本發(fā)明的技術(shù)方案涉及治療骨的裝置或方法，具體地說是一種并聯(lián)型骨外固定器及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

在骨折創(chuàng)傷中，骨折閉合復(fù)位對骨外科醫(yī)生具有很大的挑戰(zhàn)性，即使是很有經(jīng)驗的外科醫(yī)生也很難使患者達到完整的閉合復(fù)位，為此，在骨折閉合復(fù)位的治療中骨外固定器得以研發(fā)。

現(xiàn)有技術(shù)中，骨外固定器有泰勒空間外固定支架，它是由兩個全環(huán)或部分環(huán)，應(yīng)用六根可伸縮的支撐桿組裝而成。其工作時，單個支撐桿桿長的變化都會使一個平臺相對另一個平臺在三維平面中產(chǎn)生位移，為此一個平臺相對于另一個平臺的位姿變化都必須通過計算機引導(dǎo)，從而才能完成臨床上多種骨折移位、骨不愈合及畸形愈合的治療。目前，在歐美國家，泰勒空間外固定支架越來越多地被應(yīng)用于四肢骨折，特別是肢體畸形的矯正中。然而，實際臨床工作中，由于肢體的解剖及生理特征、創(chuàng)傷及骨折的實際復(fù)雜特點狀態(tài)，在應(yīng)用現(xiàn)有泰勒空間外固定支架治療過程中，可能需要多次反復(fù)的復(fù)位才能獲得骨端良好的對位，并存在造成對軟組織及神經(jīng)血管二次損傷的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種并聯(lián)型骨外固定器及其應(yīng)用方法，該并聯(lián)型骨外固定器，設(shè)計為雙坐標(biāo)系，可由六個畸形參數(shù)定位框架內(nèi)任一點畸形，可準(zhǔn)確定義移動骨端畸形相對于參照系統(tǒng)的全部屬性，從而克服了現(xiàn)有泰勒空間外固定支架在實際臨床工作中，存在由于肢體的解剖及生理特征和創(chuàng)傷及骨折的實際復(fù)雜特點狀態(tài)，需要多次反復(fù)的復(fù)位才能獲得骨端良好的對位，會造成對軟組織及神經(jīng)血管二次損傷的風(fēng)險的缺陷。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種并聯(lián)型骨外固定器，包括框架部分和配套計算機軟件部分，其中框架部分由參照環(huán)、移動環(huán)和六根驅(qū)動桿構(gòu)成，參照環(huán)和移動環(huán)之間通過萬向關(guān)節(jié)器和六根驅(qū)動桿連接，連接移動環(huán)和參照環(huán)的六根驅(qū)動桿并聯(lián)排列，每根驅(qū)動桿是可伸縮的，它由萬向關(guān)節(jié)器、伸縮桿、卡環(huán)、調(diào)節(jié)螺母和帶有刻度尺的套管組成；配套計算機軟件部分的運行環(huán)境為windows,需要Internet Explorer 9.0及以上版本，該配套計算機軟件具體操作流程為：在IE瀏覽器中輸入網(wǎng)址，進入網(wǎng)絡(luò)計算平臺，在初始界面輸入病例信息及醫(yī)生測量的畸形參數(shù)、框架參數(shù)、初始六根驅(qū)動桿桿長和治療天數(shù)，點擊“開始計算”按鈕，即可得到骨折復(fù)位后六根驅(qū)動桿的最終桿長，并生成電子調(diào)節(jié)處方。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器，所述驅(qū)動桿中的萬向關(guān)節(jié)器、伸縮桿、卡環(huán)、調(diào)節(jié)螺母和帶有刻度尺的套管的連接方式是：萬向關(guān)節(jié)器的下端固定在伸縮桿的上端，伸縮桿自上而下穿過調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)部且伸縮桿的下端嵌入到帶有刻度尺的套管的長形凹槽內(nèi)，伸縮桿通過卡環(huán)與帶有刻度尺的套管鎖死，調(diào)節(jié)螺母的上端嵌套在卡環(huán)的內(nèi)部與之構(gòu)成一個整體，在調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)部下端有一個環(huán)形凹槽，帶有刻度尺的套管的上端卡進調(diào)節(jié)螺母的環(huán)形凹槽內(nèi)，調(diào)節(jié)螺母可以自由旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母帶動卡環(huán)進行伸縮桿長度的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)螺母可以實現(xiàn)六根驅(qū)動桿的自由旋轉(zhuǎn)，伸縮，進行六自由度的運動，在調(diào)節(jié)螺母上標(biāo)有逆時針方向的箭頭，逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，驅(qū)動桿桿長增加，順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，驅(qū)動桿桿長減小，驅(qū)動桿的兩端分別與萬向關(guān)節(jié)器的下端固定，萬向關(guān)節(jié)器的上端均通過六角螺母分別與參照環(huán)和移動環(huán)相連接。。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器，所述參照環(huán)的內(nèi)徑分為八種：90mm、110mm、130mm、150mm、170mm、190mm、210mm和230mm；所述移動環(huán)的內(nèi)徑與參照環(huán)的內(nèi)徑相應(yīng)也分為八種：90mm、110mm、130mm、150mm、170mm、190mm、210mm和230mm。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器，所述驅(qū)動桿為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動桿，其桿長分為五種：60～75mm、75～96mm、90～125mm、116～178mm和169～283mm，其精度精確到1mm。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器，所述萬向關(guān)節(jié)器的長度為13厘米，且長度不可調(diào)節(jié)。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器，所述的框架部分中的構(gòu)成部件和配套計算機軟件均通過公知途徑獲得。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法，具體步驟如下：

