CN114081628A - 一种基于ar技术的髓内钉导航装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于AR技术的髓内钉导航装置及使用方法，属于骨科手术导航技术领域。本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，包括第一传感组件，螺钉定位组件以及AR组件，第一传感组件包括第一手柄、电源组件、第一传感器及连接线，电源组件设置在第一手柄内，连接线的一端与电源组件连接，另一端连接第一传感器；螺钉定位组件包括板状手柄以及定位筒，板状手柄垂直设置在定位筒的一端，板状手柄上设置有第二传感器；AR组件包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件。本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，使用简便，实现了髓内的钉导航，缩短了手术时间，减轻了患者痛苦，易于推广。

Description

一种基于AR技术的髓内钉导航装置及使用方法

技术领域

本发明属于骨科手术导航技术领域，具体涉及一种基于AR技术的髓内钉导航装置及使用方法。

背景技术

股骨粗隆间骨折是一种常见的易发生于老年人的骨折疾病，目前常见的治疗方法是使用股骨髓内钉对骨折部位进行固定，已成为如今治疗股骨粗隆间骨折最常用的医疗手段，股骨髓内钉植入患者体内后，需要使用固定螺钉穿过股骨髓内钉上分布的螺钉孔，将股骨髓内钉固定在患者体内，在进行股骨髓内钉固定时，因股骨髓内钉位于患者体内，如何精准地进行股骨髓内钉以及螺钉孔的定位十分重要，直接影响到手术的质量、手术的时长以及患者的术后恢复。一般情况下，可对股骨髓内钉近端进行锁定，进而推测股骨髓内钉的远端位置，但是股骨髓内钉在植入患者体内过程中，会发生变形，虽然可以利用X影像设备协助寻找螺钉孔，但是X射线会产生大量辐射，对患者以及医护人员健康造成损害，而且X影像设备对孔洞位置敏感性较差，进而可能会导致定位不准确，甚至导致股骨髓内钉的固定失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于AR技术的髓内钉导航装置及使用方法，旨在解决股骨髓内钉上的螺钉孔不易定位，固定螺钉不易安装的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于AR技术的髓内钉导航装置，包括：

第一传感组件，所述第一传感组件包括第一手柄、电源组件、第一传感器、以及连接线，所述电源组件设置在所述第一手柄内，所述连接线的一端进入所述第一手柄内与所述电源组件连接，所述第一传感器设于所述连接线的另一端，所述第一传感器借助所述连接线放置在股骨髓内钉内部；

螺钉定位组件，所述螺钉定位组件包括板状手柄以及定位筒，所述板状手柄垂直设置在所述定位筒的一端，所述板状手柄上设置有第二传感器；以及

AR组件，所述AR组件包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，所述磁场发生器产生磁场，所述显示组件上设置有坐标定位仪，所述坐标定位仪定位使用者视角，所述接收器感应所述第一传感器、所述第二传感器以及所述坐标定位仪位置，所述显示组件展示模拟影像与实际影像，所述模拟影像包括辅助线及辅助孔，所述计算机安装有相应软件操作界面。

在一种可能的实现方式中，所述第一手柄上设置有第一平面，所述第一平面上设置有第一安装槽，所述电源组件固定在所述第一安装槽内，所述第一安装槽底部设置有所述连接线可穿过的过线槽。

在一种可能的实现方式中，所述第一手柄上设置有卡装组件，所述卡装组件的中心线穿过所述第一手柄的中心，且所述卡装组件的中心线与所述第一平面平行。

在一种可能的实现方式中，所述卡装组件自由端设置有放置管，所述连接线穿入所述放置管，且所述第一传感器放置在所述放置管的自由端，所述放置管穿入所述股骨髓内钉内部。

在一种可能的实现方式中，所述卡装组件远离所述第一手柄的一端可拆卸的设置有连接件，所述连接件上设置有与所述卡装组件相匹配的卡装槽，所述连接件另一端与所述股骨髓内钉近端螺纹连接。

在一种可能的实现方式中，所述连接件侧壁上设置有支撑件，所述支撑件自由端设置有防转手柄。

在一种可能的实现方式中，所述板状手柄上设置有用于放置所述第二传感器的第二安装槽，所述第二安装槽设置在所述定位筒的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述第一传感器以及所述第二传感器为一体封装结构。

