專利名稱：一種骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器。
背景技術(shù)：
目前在骨科手術(shù)中，內(nèi)固定物的準確植入是醫(yī)療安全的重要環(huán)節(jié)。以椎弓根釘內(nèi)固定手術(shù)為例，近年來，椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)中所發(fā)生的血管神經(jīng)損傷等并發(fā)癥的發(fā)生率一直居高不下。既往所開展的椎弓根釘內(nèi)固定導(dǎo)航方式多不理想，例如，導(dǎo)向儀器可以協(xié)助限定植釘角度，但是體積較大，應(yīng)用不方便。影像導(dǎo)航是目前的主流，國內(nèi)多采用連續(xù)X線照相術(shù)及c-arm熒光透視確定植釘情況，其放射線損害較大，手術(shù)時間較長，操作過程煩瑣。也有人應(yīng)用以X線為基礎(chǔ)的計算 機導(dǎo)航，如ニ維虛擬X線透視導(dǎo)航技術(shù)和三維虛擬X線透視導(dǎo)航技術(shù)；還有人開始應(yīng)用術(shù)前CT圖像導(dǎo)航，將術(shù)前螺旋CT檢查所獲取數(shù)據(jù)輸入影像引導(dǎo)外科系統(tǒng)；術(shù)中固定患者，以棘突、橫突及關(guān)節(jié)突等為標志，在單個或多個椎體自由注冊其標志點，將椎體與圖像相匹配；在進行椎弓根釘內(nèi)固定時，金屬工具的位置就被數(shù)碼攝像儀采集并疊加至上述圖像，使術(shù)者能夠看到并及時調(diào)整其方向及位置。由于皮膚肌肉的活動、呼吸活動、患者術(shù)中體位的變動等因素皆可導(dǎo)致所注冊標志點的失真，從而使椎弓根釘?shù)姆较蚣拔恢缅e誤，損傷周圍結(jié)構(gòu)。鑒于此，產(chǎn)生了應(yīng)用術(shù)前CT圖像進行目標跟蹤的三維圖像導(dǎo)航，無須固定患者，在注冊后，應(yīng)用同步記錄儀記錄患者術(shù)中所發(fā)生的一切運動，輸入并疊加至上述圖像，排除術(shù)中諸活動因素的干擾，為術(shù)者提供較為精確圖像。另外，在影像導(dǎo)航中還有應(yīng)用術(shù)中專用的CT設(shè)備即時導(dǎo)航者，可簡化注冊、増加注冊精確度，消除術(shù)中椎體節(jié)段性運動的干擾。其缺點是需要專門配置手術(shù)室CT設(shè)備，需要特制的手術(shù)床，花費大，并存在一定的人機工程學(xué)問題。應(yīng)用三維旋轉(zhuǎn)X線圖像配合核磁共振圖像導(dǎo)航，既適于骨又適于軟組織的手術(shù)導(dǎo)航。綜上，前述影像導(dǎo)航可以隨時顯示進釘位置及方向，但是價格昂貴、難以普及推廣。電生理監(jiān)測包括術(shù)中電刺激肌電圖和體感誘發(fā)電位(SSEP)的監(jiān)測。前者應(yīng)用直接電刺激椎弓根釘誘發(fā)出相應(yīng)部位的肌電圖反應(yīng)。監(jiān)測電極植入可能被不良釘干擾的肌肉內(nèi)，逐漸增加對釘子的刺激電壓，直至出現(xiàn)肌電圖反應(yīng)。當椎弓根破裂時閾值較正常者明顯降低。但是由于對釘子刺激部位的不同，其結(jié)果相差很大。后者SSEP常用于脊髓、神經(jīng)根的手術(shù)中監(jiān)測，能夠輔助發(fā)現(xiàn)新的神經(jīng)損傷及術(shù)中生命體征的早期變化。當術(shù)中解剖結(jié)構(gòu)不清時可以協(xié)助判斷所遇到的各種組織，而用于后路脊椎關(guān)節(jié)固定術(shù)及椎弓根釘內(nèi)固定較少。由于很多因素都會影響SSEP的測量結(jié)果，故認為其評價作用有限。國外有應(yīng)用椎弓根電阻法判斷術(shù)中是否發(fā)生椎弓根皮質(zhì)破裂者，但由于電極置放位置的差異、患者神經(jīng)損害的程度、手術(shù)臺上臺下配合等情況的影響，假陰性發(fā)生率較高，有時即使釘子穿破椎弓根壁損傷了周圍組織也不會被發(fā)現(xiàn)。國內(nèi)有人應(yīng)用生物電阻抗式椎弓根導(dǎo)向儀進行術(shù)中監(jiān)測者，但是因為測試電流十分微弱，電極板必須緊貼于所測椎弓根鄰近，例如3-5cm，的肌肉上，并用手套薄膜將其隔離后用拉鉤拉緊，否則難以測出椎弓根阻抗值。上述電生理監(jiān)測方法難以隨時顯示釘尖與周圍組織的關(guān)系，因此不能進行即時導(dǎo)航。
因此，由上述可知，現(xiàn)有技術(shù)存在諸多弊端，業(yè)界急需開發(fā)ー種新型的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供ー種新型的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案ー種骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，包括激振鉆頭，用于對被術(shù)者的皮質(zhì)骨或松質(zhì)骨進行鉆動；聲信號采集系統(tǒng)，用于在所述激振鉆頭鉆動的同時收集聲信號；聲信號分析系統(tǒng)，用于對所述聲信號采集系統(tǒng)提供的聲信號進行分析處理。優(yōu)選的，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還包括傾角傳感系統(tǒng)，用于設(shè)定安全傾斜角度范圍值，當所述激振鉆頭在矢狀面和橫斷面上的傾斜角度超過該范圍值時產(chǎn)生報
自
目 I R ノ K、ο優(yōu)選的，所述聲信號分析系統(tǒng)包括皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫，根據(jù)預(yù)先收集的皮質(zhì)骨的聲信號建立；松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫，根據(jù)預(yù)先收集的松質(zhì)骨的聲信號建立；分析器，用于對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析，建立皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準。進ー步的，所述分析器采用Mel分析軟件和聲波似然度分析軟件綜合對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析。此外，所述皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫、松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫及分析器集成一體設(shè)置。