第一步，對需手術(shù)的骨折患者安裝并聯(lián)型骨外固定器：

(1.1)首先根據(jù)骨折患者的體型選擇參照環(huán)和移動環(huán)，根據(jù)選擇安裝的參照環(huán)和移動環(huán)確定相應(yīng)桿長的驅(qū)動桿；

(1.2)設(shè)計骨段畸形模型，在骨段畸形模型中將骨折段分為參照骨段和移動骨段，即醫(yī)生選取骨折參照斷裂處的近端或遠端為參照骨段，則另一端為移動骨段，參照骨段的選取要滿足兩個標(biāo)準(zhǔn)：該骨段的解剖水平要有利于拍攝標(biāo)準(zhǔn)的正側(cè)位X線片；X線片必須能包括完整的參照骨段及參照環(huán)；然后固定及安裝選定的參照環(huán)，使之與參照骨段骨干縱軸垂直，固定及安裝選定的移動環(huán)于移動骨段，使之成為兩個整體，并安裝選定的六根驅(qū)動桿，通過調(diào)整移動環(huán)的位置與姿態(tài)能夠帶動移動骨段與參照骨段間的相對運動，以使達到骨折復(fù)位；

(1.3)通過克氏針固定及安裝參照環(huán)與參照骨段骨干縱軸垂直，保證參照環(huán)的穩(wěn)定，并且在參照環(huán)正前方放置3孔的四棱立柱呈“L”形作為標(biāo)志塊，此標(biāo)志塊應(yīng)與參照骨段軸線一致，應(yīng)用克氏針固定及安裝移動環(huán)于移動骨段在患者最舒適和最有利于回避軟組織的位置，并以參照環(huán)的標(biāo)志塊為準(zhǔn)安放各個驅(qū)動桿，標(biāo)志塊右側(cè)為1號驅(qū)動桿，逆時針依次安放至6號驅(qū)動桿；

至此對需手術(shù)的骨折患者的骨段安裝好并聯(lián)型骨外固定器；

第二步，對安裝好并聯(lián)型骨外固定器的骨折患者的骨段拍攝標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片：

對安裝好并聯(lián)型骨外固定器的骨折患者的骨段所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片是依據(jù)解剖位拍攝的標(biāo)準(zhǔn)的解剖位正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)的解剖位側(cè)位X線片，在該骨段所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，保證參照環(huán)的前后重疊呈一條直線，并必須能包括完整的參照骨段及參照環(huán)；

第三步，建立并聯(lián)型骨外固定器的局部坐標(biāo)系和并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系：

