所述定位座。

4.根据权利要求1所述的关节旋转轴定位仪，其特征在于，所述关节旋转轴定位仪还包括安装支架，用于为所述固定机构、定位机构、定位板、位置调节机构提供安装空间。

5.根据权利要求1所述的关节旋转轴定位仪，其特征在于，所述固定机构包括：

固定立杆，所述固定立杆的顶端设有第一凹槽；

固定针，包括连接端和固定端，所述固定端能够插入并固定所述第一关节；

固定件，设于所述固定立杆的顶端，且所述固定件朝向所述固定立杆的一侧设有与所述第一凹槽相配合包裹所述固定针周向表面的第二凹槽，所述固定件可通过紧固件与所述固定立杆相连以将所述连接端固定于所述固定立杆的顶端。

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