一种非侵入式锁固骨骼的定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种非侵入式锁固骨骼的定位系统，其中骨骼的骨髓置入一骨髓内钉，该骨髓内钉具有一管壁及贯穿该管壁的至少一贯孔，以供对应的至少一固定螺丝锁固，该系统包括：一体外定位器，具有至少一光源，发射具有一波长的激光，用以入射至一肌肉组织成一入射光，并经由该肌肉组织及骨骼而穿透出成穿透光；以及一光学固定器，具有一光学透镜，及用以可拆除式地置放该光学透镜的一定位环部，其中，藉由该入射光的聚焦光点、该穿透光的聚焦光点、及该至少一贯孔成一直线，用以确定锁固该骨髓内钉的直线位置。

【技术实现步骤摘要】
一种非侵入式锁固骨骼的定位系统及方法
本专利技术涉及一种非侵入式锁固骨骼的定位系统及方法，尤指一种利用激光以快速、安全及准确地作体外定位的技术，该激光透过肌肉组织，骨髓并透过贯孔而从肌肉组织的一侧出光，以决定经由贯孔锁固螺钉至骨髓的精确定位。
技术介绍
下肢骨折是骨科临床实务最常处理的骨折之一，这些骨折常造成长期及广泛的残疾及失能，尤其是在遭受高强度外伤后可能伴随多重系统的伤害。骨髓内钢钉和微创互锁式骨板被认为是处理下肢长骨骨折的主要固定方式。在现有的技术中，虽然胫骨及股骨的骨钉/骨板技术已臻成熟，远端的固定螺钉对许多骨科医生来说仍是场恶梦。利用透视X光机找寻「完美圆孔」的徒手技巧仍是最常被采用的定位方式。这种方式的缺点包括较长的手术时间和辐射的曝露，还有螺钉错置的可能性。又、许多定位系统和技巧已被提出过，像是延伸型钻孔导引、电脑导航系统、透光法、远端定位导线及其他徒手定位技巧，甚至利用两支骨钉重叠的定位方法。然而上述方法大多昂贵、难以操作或误差过大以致无法精准的定位贯孔位置。又、先前技术多采体内出光定位，虽然光穿透厚度较薄，但将发光导针置入骨髓内部除了须考虑人体相容性等卫生问题外，也须顾虑光源于体内对人体造成的伤害(先前技术多为直接将灯泡或其他照明装置置入体内，因此当光源功率过高时，须考虑到灯泡本身产生热辐射对体内组织的影响；和骨髓内体液对灯泡造成损坏的风险)。本专利技术旨在解决上述问题，提供自体外定位以找贯孔及锁固螺钉至骨髓内钉，并利用光学方法降低光散射程度，能适用于各种不同厂牌的骨钉/骨板，并以新的定位方法而减少手术时间、减少螺钉错置机会、以及减少来自X光机的辐射量。
技术实现思路
本专利技术的一目的在推出一种非侵入式锁固骨骼的定位系统及方法，使以非侵入式自体外射入激光，以精确、迅速地经由贯孔而将螺钉锁固至骨髓内钉。本专利技术的另一目的为提供一体外定位方法，利用光纤耦合原理，以提高光功率，使可穿透两倍厚度的骨骼及软组织。本专利技术的又一目的在利用不同波长或偏振光，使降低光在穿透骨头及软组织时造成的散射。本专利技术的再一目的为提供一圆形滑轨，并加以细调定位，使迅速而正确地找到骨髓内钉贯孔。此外，鉴于临床应用上骨折的形态和解剖位置可能会使得螺钉的位置不一致:螺钉错置可能性在于入钉位置和角度。因此，本专利技术的又一目的为利用光定位会于体外观测到明显光点，以此解决入钉位置的问题，其于入钉角度上，可利用两点一线的概念(即入射光与贯孔需成一直线；而贯孔与光出端也需成一直线)。于本专利技术中，其揭示一种非侵入式锁固骨骼的定位系统，其中骨骼的骨髓置入一骨髓内钉，该骨髓内钉具有一管壁及贯穿该管壁的至少一贯孔，以供对应的至少一固定螺丝锁固，该系统包括:一体外定位器，具有至少一光源，该体外定位器用以对肌肉组织作180度转动，以观测贯穿该管壁两端的贯孔的两侧的两次暗区域，并以该等暗区域的中间点作为该贯穿贯孔的中心所在，其中该至少一光源发射具有一波长的激光，用以入射至该肌肉组织成一入射光，并经由该肌肉组织及骨骼而穿透出成穿透光，且该激光的亮度可以调整；以及一光学固定器，具有一光学透镜，及用以可拆除式地置放该光学透镜的一定位环部，其中，该光学透镜与该定位环部用以移动式地分别依据该发射光及该穿透光的聚焦光点而决定该光学固定器的定位方向，其中，藉由该入射光的聚焦光点、该穿透光的聚焦光点、及该至少一贯孔成一直线，用以确定锁固该骨髓内钉的直线位置。