一种并联型骨外固定器制造技术

本发明专利技术公开了一种并联型骨外固定器，属于医疗设备领域。所述设备包括：获取模块，用于获取移动骨段上的对应点；处理模块，用于根据所述移动骨段上所述对应点的运动轨迹，获取处方参数；优化模块，用于根据最优指标，对所述处方参数进行优化，获取优化后的处方参数；调节模块，用于根据所述优化后的处方参数，调整所述多个驱动杆的长度。避免了移动骨在调节驱动杆的过程中呈现无规律的折线运动所导致的患者疼痛，且风险较大的问题，从而提高的患者舒适感，有利于患者的康复。

A kind of parallel external fixator for bone

The invention discloses a parallel bone external fixator, which belongs to the field of medical equipment. The device comprises: acquisition module for acquiring corresponding points on the moving bone segment; processing module for acquiring prescription parameters according to the motion trajectory of the corresponding points on the moving bone segment; optimization module for optimizing prescription parameters according to the optimal index and obtaining optimized prescription parameters; The module is used to adjust the length of the plurality of driving rods according to the optimized prescription parameters. It avoids the pain caused by irregular broken line movement of the moving bone in the process of adjusting the driving rod and the problem of high risk, so as to improve the comfort of the patients and benefit the rehabilitation of the patients.