所建立并聯(lián)型骨外固定器的局部坐標(biāo)系包括在并聯(lián)型骨外固定器的參照環(huán)上建立的靜平臺坐標(biāo)系{P}和在并聯(lián)型骨外固定器的移動環(huán)上建立的動平臺坐標(biāo)系{B}，兩坐標(biāo)系均符合右手定則，以參照骨段上的起始點為原點建立并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}，進一步標(biāo)定并聯(lián)型骨外固定器的參照環(huán)上六個連接點在靜平臺坐標(biāo)系{P}上的位置坐標(biāo)向量為^Pp_i和并聯(lián)型骨外固定器的移動環(huán)上六個連接點在動平臺坐標(biāo)系{B}上的位置坐標(biāo)向量為^Bb_i；

第四步，測量得到畸形參數(shù)和安裝參數(shù)，并由符號函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為由人體解剖位對應(yīng)的醫(yī)學(xué)術(shù)語：

在上述第二步拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上選取參照骨段軸線與移動骨段軸線的交點，即CORA點為起始點，起始點位于參照骨段上，而對應(yīng)點位于移動骨段上，起始點與對應(yīng)點的選擇是與骨端復(fù)位的解剖狀態(tài)一致，以參照骨段上的起始點為坐標(biāo)原點，建立全局坐標(biāo)系{O}，其符合右手定則，參照骨段的骨軸方向為Z軸，在標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上，建立XZ坐標(biāo)系，X軸水平向右為正方向；在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，建立YZ坐標(biāo)系，Y軸為水平方向，其正方向指向肢體前部，進而由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測量和臨床測量畸形參數(shù)和安裝參數(shù)的方法及人體解剖位醫(yī)學(xué)術(shù)語如下：

畸形參數(shù)包括由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測得和臨床測得的三個位移和三個成角：

內(nèi)側(cè)或外側(cè)的正位位移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿X軸方向的距離；

外翻或內(nèi)翻的正位角度：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，兩骨段軸線的夾角；

前部或后部的側(cè)位移位：標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿Y軸方向的距離；

屈曲或反張的側(cè)位角度：側(cè)位X線片片上測量，兩骨段軸線的夾角；

短縮或分離的軸向移位：在正位X線片或標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿Z軸方向的距離；

外旋或內(nèi)旋的軸向角度：臨床測量參照骨段與移動骨段矢狀面上的旋轉(zhuǎn)夾角。

框架參數(shù)包括由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測得和臨床測得的3個偏移及1個成角：

內(nèi)側(cè)或外側(cè)的參照環(huán)中心正位偏移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，參照環(huán)中心相對于起始點的偏移；

前部或后部的參照環(huán)中心側(cè)位偏移：標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，參照環(huán)中心相對于起始點的偏移；

參照環(huán)中心軸向偏移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量或標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從參照環(huán)的邊緣到起始點之間的軸向距離；

外旋或內(nèi)旋的參照環(huán)旋轉(zhuǎn)角度：臨床測量參照環(huán)的矢狀面相對于參照骨段矢狀面的旋轉(zhuǎn)角度；

第五步，求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿的桿長：

根據(jù)第四步測得的畸形參數(shù)、框架參數(shù)和初始六根驅(qū)動桿桿長，通過三維空間變換關(guān)系，將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，并求出骨折復(fù)位時移動環(huán)的最終位姿，反解得到最終確定的并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿的桿長；

第六步，由醫(yī)生給定治療天數(shù)，并聯(lián)型骨外固定器的配套計算機軟件的程序?qū)⒚扛?qū)動桿需要調(diào)節(jié)的長度平均分配到每一天，生成電子調(diào)節(jié)處方，患者按照處方中每天各驅(qū)動桿的調(diào)節(jié)刻度進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)骨折精準(zhǔn)復(fù)位。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法，所述參照骨段的選取，優(yōu)選與永久標(biāo)志相鄰的較短的骨端，該永久性標(biāo)志包括：髕骨為股骨遠端及脛骨近端提供標(biāo)志，足為脛骨遠端、踝關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)提供標(biāo)志。