在一种可能的实现方式中，所述显示组件为AR眼镜，所述AR眼镜上设置有透明镜片以及设置在所述透明镜片上的透明屏，所述透明屏呈现出所述模拟影像，佩戴者通过所述AR眼镜将所述辅助线、所述辅助孔与所述实际影像相结合。

一种基于AR技术的髓内钉导航装置的使用方法采用了如前文所述的任意一种基于AR技术的髓内钉导航装置，包括如下步骤：

A1、进入所述软件操作界面；

A2、在所述软件操作界面进行所述股骨髓内钉的选择、所述股骨髓内钉直径的选择；

A3、在患者体内安装所述股骨髓内钉，将所述第一传感组件安装在所述股骨髓内钉的近端，所述第一传感器穿入所述股骨髓内钉；

A4、通过所述显示组件展示模拟影像与所述实际影像，调整所述螺钉定位组件的位置角度，精确定位螺钉孔；

A5、将固定螺钉放入所述定位筒内，所述固定螺钉穿过所述螺钉孔，锁紧在所述股骨髓内钉上；

A6、所述固定螺钉的安装完毕后，取下所述第一传感组件完成导航。

本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的有益效果在于：

与现有技术相比，装置包括第一传感组件、螺钉定位组件以及AR组件，股骨髓内钉植入患者体内，固定螺钉将股骨髓内钉锁定在患者体内；第一传感组件，包括第一手柄、电源组件、第一传感器以及连接线，电源组件提供为第一传感器提供电力能源，连接线连接电源组件与第一传感器，电源组件安装在第一手柄上，第一手柄便于握持，易于进行安装调整；螺钉定位组件包括板状手柄以及定位筒，包装手柄上设置有第二传感器，在第一传感器以及第二传感器的作用下，可对螺钉孔进行定位，借助定位筒将固定螺钉植入螺钉孔，增加准确性；AR组件，包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，AR组件可以直接将模拟影像与实际影像结合，借助AR组件可以直观的判断待定位点的准确位置；该装置极大地提高了定位准确性，减轻患者痛苦，提高手术质量，缩短手术时间，易于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所采用的第一传感组件的立体结构示意图；

图3为本发明实施例所采用的螺钉定位组件的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所采用的连接件、防转手柄的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基于AR技术的髓内钉导航装置的原理示意图。

图中：1、股骨髓内钉；2、固定螺钉；3、螺钉孔；4、第一手柄；5、第二安装槽；6、连接件；7、卡装槽；8、板状手柄；9、定位筒；10、第一平面；11、卡装组件；12、定位孔；13、放置管；14、支撑件；15、防转手柄。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1至图5，现对本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式进行说明，包括：第一传感组件、螺钉定位组件以及AR组件；第一传感组件包括第一手柄4、电源组件、第一传感器、以及连接线，电源组件设置在第一手柄4内，连接线的一端进入第一手柄4内与电源组件连接，第一传感器设于连接线的另一端，第一传感器借助连接线放置在股骨髓内钉1内部；螺钉定位组件包括板状手柄8以及定位筒9，板状手柄8垂直设置在定位筒9的一端，板状手柄8上设置有第二传感器；AR组件包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，磁场发生器产生磁场，接收器感应第一传感器、第二传感器以及坐标定位仪的位置，显示组件展示模拟影像与实际影像，模拟影像包括辅助线及辅助孔，计算机安装有相应软件操作界面。

本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，与现有技术相比，装置包括第一传感组件、螺钉定位组件以及AR组件，股骨髓内钉1植入患者体内，固定螺钉2将股骨髓内钉1锁定在患者体内；第一传感组件，包括第一手柄4、电源组件、第一传感器以及连接线，电源组件提供为第一传感器提供电力能源，连接线连接电源组件与第一传感器，电源组件安装在第一手柄4上，第一手柄4便于握持，易于进行安装调整；螺钉定位组件包括板状手柄8以及定位筒9，包装手柄上设置有第二传感器，在第一传感器以及第二传感器的作用下，可对螺钉孔3进行定位，借助定位筒9将固定螺钉2植入螺钉孔3，增加准确性；AR组件，包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，AR组件可以直接将模拟影像与实际影像结合，借助AR组件可以直观的判断待定位点的准确位置；该装置极大地提高了定位准确性，减轻患者痛苦，提高手术质量，缩短手术时间，易于推广。

