TW201410199A - 骨固定器之固定孔軸向定位方法 - Google Patents

骨固定器之固定孔軸向定位方法 Download PDF

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Abstract

本發明係為一種骨固定器之固定孔軸向定位方法，其包括下列步驟：取得固定孔影像資訊、計算中垂線、決定空間平面以及取得固定孔軸向向量。首先，取得分別由兩個X光源位置拍攝之固定孔影像資訊以得到固定孔之兩個重疊影像，接著分別處理兩個重疊影像以計算得到兩條中垂線，每條中垂線與其相對應之X光源位置可分別形成一個空間平面，最後兩個空間平面之交集即是固定孔軸向向量。藉由本發明之實施，骨科手術時，可僅憑兩張固定孔影像資訊計算出固定孔的軸向向量，藉此使患者及醫事人員所接受到的輻射量大幅減少。

Description

骨固定器之固定孔軸向定位方法
本發明係為一種骨固定器之固定孔軸向定位方法，特別是一種用於骨科手術之骨固定器之固定孔軸向定位方法。
在醫療產業中，藉由放射性儀器進行攝影以輔助了解人體體內之結構是常見的做法。特別是在骨科手術過程中，常常需要即時地了解手術器械在體內的狀況，因此C型臂透視X光機(以下簡稱C-arm)成為常用的設備。
C-arm可以即時地顯示手術器械或植入物在體內的狀況，供醫師參考以決定手術進行的方式。舉例來說，醫師可以藉由C-arm影像了解骨髓內釘打入骨頭內的狀況，亦可以利用C-arm之即時影像顯示，得知骨髓內釘之固定孔的大致方位，並將鎖固螺絲鎖入固定孔內以將骨髓內釘固定於骨頭中。
過去將鎖固螺絲鎖入骨髓內釘時，醫師需要不斷的拍攝骨髓內釘之固定孔影像，並觀察固定孔與鑽頭之間的相對位置關係，再慢慢將鑽頭以正確的方向鑽進骨髓內釘之固定孔中。在手術的過程中，不論是患者、醫師及在場的醫事人員皆會因此而接受到不低的輻射劑量。
除此之外，由於不斷重複地調整C-arm方向與位置及拍攝影像，也會拉長手術的作業時間，不僅容易使患者的感染率提高，也相當耗費醫事人員的體力，更嚴重的是常有鎖固螺絲無法鎖進固定孔的案例發生。因此亟需一種能減少輻射照射，又 能自動定位出固定孔軸向之方法。
本發明係為一種骨固定器之固定孔軸向定位方法，其包括下列步驟：取得固定孔影像資訊、計算中垂線、決定空間平面及取得固定孔軸向向量。本發明主要是要達到可以僅利用兩張固定孔影像資訊計算並定位固定孔之軸向向量，以使醫師能順利地將鎖固螺絲鎖進固定孔以將骨固定器固定於骨頭中，並可以減少患者及醫事人員所接受的輻射量。
本發明係提供一種骨固定器之固定孔軸向定位方法，其係執行於一電腦系統中，固定孔軸向定位方法包括下列步驟：取得固定孔影像資訊，其係由一第一位置拍攝一固定孔，以得到固定孔之一第一孔面及一第二孔面之一第一重疊影像，又由一第二位置拍攝固定孔，以得到第一孔面及第二孔面之一第二重疊影像；計算中垂線，其係由一處理單元分別處理第一重疊影像及第二重疊影像以計算得到一第一中垂線及一第二中垂線；決定空間平面，其係由第一位置與第一中垂線形成一第一平面，又由第二位置與第二中垂線形成一第二平面；以及取得固定孔軸向向量，其係由處理單元計算出第一平面與第二平面之交集，以作為固定孔之軸向向量。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、可以僅使用兩張固定孔影像資訊定位固定孔之軸向向量，藉此可以減少患者及醫事人員所接受的輻射量。
二、可以減少手術之操作時間，也因此可以減少病患的感染 率。
三、可以更容易導引鑽頭/K-pin循固定孔軸向方向鑽孔，讓鎖固螺絲順利的鎖入固定孔。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
第1圖為本發明實施例之一種骨固定器之固定孔軸向定位方法流程圖。第2圖為本發明實施例之一種骨髓內釘及其固定孔示意圖。第3圖為本發明實施例之一種骨板及其固定孔示意圖。第4A圖為本發明實施例之一種重疊影像示意圖。第4B圖為本發明實施例之一種取得固定孔影像資訊示意圖。第4C圖為本發明實施例之另一種重疊影像示意圖。第5A圖為本發明實施例之一種計算中垂線步驟示意圖。第5B圖為第5A圖之X光影像之中垂線示意圖。第6A圖至第6C圖分別為本發明實施例之一種決定空間平面步驟示意圖。第7圖為本發明實施例之一種取得固定孔軸向向量示意圖。
如第1圖所示，本發明實施例之一種骨固定器之固定孔軸向定位方法S100，其係執行於一電腦系統中。骨固定器之固定孔軸向定位方法S100包括下列步驟：取得固定孔影像資訊(步驟S10)、計算中垂線(步驟S20)、決定空間平面(步驟S30) 及取得固定孔軸向向量(步驟S40)。
如第2圖及第3圖所示，骨固定器10上形成有至少一固定孔11，固定孔11貫穿骨固定器10並在骨固定器10之兩相對表面上分別形成一第一孔面12及一第二孔面13，因此第一孔面12是固定孔11之第一端在骨固定器10上所產生之孔洞曲面，而第二孔面13是固定孔11之第二端在骨固定器10上產生之孔洞曲面。骨固定器10亦可以為一骨釘，例如骨髓內釘，骨髓內釘係用於植入長骨之骨髓腔以將斷裂之長骨進行固定，其中長骨可以為股骨或脛骨。當骨固定器10為骨髓內釘時，骨髓內釘穿入長骨之骨髓腔後，仍需要使用鎖固螺絲14穿過固定孔11以使骨髓內釘能穩固的設置於長骨中。固定孔11可以貫穿骨髓內釘之徑軸而在骨髓內釘之兩相對表面上分別形成一第一孔面12及一第二孔面13。