上述一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法，所述進一步標(biāo)定并聯(lián)型骨外固定器的參照環(huán)上六個連接點在靜平臺坐標(biāo)系{P}上的位置坐標(biāo)向量為^Pp_i和并聯(lián)型骨外固定器的移動環(huán)上六個連接點在動平臺坐標(biāo)系{B}上的位置坐標(biāo)向量為^Bb_i的具體方法如下：

以靜平臺坐標(biāo)系{P}原點為參照環(huán)中心O_P，六根驅(qū)動桿與參照環(huán)的各連接點逆時針順次為P₁,P₂,P₃,P₄,P₅,P₆，坐標(biāo)軸Z_P垂直于參照環(huán)，X_p軸垂直于P₁、P₂的連線，并且其正方向指向P₁、P₂的連線，P₁和P₂、P₃和P₄、P₅和P₆之間夾角為θ_p，P₁和P₃、P₃和P₅之間夾角均為120°，其余各連接點對稱分布，其中動平臺坐標(biāo)系{B}原點為移動環(huán)中心O_b，六根驅(qū)動桿與移動環(huán)的各連接點逆時針順次為B₁,B₂,B₃,B₄,B₅,B₆，坐標(biāo)軸Z_b垂直于移動環(huán)，X_b軸垂直于B₁、B₂連線，并且其正方向指向B₁、B₂連線，B₁和B₆、B₂和B₃、B₄和B₅之間角度定義為θ_b，B₁和B₃、B₃和B₅之間夾角都為120°，其余各連接點對稱分布，連接P₁和B₁的驅(qū)動桿為1號驅(qū)動桿，逆時針順次至6號驅(qū)動桿，參照環(huán)和移動環(huán)上各連接點的位置坐標(biāo)向量分別為：

^Pp_i＝[r_pcos(λ_i) r_psin(λ_i) 0 1]^T (1)，

^Bb_i＝[r_bcos(Λ_i) r_bsin(Λ_i) 0 1]^T (2)，

其中，i＝1,2,…,6，r_p和r_b分別為參照環(huán)和移動環(huán)外接圓的半徑；

P_i和X_p軸的夾角為λ_i，B_i和X_b軸的夾角為Λ_i，i＝1,2,…,6；

上述一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法，所述根據(jù)第四步測得的畸形參數(shù)、框架參數(shù)和初始六根驅(qū)動桿桿長，通過三維空間變換關(guān)系，將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合為并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，并求出骨折復(fù)位時移動環(huán)的最終位姿，反解得到最終確定的并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿的桿長，其具體步驟如下：

(1)引入三維空間旋轉(zhuǎn)矩陣，建立移動骨段與參照骨段之間的姿態(tài)角度變換關(guān)系：

設(shè)移動骨段軸線沿X軸轉(zhuǎn)動的角度為α₁，沿Y軸轉(zhuǎn)動的角度為β₁，沿Z軸轉(zhuǎn)動的角度為γ₁，則移動環(huán)相對參照環(huán)繞各軸轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)變換矩陣為：

其中，cα₁＝cosα₁，sα₁＝sinα₁，cβ₁＝cosβ₁，sβ₁＝sinβ₁，cγ₁＝cosγ₁，sγ₁＝sinγ₁。因此，移動骨段相對于參照骨段的齊次坐標(biāo)變換矩陣為：

又根據(jù)位移變換：移動骨段上的對應(yīng)點沿X軸的位移量為x₁，沿Y軸的位移量為y₁，沿Z軸的位移量為z₁，則空間位移變換矩陣為：

因此，得到移動骨段相對于參照骨段的位姿旋轉(zhuǎn)矩陣為：

(2)將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，并求出骨折復(fù)位時移動環(huán)的最終位姿：

已知六根驅(qū)動桿的桿長，通過正解可求得移動環(huán)的位置姿態(tài)角度，以下為并聯(lián)型骨外固定器位姿正解過程：

定義并聯(lián)型骨外固定器移動環(huán)的位姿及六根驅(qū)動桿的桿長向量分別為：

X＝[x y z α β γ]^T (9)，

L＝[l₁ l₂ l₃ l₄ l₅ l₆]^T (10)，

其中，[x y z]^T為移動環(huán)的位置向量，[α β γ]^T為移動環(huán)位置向量，l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆分別為1—6號驅(qū)動桿的桿長；