【技术实现步骤摘要】
一种并联型骨外固定器
本专利技术涉及医疗设备领域，特别涉及一种并联型骨外固定器。
技术介绍
在患者的治疗和康复过程中，并联型骨外固定器动平台固定安装在移动骨段上，构成一个整体。在动平台的带动下移动骨做相对于参照骨的复位运动。从而实现患者的康复。在实际使用过程中，并联型骨外固定器的非线性导致在按照现有的处方参数进行调节的过程中，由于移动骨的复位轨迹呈现无规律的折线运动，所以可能造成对周围软组织以及神经血管的二次损伤，从而加大治疗周期，提高患者的经济负担。且这种无规律的非线性运动和每日的驱动杆调节量不均匀造成固定器在移动过程中拉伸骨头、肌肉、神经组织过长使患者疼痛难忍。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种并联型骨外固定器的处方参数优化方法。所述技术方案如下：第一方面，提供一种并联型骨外固定器，所述并联骨外固定器包括多个驱动杆，包括：获取模块，用于获取移动骨段上的对应点；处理模块，用于根据所述移动骨段上所述对应点的运动轨迹，获取处方参数；优化模块，用于根据最优指标，对所述处方参数进行优化，获取优化后的处方参数；调节模块，用于根据所述优化后的处方参数，调整所述多个驱动杆的长度；其中所述最优指标包括所述处方参数的适应度最高；所述处方参数用于调节所述驱动杆的长度。结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述获取模块具体用于：从影像资料所包括的原始参数中，获取医生在X光片中标记的对应点。结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：建立所述并联型骨外固定器执行机构对应的数学模型；所述数学模型用于描述所述移动骨在三维空间的位置信息以及运动信息；通过直角坐标路径控制法对所述移动骨段进行直线轨迹规划，获取所述移动骨段的位置姿态参数；根据所述移动骨段的位置姿态参数，获取所述多个驱动杆的长度。结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：以参考环中心为原点建立局部坐标系{B}，以移动环中心为原点建立局部坐标系{P},以参照骨段的“起始点”为原点建立全局坐标系{U}；读取并联型骨外固定器六根驱动杆杆长的初始值：L1、L2、L3、L4、L5、L6，利用位姿正解算法计算出动平台(移动环)相对于静平台(参照环)的初始位姿，用位姿矩阵表示：式中，表示动平台坐标{P}相对于静平台坐标{B}的姿态转换矩阵，3P4表示{P}坐标原点相对于{B}坐标系的位置；测得正位图像、侧位图像的角度均为多个轴向的合成角，其中，设绕固定轴X-Y-Z的转角为α'、β'和γ'，从测量的畸形参数中得到：式中，cα＝cosα，sα＝sinα，cβ＝cosβ，sβ＝sinβ，cγ＝cosγ，sγ＝sinγ令联立式(2)和(3)得解的结果如下：(1)cosβ'≠0则：α'＝Atan2(r23,r33)γ'＝Atan2(r12,r11)(2)β'＝±90°则：α'＝0γ'＝±Atan2(r21,r22)其中，Atan2(y,x)表示双变量反正切函数，x和y的符号确定角度所在的象限，上式解出的[a',β',γ']T即为实际中骨外固定器绕X、Y、Z轴的旋转量。从测量的框架参数中得到参照环相对于参照骨的位姿矩阵，用表示，得到移动环相对于参照骨的位姿矩阵：将以移动环中心、移动骨段所述对应点为原点建立的局部坐标系{P}、{V}拟合到全局坐标系得到移动环相对于移动骨的位姿矩阵:式中，表示移动骨相对于参照骨的位姿矩阵，由变量[xyzα',β',γ']构成，其中[xyz]和[α',β',γ']分别表示所述对应点相对于“起始点”在三个方向上的位移偏移量以及在三个方向的旋转角度。结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于包括：利用直角坐标路径控制法对移动骨进行直线轨迹规划：对轨迹的规划包括位置和姿态两个部分，所述对应点坐标系沿直线路径在治疗周期T内由初始位姿点P0运动到最终位姿点PT，两个位姿点之间的每一个节点用齐次变换矩阵表示：所述对应点从P0移动到PT坐标的姿态由R0转到RT，此时所述对应点与“起始点”重合既畸形骨愈合，令λ(t)为时刻t还要进行剩余运动所需时间，对于匀速运动有：其中，T是该段轨迹所需时间(治疗周期)，t是由这段轨迹起点算起的时间，则移动骨的坐标系在t时刻的位置和姿态分别用下面的两式表达：p(t)＝pT-λ(t)(pT-p0)(8)R(t)＝RTRot[n,-θλ(t)](9)其中，Rot(n,θ)是移动骨坐标姿态由R0转为RT而绕转轴n转θ角的旋转。为利用式(8)和(9)计算出移动骨在移动过程中每一天的位姿点，需要将移动骨相对于参照骨在X-Y-Z轴方向的旋转等效为绕K转θ角的旋转：K＝kxi+kyj+kzκ其中，K表示过坐标原点的矢量，则绕K转θ角的旋转矩阵R(K,θ)表示为：式中，sθ＝sinθ，cθ＝cosθ，versθ＝(1-cosθ)令其中，R从移动骨相对于参照骨的位姿矩阵中导出，联系式(10)-(11)于是有：结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述优化模块具体用于包括：利用第二步求出的等效转轴与等效转角并联立式(8)-(9)推导出移动环在移动过程中相对于参照骨每一天的位姿：其中，W由每天的位置矩阵p(t)和姿态矩阵R(K,λ(t)θ)构成，在得到每一天的位姿矩阵后进行位姿反解即可得到处方，至此根据直线运动轨迹逆向求解处方的过程全部完成。结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述优化模块具体用于：对多个所述处方参数进行二进制编码，获得多个编码后的处方参数；对所述多个编码后的处方参数组成的群体进行初始化；计算所述群体内所有所述编码后的处方参数的个体适应度，获取满足预设条件的编码后的处方参数：对所述满足预设条件的编码后的处方参数进行交叉、变异，得到子代群体；设定迭代次数，对所述子代群体进行基因解码得到优化后的处方参数。结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述优化模块具体用于：根据所述优化指标计算样本{N}内所有编码后的处方参数的适应度，为此构造如下的适应度函数：Fi＝c-fi其中，c为常数在此取c＝100，Fi表示每个个体的适应度值，fi为每个编码后的处方参数的指标值，则每个个体被选中的概率表示为：为模拟自然界优胜劣汰的自然法则，我们采用轮盘赌的方法对编码后的处方参数个体进行筛选直到得到N个满足预设条件的编码后的处方参数。结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述优化模块具体用于：将所述满足预设条件的编码后的处方参数进行随机配对；根据设定的交叉概率Pc和变异率pm进行“染色体”(二进制序列数)重组得到交叉变异后的个体基因序列；过滤重复以及异常的个体基因序列，得到子代群体。结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述优化模块具体用于：设置迭代次数；对子代群体所包含的编码后的处方参数进行解码并计算适应度值；保留适应度值满足预设条件的编码后的处方参数作为新的子代群体，执行所述将所述满足预设条件的编码后的处方参数进行随机配对的步骤；直至完成所述迭代次数。第二方面，提供一种并联型骨外固定器，所述并联骨外固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联型骨外固定器，所述并联骨外固定器包括多个驱动杆，其特征在于，所述并联型骨外固定器包括：获取模块，用于获取移动骨段上的对应点；处理模块，用于根据所述移动骨段上所述对应点的运动轨迹，获取处方参数；优化模块，用于根据最优指标，对所述处方参数进行优化，获取优化后的处方参数；调节模块，用于根据所述优化后的处方参数，调整所述多个驱动杆的长度；其中所述最优指标包括所述处方参数的适应度最高；所述处方参数用于调节所述驱动杆的长度。

