用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法，该系统包括光纤、光纤传感解调仪、双目相机、导向器和髓内钉，其中：光纤，用于测量所述髓内钉在插入髓腔后的形变状态，光纤的第一端插入并固定到髓内钉的中空内芯中，且光纤的第一端临近于髓内钉的远端锁定孔，光纤的第二端连接光纤传感解调仪的输入端；光纤传感器解调仪，用于获取髓内钉插入髓腔后远端锁定孔在光纤全局坐标系中的目标位姿，光纤全局坐标系是基于髓内钉近端确定的；双目相机，用于将目标位姿和导向器位姿转换到双目相机坐标系，得到髓内钉插入髓腔后远端锁定孔与导向器的相对空间定位。本发明专利技术具有无电磁干扰，鲁棒性强的优点，更加精确定位髓内针远端锁定孔位置。远端锁定孔位置。远端锁定孔位置。

【技术实现步骤摘要】
用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法。

技术介绍

[0002]现代髓内钉多为交锁髓内钉，也就是在髓内钉的两端，按照预设的多个方向拧入螺钉，使得螺钉穿过主钉上预留的钉孔形成稳定的固定结构。但髓内钉在插入髓腔后，由于和髓腔形态并不完全匹配会产生形变，导致髓内钉以不可预测的方式进行弯曲，从而很难确定主钉远端的多向交锁锁定孔位置。
[0003]当前常规的髓内钉锁定孔的定位方法，主要是利用X射线直接透视成像，或利用电磁/永磁体等方式，追踪定位髓内钉远端的多向交锁锁定孔位置。但是，基于X射线的透视导航，存在对于医护人员和患者辐射量大的问题；而现有电磁导航存在导航设备中最重要的场发生器需要直接接触患者，术前设置繁琐和需要严格消毒等缺陷。如何在提高髓内钉远端锁定成功率基础上，简化手术操作和设备设置，降低手术成本和射线辐射非常具有现实意义。
[0004]因此，现在亟需一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法。
[0006]本专利技术提供一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，包括光纤、光纤传感解调仪、双目相机、导向器和髓内钉，其中：
[0007]所述光纤，用于测量所述髓内钉在插入髓腔后的形变状态，所述光纤的第一端插入并固定到所述髓内钉的中空内芯中，且所述光纤的第一端临近于所述髓内钉的远端锁定孔，所述光纤的第二端连接所述光纤传感解调仪的输入端；
[0008]所述光纤传感器解调仪，用于获取所述髓内钉插入髓腔后的远端锁定孔在光纤全局坐标系中的目标位姿，所述光纤全局坐标系是基于所述髓内钉的近端确定的；
[0009]所述双目相机的拍摄范围内设置有第一光学标记物和第二光学标记物，用于将所述目标位姿和导向器位姿转换到双目相机坐标系，得到所述髓内钉插入髓腔后远端锁定孔与所述导向器的相对空间定位，所述第一光学标记物设置在所述髓内钉的近端处，所述第二光学标记物设置在所述导向器的表面；所述导向器位姿是通过所述双目相机对所述第二光学标记物进行跟踪得到的；
[0010]其中，所述光纤中刻有多个光栅，所述光纤和所述髓内钉处于同一中心轴上。
[0011]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，所述髓内钉的中空内芯中设置导管，所述光纤通过所述导管插入并固定到所述髓内钉的中空内芯，所述光
纤、所述髓内钉和所述导管处于同一中心轴上。
[0012]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，所述导管的近端设置有刻度尺。
[0013]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，所述导管的近端和所述髓内钉的近端通过固定连接件进行固定连接。
[0014]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，所述固定连接件上设置有松紧旋钮。
[0015]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，所述系统还包括显示器，所述双目相机和所述显示器进行通信连接。
[0016]本专利技术还提供一种基于上述任一所述用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统的空间定位方法，包括：
[0017]在髓内钉插入髓腔之前，获取所述髓内钉的远端锁定孔在光纤全局坐标系中的初始位置，所述光纤全局坐标系是基于所述髓内钉的近端确定的；
[0018]在所述髓内钉插入髓腔之后，通过光纤传感解调仪获取所述髓内钉内光纤的弯曲信息，并根据所述弯曲信息得到所述远端锁定孔的运动矩阵；
[0019]根据所述初始位置和所述运动矩阵，获取所述髓内钉插入髓腔后的远端锁定孔在所述光纤全局坐标系中的目标位姿；