對于并聯(lián)型骨外固定器移動環(huán)初始位姿的求解問題可以視為求解非線性方程問題，并聯(lián)型骨外固定器的位姿方程組為：

F(X,L)＝0 (11)，

F(X,L)＝(F₁(X,l₁)),F₂(X,l₂)),...F₆(X,l₆))^T (12)，

即已知初值(X₀,L₀)，求當(dāng)桿長為L_n時，滿足F精度要求下的動平臺位姿X'；

將移動環(huán)的位姿方程對參數(shù)L求導(dǎo)，得到微分方程初值問題：

即

設(shè)桿長由L₀均勻變化到L_n，運動過程表示為：

L_N＝L₀+t(L_n-L₀) t＝0,1,2...n (15)，

式(15)中的t為步長，

從初值(X₀,L₀)開始，給t以增量Δt，用歐拉法預(yù)估出近似點(X₁,L'_N)，即移動環(huán)的一個近似位姿X₁：

式(16)中的實際為雅可比矩陣的逆矩陣：

式(17)中的

即最終的迭代式為：

X₁＝X₀+J^-1(L_n-L₀)Δt (19)，

此時通過牛頓迭代求得更精準(zhǔn)的移動環(huán)位姿，其中F代表實際六根驅(qū)動桿與理論上六根驅(qū)動桿的差值，當(dāng)F＝0時的X值即為此時六根驅(qū)動桿所對應(yīng)的移動環(huán)位姿，按式(19)進行數(shù)次迭代之后，便可得到精確點(X′,L′_N)，

牛頓迭代的終止判別依據(jù)可取為

||F(X',L'_N)||＜ε (20)，

式(20)中的ε為一個很小的實數(shù)，其控制精度為10^-4，迭代初值X₀為：

X₀＝[x₂ y₂ z₂ -13-(l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆)/6 0 0 0] (21)，

式中，x₂、y₂、z₂分別為參照環(huán)中心點沿X、Y、Z軸的偏移量。

式(20)轉(zhuǎn)換成最小二乘問題為:

此時，式(22)的最小值對應(yīng)的X'＝[x₃ y₃ z₃ α₃ β₃ γ₃]^T即為移動環(huán)的最終位姿；

(3)求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿的桿長：

已知移動環(huán)的位置姿態(tài)角度，通過反解可求得六根驅(qū)動桿的桿長，以下為并聯(lián)型骨外固定器位姿反解過程：

采用與上述步驟(1)同樣的三維空間變換過程將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合為并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)換到參照骨段坐標(biāo)系，最終得到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}下移動環(huán)的最終位姿為：^ob_i，參照環(huán)在并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}下的最終位姿即初始位姿為：^op_i。通過反解求得六根驅(qū)動桿最終桿長的向量為：

^ol_i＝^op_i-^ob_i (24)，

求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿的桿長為：

S_i＝|^ol_i| (25)，

其中，i＝1，2，……6。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的突出的實質(zhì)性特點和顯著進步如下：

(1)本發(fā)明的并聯(lián)型骨外固定器，設(shè)計為雙坐標(biāo)系，可由六個畸形參數(shù)定位框架內(nèi)任一點畸形，可準(zhǔn)確定義移動骨端畸形相對于參照系統(tǒng)的全部屬性，并且其框架的調(diào)節(jié)是通過配套的計算機軟件進行大量的數(shù)學(xué)矩陣運算來完成的，這擺脫了傳統(tǒng)意義上在單一坐標(biāo)系內(nèi)進行骨折復(fù)位，依賴醫(yī)生臨床經(jīng)驗的局限性，將Ilizarov原理中在二維平面內(nèi)的運動擴展為三維空間中的任意運動，根據(jù)參照環(huán)和移動環(huán)分別定義兩個局部坐標(biāo)系，參照骨段的坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)系，移動環(huán)帶動移動骨段進行復(fù)位運動，療程結(jié)束時，將兩個局部坐標(biāo)系擬合到全局坐標(biāo)系中，從而完成骨折的精確復(fù)位，調(diào)整精度高，從而克服了現(xiàn)有泰勒空間外固定支架在實際臨床工作中，由于肢體的解剖及生理特征、創(chuàng)傷及骨折的實際復(fù)雜特點狀態(tài)，可能需要多次反復(fù)的復(fù)位才能獲得骨端良好的對位，并且存在造成對軟組織及神經(jīng)血管二次損傷的風(fēng)險的缺陷。