【技术特征摘要】
1.一种并联型骨外固定器，所述并联骨外固定器包括多个驱动杆，其特征在于，所述并联型骨外固定器包括：获取模块，用于获取移动骨段上的对应点；处理模块，用于根据所述移动骨段上所述对应点的运动轨迹，获取处方参数；优化模块，用于根据最优指标，对所述处方参数进行优化，获取优化后的处方参数；调节模块，用于根据所述优化后的处方参数，调整所述多个驱动杆的长度；其中所述最优指标包括所述处方参数的适应度最高；所述处方参数用于调节所述驱动杆的长度。2.根据权利要求1所述的并联型骨外固定器，其特征在于，所述获取模块具体用于：从影像资料所包括的原始参数中，获取医生在X光片中标记的对应点。3.根据权利要求2所述的并联型骨外固定器，其特征在于，所述处理模块具体用于：建立所述并联型骨外固定器执行机构对应的数学模型；所述数学模型用于描述所述移动骨在三维空间的位置信息以及运动信息；通过直角坐标路径控制法对所述移动骨段进行直线轨迹规划，获取所述移动骨段的位置姿态参数；根据所述移动骨段的位置姿态参数，获取所述多个驱动杆的长度参数。4.根据权利要求3所述的并联型骨外固定器，其特征在于，所述处理模块具体用于：以参考环中心为原点建立局部坐标系{B}，以移动环中心为原点建立局部坐标系{P},以参照骨段的“起始点”为原点建立全局坐标系{U}；读取并联型骨外固定器六根驱动杆杆长的初始值：L1、L2、L3、L4、L5、L6，利用位姿正解算法计算出动平台(移动环)相对于静平台(参照环)的初始位姿，用位姿矩阵表示：式中，表示动平台坐标{P}相对于静平台坐标{B}的姿态转换矩阵，3P4表示{P}坐标原点相对于{B}坐标系的位置；测得正位图像、侧位图像的角度均为多个轴向的合成角，其中，设绕固定轴X-Y-Z的转角为α'、β'和γ'，从测量的畸形参数中得到：式中，cα＝cosα，sα＝sinα，cβ＝cosβ，sβ＝sinβ，cγ＝cosγ，sγ＝sinγ令联立式(2)和(3)得解的结果如下：(1)cosβ'≠0则：α'＝Atan2(r23,r33)γ'＝Atan2(r12,r11)(2)β'＝±90°则：α'＝0γ'＝±Atan2(r21,r22)其中，Atan2(y,x)表示双变量反正切函数，x和y的符号确定角度所在的象限，上式解出的[a',β',γ']T即为实际中骨外固定器绕X、Y、Z轴的旋转量。从测量的框架参数中得到参照环相对于参照骨的位姿矩阵，用表示，得到移动环相对于参照骨的位姿矩阵：将以移动环中心、移动骨段所述对应点为原点建立的局部坐标系{P}、{V}拟合到全局坐标系得到移动环相对于移动骨的位姿矩阵:式中，表示移动骨相对于参照骨的位姿矩阵，由变量[xyzα',β',γ']构成，其中[xyz]和[α',β',γ']分别表示所述对应点相对于“起始点”在三个方向上的位移偏移量以及在三个方向的旋转角度。5.根据权利要求4所述的并联型骨外固定器，其特征在于，所述处理模块具体用于包括：利用直角坐标路径控制法对移动骨进行直线轨迹规划：对轨迹的规划包括位置和姿态两个部分，所述对应点坐标系沿直线路径在治疗周期T内由初始位姿点P0运动到最终位姿点PT...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国印，陈建文，孙昊，郭悦，周长林，林盛欣，董鑫宇，
申请(专利权)人：超微上海骨科医院管理股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31