具体的，请参照图1至图5，装置包括第一传感组件、螺钉定位组件以及AR组件。

髓内钉组件包括股骨髓内钉1以及与固定螺钉2，股骨髓内钉1植入患者体内，固定螺钉2固定股骨髓内钉1。

第一传感组件包括第一手柄4、电源组件、第一传感器及连接线，第一手柄4易于握持，电源组件连接连接线，连接线另一端连接第一传感器，电源组件对第一传感器进行供能，第一传感器放置在股骨髓内钉1内，连接线的长度与第一传感器放置在股骨髓内钉1的长度相匹配；第一传感器放置在股骨髓内钉1近端或者股骨髓内钉1远端最靠近第一手柄4的第一个螺钉孔3靠近第一手柄4的一侧。

螺钉定位组件包括板状手柄8以及定位筒9，便于进行固定螺钉2的安装，板状手柄8与定位筒9垂直设置，定位筒9内径与固定螺钉2最大直径相匹配，便于固定螺钉2的放入，板状手柄8上设置有第二传感器，第一传感器与第二传感器相配合进而可以确定螺钉孔3的位置。

AR组件包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，磁场发生器产生磁场，第一传感器、第二传感器以及坐标定位仪均在磁场范围之内，接收器接收第一传感器、第二传感器以及坐标定位仪的位置信息，传递给计算机，通过安装在计算机的相应软件，处理第一传感器、第二传感器以及坐标定位仪的位置信息，显示组件将计算机根据第一传感器、第二传感器以及坐标定位仪的位置信息模拟的模拟影像与实际影像相结合，实现虚拟现实交互。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图1、图2，第一手柄4上设置有第一平面10，第一平面10上设置有第一安装槽，电源组件固定在第一安装槽内，第一安装槽底部设置有连接线可穿过的过线槽。

具体的，第一安装槽设置在第一平面10上，电源组件安装在第一安装槽内，过线槽便于连接线穿过，便于进行电源组件的更换，增加装置使用的便捷性。

进一步的，第一手柄4为半球状手柄，便于握持。

进一步的，电源组件为经过消毒杀菌的一次性封装组件，增加装置使用的安全性与便捷性。

进一步的，第一安装槽上设置有用于封堵第一安装槽的第一盖板，增加装置使用的安全性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图1、图2，第一手柄4上设置有卡装组件11，卡装组件11的中心线穿过第一手柄4的中心，且卡装组件11的中心线与第一平面10平行。

具体的，请参照图1、图2，第一手柄4上设置有卡装组件11，卡装组件11将第一手柄4卡装在股骨髓内钉1上，避免手术过程中第一手柄4发生旋转，进而影响手术的准确性，增加装置的稳定性；卡装组件11的中心线穿过第一手柄4中心，且卡装组件11的中心线与第一平面10平行，增加装置的稳定性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图1、图2，卡装组件11自由端设置有放置管13，连接线穿入放置管13，且第一传感器放置在放置管13的自由端，放置管13穿入股骨髓内钉1内部。

具体的，请参照图1、图2，放置管13设置在卡装组件11自由端，与电源组件连接的连接线穿过第一手柄4以及卡装组件11穿入放置管13，第一传感器连接在连接线另一端，第一传感器放置在放置管13的自由端，且位于放置管13内部，放置管13穿入股骨髓内钉1，到达股骨髓内钉1近端或者股骨髓内钉1远端最靠近第一手柄4的第一个螺钉孔3靠近第一手柄4的一侧。

进一步的，第一传感器与第一个螺钉孔3之间的距离，根据实际需求可进行调整，同时软件中需同步进行调整。

进一步的，根据第一传感器所需的放置位置，进行放置管13以及连接线长度的选取，增加装置的适应性。

进一步的，放置管13为可弯折且具有一定刚度柔性管，放置管13可随着股骨髓内钉1的弯折进行弯折，并将第一传感器放置在规定位置，增加装置的适应性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图1、图2、图4，卡装组件11远离第一手柄4的一端可拆卸的设置有连接件6，连接件6上设置有与卡装组件11相匹配的卡装槽7，连接件6另一端与股骨髓内钉1近端螺纹连接。