(2)本發(fā)明的并聯(lián)型骨外固定器與計算機技術(shù)相結(jié)合，與現(xiàn)有的骨外固定器相比較，可以明顯降低調(diào)整框架結(jié)構(gòu)及二次手術(shù)的次數(shù)?，F(xiàn)有的Ilizarov骨外固定器，在治療過程中經(jīng)常會出現(xiàn)因關(guān)節(jié)軸位置移動或調(diào)節(jié)范圍擴大等因素需拆裝框架，進行分步調(diào)整，甚至必須在手術(shù)麻醉下才能實行骨外固定器框架的拆裝調(diào)整。而本發(fā)明的并聯(lián)型骨外固定器可通過計算機分次計算處方及調(diào)節(jié)完成骨折治療，無需調(diào)整框架結(jié)構(gòu)。

(3)由于本發(fā)明的并聯(lián)型骨外固定器優(yōu)秀的框架設(shè)計，減少了手術(shù)次數(shù)，減輕了患者手術(shù)痛苦、縮短了骨愈合時間，同時降低了患者經(jīng)濟負擔(dān)，提高了醫(yī)生的工作效率。

(4)本發(fā)明的并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用過程中具有很好的可控性，治療過程中，醫(yī)生通過對患者骨折復(fù)位區(qū)域多次拍攝X線片的方式進行定期檢查，以了解患者骨折復(fù)位情況，由此測量計算調(diào)整處方，并與前期處方相核對，可了解患者骨折復(fù)位程度有無過高風(fēng)險并及時處理，醫(yī)生通過分析風(fēng)險結(jié)構(gòu)，根據(jù)患者的實際情況分次進行骨折復(fù)位的調(diào)整，每次給定期望的治療天數(shù)，從而獲得理想的骨折復(fù)位牽伸速率，對風(fēng)險結(jié)構(gòu)有良好的可控性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的框架部分的數(shù)學(xué)模型示意圖。

圖2為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的驅(qū)動桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器中的參照環(huán)連接點角度定義的示意圖。

圖3b為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器中的移動環(huán)連接點角度定義的示意圖。

圖4為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法中的骨段畸形模型示意圖。

圖5a為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片圖像上的畸形參數(shù)示意圖。

圖5b為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片圖像上的畸形參數(shù)示意圖。

圖5c為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的軸位像成角的畸形參數(shù)示意圖。

圖6a為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片圖像上的框架參數(shù)示意圖。

圖6b為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片圖像上的框架參數(shù)示意圖。

圖6c為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的軸位像成角的框架成角參數(shù)示意圖。

圖7為本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的應(yīng)用方法中配套計算機軟件流程圖。

圖中，1-1.參照環(huán)、1-2.移動環(huán)、1-3.驅(qū)動桿、2-1.萬向關(guān)節(jié)器、2-2.伸縮桿、2-3.卡環(huán)、2-4.調(diào)節(jié)螺母、2-5.套管、4-1.參照骨段、4-2.移動骨段、4-3.起始點、4-4.對應(yīng)點、5a-1.正位位移、5a-2.正位角度、5-3軸向位移、5b-1.側(cè)位位移、5b-1.側(cè)位角度、5-3.軸向位移、5c-1.軸向角度、6a-1.參照環(huán)中心正位偏移、6b-1.參照環(huán)中心側(cè)位偏移、6-2.參照環(huán)中心軸向偏移、6c-1.參照環(huán)旋轉(zhuǎn)角度、6c-2.四棱立柱。

具體實施方式

圖1所示實施例表明，本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的框架部分由參照環(huán)1-1、移動環(huán)1-3和六根可伸縮的驅(qū)動桿1-2構(gòu)成。參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3的數(shù)學(xué)模型均為六邊形，參照環(huán)1-1和六根驅(qū)動桿1-2的各連接點逆時針順次為P₁,P₂,P₃,P₄,P₅,P₆，移動環(huán)1-3和六根驅(qū)動桿1-2的各連接點逆時針順次為B₁,B₂,B₃,B₄,B₅,B₆。