如第3圖所示，骨固定器10亦可以為一骨板，骨板係設置於骨頭之外側以將斷裂之骨頭進行固定，在將骨板固定於骨頭時，也需要使用鎖固螺絲14穿過固定孔11以使骨板能穩固的設置於骨頭之外側。固定孔11可以貫穿骨板之板面而在骨板之兩相對表面上分別形成一第一孔面12及一第二孔面13。
如第4A圖及第4B圖所示，取得固定孔影像資訊(步驟S10)，在骨科手術過程中使用C-arm取像時，通常沿著通過固定孔11之軸向並與骨固定器10長軸方向垂直之平面上旋轉調整C-arm之拍攝位置來取得骨固定器10及其固定孔11之影像資訊。利用C-arm之X光源端由前述平面上之一第一位置20拍攝骨固定器10與其固定孔11時，X光能穿透固定孔11之 第一孔面12及第二孔面13之重疊處到達C-arm之接收端，此部分由於輻射曝光度較高，因此於拍攝畫面40中形成一高亮度區塊41。另外，X光僅通過第一孔面12但未能通過第二孔面13或僅通過第二孔面13但未能通過第一孔面12處的部份到達C-arm之接收端時，由於輻射曝光度較低，因此於拍攝畫面40中形成一低亮度區塊42。將拍攝畫面40經過影像處理辨別及分割後可以得到高亮度區塊41視為固定孔11之第一孔面12及第二孔面13之第一重疊影像21。
同樣地，以C-arm之X光源端由前述平面上之一第二位置30拍攝固定孔11時，將拍攝畫面40經過影像處理辨別及分割後可以得到高亮度區塊41，並將高亮度區塊41視為固定孔11之第一孔面12及第二孔面13之第二重疊影像31。前述之第一重疊影像21及第二重疊影像31均可以由C-arm所拍攝，而第一位置20及第二位置30則分別是C-arm取像時X光源的X光源位置。
請同時參考第4C圖，取得固定孔影像資訊步驟(步驟S10)可以進一步包括一辨別完全重疊步驟，其係為若由固定孔11正上方之一正中位置50拍攝固定孔11，由於固定孔11的第一孔面12及第二孔面13係為近乎或完全重疊，因此使X光通過第一孔面12至C-arm之接收端所產生的影像能與X光通過第二孔面13至C-arm之接收端所產生的影像完全重疊在一起，故得到的第一重疊影像21或第二重疊影像31是與第一孔面12或第二孔面13形狀一樣的完全重疊影像51，此時固定孔之軸向向量X便是正中位置50與完全重疊影像51之中心點52的 的一連線向量。
如第5A圖及第5B圖所示，計算中垂線(步驟S20)係由一處理單元分別處理取得固定孔影像資訊步驟(步驟S10)步驟中得到之第一重疊影像21及第二重疊影像31。在計算中垂線(步驟S20)步驟中可以利用第一重疊影像21之外型為近似橢圓形的特點，以此橢圓形長軸方向中兩頂點(P1及P2)連接形成一直線L1，再取得直線L1之中垂線V1，以計算得到一第一中垂線22。同樣地，可以利用第二重疊影像31之外型為近似橢圓形的特點，以此橢圓形長軸方向中兩頂點(P1及P2)連接形成一直線L1，再取得直線L1之中垂線V1，以計算得到一第二中垂線32。
如第6A圖及第6B圖所示，決定空間平面(步驟S30)，由於一點加上一線可以導出一個平面，故由第一位置20可與計算中垂線(步驟S20)步驟中得到之第一中垂線22形成一第一平面23，又第二位置30可與計算中垂線(步驟S20)步驟中得到之第二中垂線32形成一第二平面33。
如第6C圖及第7圖所示，取得固定孔軸向向量(步驟S40)，其係藉由處理單元計算第一平面23與第二平面33之交集部分，以作為固定孔之軸向向量X。在手術導引系統中，可以使用定位裝置得知C-arm之X光源端及C-arm之接收端的座標位置，因此由這些座標位置經過本發明實施例之方法，可以推算出固定孔之軸向向量X的座標位置，進而使手術導引系統可以根據固定孔之軸向向量X協助醫師將鎖固螺絲鎖固於固定孔中。
本發明實施例之固定孔軸向定位方法可以僅使用兩張固定孔影像資訊就計算推導出固定孔之軸向向量，若應用於骨科手術，能提升手術的效率、降低醫療人員之輻射劑量以及讓鑽頭/K-pin能夠循固定孔軸向方向鑽孔並使鎖固螺絲能夠順利鎖固骨髓內釘。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
10‧‧‧骨固定器
11‧‧‧固定孔
12‧‧‧第一孔面
13‧‧‧第二孔面
14‧‧‧鎖固螺絲
20‧‧‧第一位置
21‧‧‧第一重疊影像
22‧‧‧第一中垂線
23‧‧‧第一平面
30‧‧‧第二位置
31‧‧‧第二重疊影像
32‧‧‧第二中垂線
33‧‧‧第二平面
40‧‧‧拍攝畫面
41‧‧‧高亮度區塊
42‧‧‧低亮度區塊
50‧‧‧正中位置
51‧‧‧完全重疊影像
52‧‧‧中心點
L1‧‧‧直線
P1、P2‧‧‧頂點
X‧‧‧固定孔之軸向向量
V1‧‧‧中垂線
第1圖為本發明實施例之一種骨固定器之固定孔軸向定位方法流程圖。
第2圖為本發明實施例之一種骨髓內釘及其固定孔示意圖。
第3圖為本發明實施例之一種骨板及其固定孔示意圖。
第4A圖為本發明實施例之一種重疊影像示意圖。
第4B圖為本發明實施例之一種取得固定孔影像資訊示意圖。
第4C圖為本發明實施例之另一種重疊影像示意圖。
第5A圖為本發明實施例之一種計算中垂線步驟示意圖。
第5B圖為第5A圖之X光影像之中垂線示意圖。
第6A圖至第6C圖分別為本發明實施例之一種決定空間平面步驟示意圖。
第7圖為本發明實施例之一種取得固定孔軸向向量示意圖。
S100‧‧‧骨固定器之固定孔軸向定位方法
S10‧‧‧取得固定孔影像資訊
S20‧‧‧計算中垂線
S30‧‧‧決定空間平面
S40‧‧‧取得固定孔軸向向量