具体的，请参照图1、图2、图4，连接件6靠近第一手柄4的一侧设置有卡装槽7，卡装槽7为多边形槽，卡装组件11靠近连接件6的一端与卡装槽7相匹配，可卡装在卡装槽7内，避免手术过程中第一手柄4发生旋转，进而影响手术的准确性，增加装置的稳定性；连接件6连接卡装组件11以及股骨髓内钉1近端，连接件6与卡装组件11设置有同时贯穿二者的通孔，便于第一传感器及连接线的穿过，增加装置的稳定性以及便捷性。

进一步的，卡装组件11与卡装组件11的接触面上设置有相匹配的卡块与卡槽，进一步增加装置卡装的稳定性，避免手术过程中第一手柄4发生旋转，进而影响手术的准确性，增加装置的稳定性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图1、图4，连接件6侧壁上设置有支撑件14，支撑件14自由端设置有防转手柄15。

具体的，请参照图1、图4，连接件6上设置有支撑件14，支撑件14另一端设置有防转手柄15，便于操作连接件6，增加装置的稳定性以及便捷性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，请参照图3，板状手柄8上设置有用于放置第二传感器的第二安装槽5，第二安装槽5设置在定位筒9的一侧。

具体的，请参照图3，第二安装槽5设置在板状手柄8上，第二传感器放置在第二安装槽5内，第二安装槽5设置在定位筒9一侧，增加装置的稳定性。

进一步的，请参照图3，板状手柄8上设置有定位孔12，定位筒9的内筒与定位孔12联通设置，且定位筒9内壁延伸得到定位孔12内壁。

进一步的，第二安装槽5上设置有用于封堵第二安装槽5的第二盖板，增加装置使用的安全性。

进一步的，第二传感器的供电组件与第二传感器封装在一起，便于更换，增加装置使用的安全性以及便捷性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，第一传感器以及第二传感器为一体封装结构。

具体的，第一传感器与第二传感器均为一体封装结构，便于更换，增加装置使用的安全性、稳定性以及便捷性。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航装置的一种具体实施方式，显示组件为AR眼镜，AR眼镜上设置有透明镜片以及设置在透明镜片上的透明屏，透明屏呈现出模拟影像，佩戴者通过AR眼镜将辅助线、辅助孔与实际影像相结合。

具体的，显示组件为AR眼镜，坐标定位仪设置在AR眼镜上，可直接获取佩戴者视角的位置，与此同时AR眼镜可呈现辅助线、辅助孔的模拟影像，模拟影像与实际影像相结合便于进行螺钉孔3的导航定位，定位更加直观、准确。

进一步的，所呈现的辅助孔为第一辅助孔、第二辅助孔与第三辅助孔，第一辅助孔表示定位孔12的位置，第二辅助孔表示定位筒9自由端内壁的位置，第三辅助孔表示螺钉孔3的位置，第一辅助孔、第二辅助孔与第三辅助孔重合时，即表示定位导航准确，将固定螺钉2放入定位筒9，完成固定螺钉2的安装。

作为本发明提供的一种基于AR技术的髓内钉导航的使用方法，采用了任意一种前文的于AR技术的髓内钉导航装置，包括如下步骤：

A1、进入软件操作界面；

A2、在软件操作界面进行股骨髓内钉1的选择、股骨髓内钉1直径的选择；

A3、在患者体内安装股骨髓内钉1，将第一传感组件安装在股骨髓内钉1的近端，第一传感器穿入股骨髓内钉1；

A4、通过显示组件展示模拟影像与实际影像，调整螺钉定位组件的位置角度，精确定位螺钉孔3；

A5、将固定螺钉2放入定位筒9内，固定螺钉2穿过螺钉孔3，锁紧在股骨髓内钉1上；

A6、固定螺钉2的安装完毕后，取下第一传感组件完成导航。

具体的，在软件操作界面选取实际选择的股骨髓内钉1的参数，植入股骨髓内钉1，将第一传感组件安装在股骨髓内钉1近端，调整螺钉定位组件的位置，借助显示组件展示模拟影像并结合实际影像，实现虚拟现实的结合，调整螺钉定位组件的位置，精确定位螺钉孔3，将固定螺钉2放入定位筒9内，固定螺钉2固定股骨髓内钉1，完成全部固定螺钉2的安装，取下第一传感组件，完成导航。