圖2所示實施例表明，本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器的驅(qū)動桿1-2結(jié)構(gòu)示意圖，六根驅(qū)動桿1-2均由萬向關(guān)節(jié)器2-1、伸縮桿2-2、卡環(huán)2-3、調(diào)節(jié)螺母2-4和帶有刻度尺的套管2-5組成。萬向關(guān)節(jié)器2-1的下端固定在伸縮桿2-2的上端，伸縮桿2-2自上而下穿過調(diào)節(jié)螺母2-4的內(nèi)部且伸縮桿2-2的下端嵌入到帶有刻度尺的套管2-5的長形凹槽內(nèi)，伸縮桿2-2通過卡環(huán)2-3與套管2-5鎖死，調(diào)節(jié)螺母2-4的上端嵌套在卡環(huán)2-3的內(nèi)部與之構(gòu)成一個整體，在調(diào)節(jié)螺母2-4的內(nèi)部下端有一個環(huán)形凹槽，套管2-5的上端卡進調(diào)節(jié)螺母2-4的環(huán)形凹槽內(nèi)，調(diào)節(jié)螺母2-4可以自由旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2-4帶動卡環(huán)2-3進行伸縮桿2-2長度的調(diào)節(jié)。

圖3(a)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器中的參照環(huán)連接點角度定義的示意圖，在參照環(huán)1-1平面上建立靜平臺右手坐標(biāo)系{P}，X_p軸垂直于P₁、P₂的連線，并且其正方向指向P₁、P₂的連線。P₁和P₂、P₃和P₄、P₅和P₆之間夾角為θ_p，P₁和P₃、P₃和P₅之間夾角均為120°，各連接點對稱分布。參照環(huán)外接圓半徑用r_p表示。圖3(b)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器中的移動環(huán)連接點角度定義的示意圖，在移動環(huán)1-3平面上建立動平臺右手坐標(biāo)系{B}，X_b軸垂直于B₁、B₂連線，并且其正方向指向B₁、B₂連線。B₁和B₆、B₂和B₃、B₄和B₅、之間角度定義為θ_b，B₁和B₃、B₃和B₅之間夾角都為120°,各連接點對稱分布。移動環(huán)外接圓半徑用r_b表示。

圖4顯示在本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的骨段畸形模型，該模型將骨折段分為參照骨段4-1和移動骨段4-2，醫(yī)生選取起始點4-3位于參照骨段4-1上，與骨端復(fù)位解剖狀態(tài)一致的對應(yīng)點4-4位于移動骨段4-2上。

圖5(a)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片圖像上的畸形參數(shù)，由圖示得出，在標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上，測量起始點4-3與對應(yīng)點4-4間的水平距離為正位移位5a-1；參照骨段4-1和移動骨段4-2兩骨段軸線的夾角為正位角度5a-2。從標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上沿著參照骨段4-1的骨軸中線測量起始點4-3到對應(yīng)點4-4間的軸向距離可以得到軸向位移5-3。(本圖中未顯示參照骨段4-1、移動骨段4-2、起始點4-3和對應(yīng)點4-4，可參照圖4。)

圖5(b)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片圖像上的畸形參數(shù)示意圖，由圖示得出，在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，測量起始點4-3與對應(yīng)點4-4間的水平距離為側(cè)位移位5b-1；參照骨段4-1和移動骨段4-2兩骨段軸線的夾角為側(cè)位角度5b-2。從標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上沿著參照骨段4-1的骨軸中線測量起始點4-3到對應(yīng)點4-4間的軸向距離也可以得到軸向位移5-3。(本圖中未顯示參照骨段4-1、移動骨段4-2、起始點4-3和對應(yīng)點4-4，可參照圖4。)