優(yōu)選的，所述聲信號分析系統(tǒng)還包括鑒別器，用于根據(jù)預(yù)先建立的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準對所述聲信號采集系統(tǒng)提供的聲信號進行鑒別；聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器，用于將所述鑒別器的鑒別結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像信號并顯示；聲信號放大系統(tǒng)，用于對所述鑒別器的鑒別結(jié)果進行放大并播放。其中所述聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器還包括主機和顯示屏，用于顯示皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨的圖像以及所述激振鉆頭的傾斜角度。優(yōu)選的，所述聲信號分析系統(tǒng)還包括聲信號報警處理器，用于當所述鑒別器的鑒別結(jié)果為皮質(zhì)骨信號時產(chǎn)生報警信息。進ー步的，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還包括報警器，用于當收到所述傾角傳感系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信息時或者當收到所述聲信號報警處理器產(chǎn)生的報警信息時進行蜂鳴報警。優(yōu)選的，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還包括指示器，用于通過不同的指示標識分別指示所述激振鉆頭位于皮質(zhì)骨內(nèi)或松質(zhì)骨內(nèi)。本發(fā)明提供的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，能夠?qū)λ少|(zhì)骨、皮質(zhì)骨的聲信號進 行分析、鑒別，實現(xiàn)術(shù)中操作骨組織的即時判斷，保證手術(shù)安全。如此則可避免術(shù)中患者、醫(yī)生接受太多的射線損傷、同時可以避免影像飄逸、實現(xiàn)即時導(dǎo)航。此外，針對業(yè)界現(xiàn)有情況，本發(fā)明骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器的應(yīng)用和推廣，可以極大地降低醫(yī)療費用，減少進ロ國外導(dǎo)航系統(tǒng)的開支，取得良好的社會和經(jīng)濟效益。使用本發(fā)明可以使術(shù)者能夠隨時得知手術(shù)操作部位的組織特征，比既往的導(dǎo)航方法更加安全、并發(fā)癥發(fā)生率更低、手術(shù)療效會更好，且無放射線損害，可減輕手術(shù)副損傷。因此，本發(fā)明具有即時、簡單、低廉、易于推廣等諸多優(yōu)點。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點更為明顯。


圖I所示為根據(jù)本發(fā)明實施例提供的骨科手術(shù)實時定位導(dǎo)航儀器的框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施例提供的骨科手術(shù)實時定位導(dǎo)航儀器的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明將結(jié)合一些具體實施方式
進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。下面將通過多個實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細闡述。如圖I所示為本發(fā)明實施例提供的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器的框架結(jié)構(gòu)示意圖。所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器包括激振鉆頭110、聲信號采集系統(tǒng)120和聲信號分析系統(tǒng)130。其中，所述激振鉆頭110，用于對被術(shù)者的皮質(zhì)骨或松質(zhì)骨進行鉆動；所述聲信號采集系統(tǒng)120，用于在所述激振鉆頭110鉆動的同時收集聲信號；所述聲信號分析系統(tǒng)130，用于對所述聲信號采集系統(tǒng)120提供的聲信號進行分析處理。在一個實施例中，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還可以進ー步包括傾角傳感系統(tǒng)140，用于設(shè)定安全傾斜角度范圍值，當所述激振鉆頭110在矢狀面和橫斷面上的傾斜角度超過該范圍值時產(chǎn)生報警信息。此外，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還可以包括指示器，用于通過不同的指示標識分別指示所述激振鉆頭110位于皮質(zhì)骨內(nèi)或松質(zhì)骨內(nèi)。在另ー個實施例中，所述聲信號分析系統(tǒng)130可以包括皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫、松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫、分析器。其中，所述皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫可以是根據(jù)預(yù)先收集的皮質(zhì)骨的聲信號建立的；同樣的，所述松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫是根據(jù)預(yù)先收集的松質(zhì)骨的聲信號建立。而分析器則用于對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析，建立皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準。進ー步的，所述分析器可以采用Mel分析軟件和聲波似然度分析軟件綜合對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析，這樣可以提高安全性能。此外，所述皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫、松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫及分析器在實際應(yīng)用中可以集成一體設(shè)置，例如制成聲波分析識別芯片。在另ー個實施例中，所述聲信號分析系統(tǒng)130還可以包括鑒別器、聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器132、聲信號放大系統(tǒng)131。其中，所述鑒別器用于根據(jù)預(yù)先建立的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準對所述聲信號采集系統(tǒng)120提供的聲信號進行鑒別。