在一实施例中，该至少一光源进而包含一光纤，用以导引该激光的发射。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一第一偏振片，设置于该至少一光源与该肌肉组织之间，其偏振角度可调整，用以使该入射光沿一固定方向前进而成单一振动方向的光，以深入该肌肉组织的深层。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一衰减片，置于该肌肉组织的穿透光侧，用以减少该肌肉组织内重复散射的光发射至该肌肉组织外，使直行的光穿透而出。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一第二偏振片，置于该肌肉组织的穿透光侧，用以使固定方向的穿透光通过，而抑止通过该肌肉组织的散射光干扰外部成像。在一实施例中，该一偏振片的穿透光强度I的计算公式为I＝I0cos2θ，其中I0为入射光的强度，θ为该入射光的偏振方向与一主轴的夹角。在一实施例中，该至少一光源为可发射两个具有不同波长的激光，用以分别产生具两个同心圆的中心光点，以利于该中心点的定位。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一滑轨，用以置放该至少一光源，以作转动。在一实施例中，该不同波长的激光的波长为635nm及1064nm。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一光纤耦和器(NX1coupler)，用以结合两个以上光源所发射的具相同波长的激光，以提高发光功率。在一实施例中，该激光的波长的范围为600nm至1500nm。在一实施例中，该骨骼为一骨折的下肢骨。在一实施例中，本专利技术的定位系统进而包含一电荷耦合装置(CCD)，用以接收该两个中心光点。在一实施例中，该至少一光源是为产生脉冲激光的光源或为具有控制激光出光的时间间隔的光源。于本专利技术中，另揭示一种非侵入式锁固骨骼的定位方法，包含下列步骤:于一骨折的下肢骨的骨髓内置入一骨髓内钉，该骨髓内钉具有至少一贯孔，以供锁固；提供一体外定位装置，具有至少一光源，用以发射至少一波长的激光至环覆该下肢骨的一肌肉组织，该体外定位装置对该肌肉组织作180度旋转，以寻找穿透该贯孔的位置，并于找到一光点之后开始微调至该光点为最亮处止，其中该至少一光源是经由一光纤导引发射该激光；提供一衰减片，使耦合至该光纤的激光于穿透该肌肉组织的光的强度减弱至易于观测；使该至少一光源发射具有二个波长的激光，其可于穿透该肌肉组织后产生具两个同心圆的中心光点，以利于该中心光点的定位；提供至少一偏振片，并调整夹角，用以使固定方向的该二个激光通过，使该穿透光具有清晰的光点；提供一光学固定器，具有一聚焦透镜，固定于该光点中央，使能直接观测到微小光点；将该光学固定器的一固定器固定于该发射光及该穿透光的两光点上，并确保该两光点、该贯孔及一锥子接成同一直线上；以及于穿透光端的中心点处的皮肤上作深可见骨的切开，以该锥子于下肢骨上钻孔，并锁入固定螺丝。在一实施例中，本专利技术的定位方法进而重复上述步骤，以定位较近的两个远端贯孔及两个近端贯孔(近侧孔)，并锁入固定螺丝。在一实施例中，该激光的波长范围为600nm至1500nm。在一实施例中，该二个波长的激光为635nm及1064nm。附图描述图1，包含图1a及图1b，所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统的架构示意图，图(1a)为本专利技术定位系统的贯孔寻找架构图，图1b为本专利技术定位系统的螺钉锁固定位架构图。图2所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统结合偏振片的示意图。图3所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统结合一衰减片的示意图。