[0020]基于双目相机，通过第一光学标记物和第二光学标记物，将所述目标位姿和导向器位姿转换到双目相机坐标系，得到所述髓内钉插入髓腔后远端锁定孔与导向器的相对空间定位；所述导向器位姿是通过所述双目相机对所述第二光学标记物进行跟踪得到的，所述第一光学标记物设置在所述髓内钉的近端处，所述第二光学标记物设置在所述导向器的表面。
[0021]根据本专利技术提供的一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位方法，所述在所述髓内钉插入髓腔之后，通过光纤传感解调仪获取所述髓内钉内光纤的弯曲信息，并根据所述弯曲信息得到所述远端锁定孔的运动矩阵，包括：
[0022]通过光纤传感解调仪，获取光纤中各个光栅节点的弯曲曲率和波长改变量；
[0023]根据所述波长改变量和所述弯曲曲率，得到各个光栅节点的曲率半径；
[0024]根据各个光栅节点的曲率半径和分布位置进行拟合，得到所述远端锁定孔的运动矩阵。
[0025]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述用于髓内钉远端锁定孔的空间定位方法的步骤。
[0026]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于髓内钉远端锁定孔的空间定位方法的步骤。
[0027]本专利技术提供的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统及方法，相比现有技术，具有无电磁干扰，鲁棒性强的优点，可更加精确的定位髓内针远端锁定孔位置。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0029]图1为本专利技术提供的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术提供的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位方法的流程示意图；
[0031]图3为本专利技术提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]现有髓内钉远端锁定孔的定位方案主要包括以下几种：一、X射线透视成像，该方法可直接透视观察到髓内钉远端锁定孔位置，是临床中最常见手段，但是，X射线透视成像对医患辐射量大，会造成手术流程中断，同时对医生的操作技能要求高；二、电磁/永磁体定位，该方法将电磁传感器或永磁体传感器固定在髓内钉远端锁定孔附近，不受髓内钉形变影响，通过电磁场检测电磁传感器/永磁体传感器位置，即可精确定位多向交锁锁定孔位置，然而，电磁/永磁体定位容易受到周围铁磁性材料的干扰，需要电磁兼容的髓内钉，钻头等相关配件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，包括光纤、光纤传感解调仪、双目相机、导向器和髓内钉，其中：所述光纤，用于测量所述髓内钉在插入髓腔后的形变状态，所述光纤的第一端插入并固定到所述髓内钉的中空内芯中，且所述光纤的第一端临近于所述髓内钉的远端锁定孔，所述光纤的第二端连接所述光纤传感解调仪的输入端；所述光纤传感器解调仪，用于获取所述髓内钉插入髓腔后的远端锁定孔在光纤全局坐标系中的目标位姿，所述光纤全局坐标系是基于所述髓内钉的近端确定的；所述双目相机的拍摄范围内设置有第一光学标记物和第二光学标记物，用于将所述目标位姿和导向器位姿转换到双目相机坐标系，得到所述髓内钉插入髓腔后远端锁定孔与所述导向器的相对空间定位，所述第一光学标记物设置在所述髓内钉的近端处，所述第二光学标记物设置在所述导向器的表面；所述导向器位姿是通过所述双目相机对所述第二光学标记物进行跟踪得到的；其中，所述光纤中刻有多个光栅，所述光纤和所述髓内钉处于同一中心轴上。2.根据权利要求1所述的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，所述髓内钉的中空内芯中设置导管，所述光纤通过所述导管插入并固定到所述髓内钉的中空内芯，所述光纤、所述髓内钉和所述导管处于同一中心轴上。3.根据权利要求2所述的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，所述导管的近端设置有刻度尺。4.根据权利要求2所述的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，所述导管的近端和所述髓内钉的近端通过固定连接件进行固定连接。5.根据权利要求4所述的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，所述固定连接件上设置有松紧旋钮。6.根据权利要求1所述的用于髓内钉远端锁定孔的空间定位系统，其特征在于，所述系统还包括显示器，所述双目相机和所述显示器进行通信连接。7.一种基于权利要求1至6...

【专利技术属性】
技术研发人员：马龙飞，廖洪恩，张欣然，赵喆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：