进一步的，首先对第一传感组件与螺钉定位组件进行校准，点击软件操作界面校准操作，校准完毕后，进行后续操作。

进一步的，手术开始前需要将第一传感组件组装完毕，第二传感器安装完毕，完成手术后，拆卸第一传感组件以及第二传感器。

进一步的，软件可参照施乐辉导航软件。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，包括：

第一传感组件，所述第一传感组件包括第一手柄、电源组件、第一传感器、以及连接线，所述电源组件设置在所述第一手柄内，所述连接线的一端进入所述第一手柄内与所述电源组件连接，所述第一传感器设于所述连接线的另一端，所述第一传感器借助所述连接线放置在股骨髓内钉内部；

螺钉定位组件，所述螺钉定位组件包括板状手柄以及定位筒，所述板状手柄垂直设置在所述定位筒的一端，所述板状手柄上设置有第二传感器；以及

AR组件，所述AR组件包括计算机、磁场发生器、接收器以及显示组件，所述磁场发生器产生磁场，所述显示组件上设置有坐标定位仪，所述坐标定位仪定位使用者视角，所述接收器感应所述第一传感器、所述第二传感器以及所述坐标定位仪位置，所述显示组件展示模拟影像与实际影像，所述模拟影像包括辅助线及辅助孔，所述计算机安装有相应软件操作界面。

2.如权利要求1所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述第一手柄上设置有第一平面，所述第一平面上设置有第一安装槽，所述电源组件固定在所述第一安装槽内，所述第一安装槽底部设置有所述连接线可穿过的过线槽。

3.如权利要求2所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述第一手柄上设置有卡装组件，所述卡装组件的中心线穿过所述第一手柄的中心，且所述卡装组件的中心线与所述第一平面平行。

4.如权利要求3所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述卡装组件自由端设置有放置管，所述连接线穿入所述放置管，且所述第一传感器放置在所述放置管的自由端，所述放置管穿入所述股骨髓内钉内部。

5.如权利要求4所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述卡装组件远离所述第一手柄的一端可拆卸的设置有连接件，所述连接件上设置有与所述卡装组件相匹配的卡装槽，所述连接件另一端与所述股骨髓内钉近端螺纹连接。

6.如权利要求5所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述连接件侧壁上设置有支撑件，所述支撑件自由端设置有防转手柄。

7.如权利要求1所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述板状手柄上设置有用于放置所述第二传感器的第二安装槽，所述第二安装槽设置在所述定位筒的一侧。

8.如权利要求1所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述第一传感器以及所述第二传感器为一体封装结构。

9.如权利要求1所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，其特征在于，所述显示组件为AR眼镜，所述AR眼镜上设置有透明镜片以及设置在所述透明镜片上的透明屏，所述透明屏呈现出所述模拟影像，佩戴者通过所述AR眼镜将所述辅助线、所述辅助孔与所述实际影像相结合。

10.一种基于AR技术的髓内钉导航装置的使用方法，其特征在于，采用了如权利要求1-9任意一项所述的一种基于AR技术的髓内钉导航装置，包括如下步骤：

A1、进入所述软件操作界面；

A2、在所述软件操作界面进行所述股骨髓内钉的选择、所述股骨髓内钉直径的选择；

A3、在患者体内安装所述股骨髓内钉，将所述第一传感组件安装在所述股骨髓内钉的近端，所述第一传感器穿入所述股骨髓内钉；

A4、通过所述显示组件展示模拟影像与所述实际影像，调整所述螺钉定位组件的位置角度，精确定位螺钉孔；

A5、将固定螺钉放入所述定位筒内，所述固定螺钉穿过所述螺钉孔，锁紧在所述股骨髓内钉上；

A6、所述固定螺钉的安装完毕后，取下所述第一传感组件完成导航。

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