图4所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统使用两个光源的示意图。图5所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统使用一光纤耦合器及复数个相同光源的示意图。具体实施方式图1，包含图1a及图1b，所示为依据本专利技术一种非侵入式锁固骨骼的定位系统100的架构示意图，其中，图(1a)为本专利技术定位系统的贯孔寻找架构图，图1b为本专利技术定位系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非侵入式锁固骨骼的定位系统，其中骨骼的骨髓置入一骨髓内钉，该骨髓内钉具有一管壁及贯穿该管壁的至少一贯孔，以供对应的至少一固定螺丝锁固，该系统包括:一体外定位器，具有至少一光源，所述体外定位器用以对肌肉组织作180度转动，以观测贯穿所述管壁两端的所述贯孔的两侧的两次暗区域，并以所述等暗区域的中间点作为所述贯穿贯孔的中心所在，其中所述至少一光源发射具有一波长的激光，用以入射至所述肌肉组织成一入射光，并经由所述肌肉组织及骨骼而穿透出成穿透光，且所述激光的亮度可以调整；以及一光学固定器，具有一光学透镜，及用以可拆除式地置放所述光学透镜的一定位环部，其中，所述光学透镜与所述定位环部用以移动式地分别依据所述发射光及所述穿透光的聚焦光点而决定所述光学固定器的定位方向，其中，藉由所述入射光的聚焦光点、所述穿透光的聚焦光点、及所述至少一贯孔成一直线，用以确定锁固所述骨髓内钉的直线位置。

【技术特征摘要】
2016.11.08 US 62/419,4101.一种非侵入式锁固骨骼的定位系统，其中骨骼的骨髓置入一骨髓内钉，该骨髓内钉具有一管壁及贯穿该管壁的至少一贯孔，以供对应的至少一固定螺丝锁固，该系统包括:一体外定位器，具有至少一光源，所述体外定位器用以对肌肉组织作180度转动，以观测贯穿所述管壁两端的所述贯孔的两侧的两次暗区域，并以所述等暗区域的中间点作为所述贯穿贯孔的中心所在，其中所述至少一光源发射具有一波长的激光，用以入射至所述肌肉组织成一入射光，并经由所述肌肉组织及骨骼而穿透出成穿透光，且所述激光的亮度可以调整；以及一光学固定器，具有一光学透镜，及用以可拆除式地置放所述光学透镜的一定位环部，其中，所述光学透镜与所述定位环部用以移动式地分别依据所述发射光及所述穿透光的聚焦光点而决定所述光学固定器的定位方向，其中，藉由所述入射光的聚焦光点、所述穿透光的聚焦光点、及所述至少一贯孔成一直线，用以确定锁固所述骨髓内钉的直线位置。2.如权利要求1所述的定位系统，其中所述至少一光源进而包含一光纤，用以导引所述激光的发射。3.如权利要求1所述的定位系统，进而包含一第一偏振片，设置于所述至少一光源与所述肌肉组织之间，其偏振角度可调整，用以使所述入射光沿一固定方向前进而成单一振动方向的光，以深入所述肌肉组织的深层。4.如权利要求1所述的定位系统，进而包含一衰减片，置于所述肌肉组织的穿透光侧，用以减少所述肌肉组织内重复散射的光发射至所述肌肉组织外，使直行的光穿透而出。5.如权利要求3所述的定位系统，进而包含一第二偏振片，置于所述肌肉组织的穿透光侧，用以使固定方向的穿透光通过，而抑止通过所述肌肉组织的散射光干扰外部成像。6.如权利要求5所述的定位系统，其中所述一偏振片的穿透光的强度I的计算公式为I＝I0cos2θ，其中I0为入射光的强度，θ为所述入射光的偏振方向与一主轴的夹角。7.如权利要求1所述的定位系统，其中所述至少一光源为可发射两个具有不同波长的激光，用以分别产生具两个同心圆的中心光点，以利于所述中心点的定位。8.如权利要求1所述的定位系统，进而包含一滑轨，用以置放所述至少一光源，以作...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅尹志，王朝盛，李天庆，何美泠，陈威圻，
申请(专利权)人：高雄医学大学，中山大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71