Claims (9)

  1. 一種骨固定器之固定孔軸向定位方法，其係執行於一電腦系統中，該固定孔軸向定位方法包括下列步驟：取得固定孔影像資訊，其係由一第一位置拍攝一固定孔，以得到該固定孔之一第一孔面及一第二孔面之一第一重疊影像，又由一第二位置拍攝該固定孔，以得到該第一孔面及該第二孔面之一第二重疊影像；計算中垂線，其係由一處理單元分別處理該第一重疊影像及該第二重疊影像以計算得到一第一中垂線及一第二中垂線；決定空間平面，其係由該第一位置與該第一中垂線形成一第一平面，又由該第二位置與該第二中垂線形成一第二平面；以及取得固定孔軸向向量，其係由該處理單元計算出該第一平面與該第二平面之交集，以作為該固定孔之軸向向量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該骨固定器係為一骨髓內釘或一骨板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該固定孔係貫穿該骨固定器之徑軸而在該骨固定器之兩相對表面上分別形成該第一孔面及該第二孔面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該固定孔係貫穿該骨固定器之板面而在該骨固定器之兩相對表面上分別形成該第一孔面及該第二孔面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中 該第一重疊影像及該第二重疊影像均由一C型臂透視X光機(C-arm)所拍攝。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該第一重疊影像及該第二重疊影像係經過影像處理而得。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該取得固定孔影像資訊步驟進一步包括一辨別完全重疊步驟，當拍攝該固定孔而得到該第一重疊影像或該第二重疊影像為一完全重疊影像時，則該固定孔之軸向向量為一正中位置與該完全重疊影像之中心點的一連線向量。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該第一中垂線係為該第一重疊影像之長軸方向中兩頂點連接形成之一直線之中垂線。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之固定孔軸向定位方法，其中該第二中垂線係為該第二重疊影像之長軸方向中兩頂點連接形成之一直線之中垂線。
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