所述聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器132，用于對所述鑒別器的鑒別結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像信號并顯示。所述聲信號放大系統(tǒng)131，用于對所述鑒別器的鑒別結(jié)果進行放大并播放，例如可以通過揚聲器1310進行播放。其中所述聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器132還包括主機和顯示屏，用于顯示皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨的圖像以及所述激振鉆頭的傾斜角度。進ー步的，所述聲信號分析系統(tǒng)130還包括聲信號報警處理器133，用于當所述鑒別器的鑒別結(jié)果為皮質(zhì)骨信號時產(chǎn)生報警信息。在一個實施例中，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還包括報警器150，用于當收到所述傾角傳感系統(tǒng)140產(chǎn)生的報警信息時或者當收到所述聲信號報警處理器133產(chǎn)生的報警信息時進行蜂鳴報警。下面針對聲信號分析系統(tǒng)對聲信號進行分析處理的具體過程進行詳細說明。本發(fā)明主要應(yīng)用Mel分析方法、似然度分析方法對皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析，分別說明如下(I)Mel分析方法大量研究表明，人耳對聲音的頻率分辨能力是不均勻的，對低頻部分的分辨率較高，對高頻部分的分頻率較低。人耳的這種頻率分辨特性可以用Mel頻率來描述，Mel頻率與實際頻率的變換關(guān)系為
權(quán)利要求
1.ー種骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，包括 激振鉆頭，用于對被術(shù)者的皮質(zhì)骨或松質(zhì)骨進行鉆動； 聲信號采集系統(tǒng)，用于在所述激振鉆頭鉆動的同時收集聲信號； 聲信號分析系統(tǒng)，用于對所述聲信號采集系統(tǒng)提供的聲信號進行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，還包括 傾角傳感系統(tǒng)，用于設(shè)定安全傾斜角度范圍值，當所述激振鉆頭在矢狀面和橫斷面上的傾斜角度超過該范圍值時產(chǎn)生報警信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，所述聲信號分析系統(tǒng)包括 皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫，根據(jù)預(yù)先收集的皮質(zhì)骨的聲信號建立； 松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫，根據(jù)預(yù)先收集的松質(zhì)骨的聲信號建立； 分析器，用于對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析，建立皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在干，所述分析器采用Mel分析軟件和聲波似然度分析軟件綜合對預(yù)先收集的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的聲波頻譜特征進行分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，所述皮質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫、松質(zhì)骨數(shù)據(jù)庫及分析器集成一體設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于所述聲信號分析系統(tǒng)還包括 鑒別器，用于根據(jù)預(yù)先建立的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的鑒別標準對所述聲信號采集系統(tǒng)提供的聲信號進行鑒別； 聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器，用于將所述鑒別器的鑒別結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像信號并顯示； 聲信號放大系統(tǒng)，用于對所述鑒別器的鑒別結(jié)果進行放大并播放。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于所述聲信號-圖像轉(zhuǎn)換器還包括 主機和顯示屏，用于顯示皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨的圖像以及所述激振鉆頭的傾斜角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，所述聲信號分析系統(tǒng)還包括 聲信號報警處理器，用于當所述鑒別器的鑒別結(jié)果為皮質(zhì)骨信號時產(chǎn)生報警信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，所述骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器還包括 報警器，用于當收到所述傾角傳感系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信息時或者當收到所述聲信號報警處理器產(chǎn)生的報警信息時進行蜂鳴報警。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，其特征在于，還包括 指示器，用于通過不同的指示標識分別指示所述激振鉆頭位于皮質(zhì)骨內(nèi)或松質(zhì)骨內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種骨科手術(shù)中實時定位導(dǎo)航儀器，包括激振鉆頭，用于對被術(shù)者的皮質(zhì)骨或松質(zhì)骨進行鉆動；聲信號采集系統(tǒng)，用于在所述激振鉆頭鉆動的同時收集聲信號；聲信號分析系統(tǒng)，用于對所述聲信號采集系統(tǒng)提供的聲信號進行分析處理。本發(fā)明具有即時、簡單、低廉、易于推廣等諸多優(yōu)點。
文檔編號A61B19/00GK102641155SQ20111003899
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者李建軍, 杜良杰 申請人:中國康復(fù)研究中心