圖5(c)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的軸位像成角的畸形參數(shù)示意圖，醫(yī)生臨床檢查參照骨段4-1與移動骨段4-2矢狀面上的旋轉(zhuǎn)夾角，從而確定軸向角度5c-1。(本圖中未顯示參照骨段4-1和移動骨段4-2，可參照圖4。)

圖6(a)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片圖像上的框架參數(shù)，由圖示得出，在標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上，測量從起始點4-3到參照環(huán)1-1中心線的水平距離為參照環(huán)中心正位偏移6a-1。從標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量從起始點4-3到參照環(huán)1-1中心并平行于參照環(huán)軸向中心線的距離可得到參照環(huán)中心軸向偏移6-2。(本圖中未顯示參照環(huán)1-1和起始點4-3和對應(yīng)點4-4，可參照圖1和圖4。)

圖6(b)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片圖像上的框架參數(shù)示意圖，由圖示得出，在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，從測量起始點4-3到參照環(huán)1-1中心線的水平距離為參照環(huán)中心側(cè)位偏移6b-1。從標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量從起始點4-3到參照環(huán)1-1中心并平行于參照環(huán)軸向中心線的距離可得到參照環(huán)中心軸向偏移6-2。(本圖中未顯示參照環(huán)1-1和起始點4-3和對應(yīng)點4-4，可參照圖1和圖4。)

圖6(c)顯示本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用中的軸位像成角的框架成角參數(shù)，在參照環(huán)1-1正前方即參照環(huán)1-1上連接點P₁和P₂的正中間放置四棱立柱6c-2作為標(biāo)志塊。臨床上測量參照環(huán)1-1矢狀面相對于參照骨段4-1矢狀面的旋轉(zhuǎn)角度為參照環(huán)旋轉(zhuǎn)角度6c-1。(本圖中未顯示參照環(huán)1-1和參照骨段4-1，可參照圖1和圖4。)

圖7所示實施例表明，本發(fā)明一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法中配套計算機軟件流程的具體步驟為：S1：啟動計算機軟件；輸入測量的畸形參數(shù)、框架參數(shù)、初始六根驅(qū)動桿桿長及治療天數(shù)；S2：開始計算，若“否”，按鈕則繼續(xù)停留在參數(shù)輸入界面；若“是”點擊“開始計算”按鈕，則進入下一步；S3：由初始六根驅(qū)動桿桿長正解得到移動環(huán)初始位姿；S4：將局部坐標(biāo)系{P}和{B}通過三維空間變換擬合到全局坐標(biāo)系{O}；S5：得到移動環(huán)最終位姿；S6：反解得六根驅(qū)動桿桿長；S7：根據(jù)給定的治療天數(shù)生成電子調(diào)節(jié)處方；S8：結(jié)束。

實施例1

本實施例的一種并聯(lián)型骨外固定器包括框架部分和配套計算機軟件部分。

該一種并聯(lián)型骨外固定器的框架部分由參照環(huán)1-1、移動環(huán)1-3和六根驅(qū)動桿1-2構(gòu)成，參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3之間通過萬向關(guān)節(jié)器2-1和六根驅(qū)動桿1-2連接，連接移動環(huán)1-3和參照環(huán)1-1的六根驅(qū)動桿1-2并聯(lián)排列，框架部分的數(shù)學(xué)模型如圖1所示實施例。參照環(huán)1-1的內(nèi)徑分為八種：90mm、110mm、130mm、150mm、170mm、190mm、210mm和230mm；移動環(huán)1-3的內(nèi)徑與參照環(huán)1-1的內(nèi)徑相應(yīng)也分為八種：90mm、110mm、130mm、150mm、170mm、190mm、210mm和230mm。驅(qū)動桿1-2的結(jié)構(gòu)如圖2所示實施例，每根驅(qū)動桿1-2是可伸縮的，它由萬向關(guān)節(jié)器2-1、伸縮桿2-2、卡環(huán)2-3、調(diào)節(jié)螺母2-4和帶有刻度尺的套管2-5組成，驅(qū)動桿1-2為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動桿，其桿長分為五種：60～75mm、75～96mm、90～125mm、116～178mm和169～283mm，其精度精確到1mm，萬向關(guān)節(jié)器2-1的長度為13厘米，且長度不可調(diào)節(jié)；驅(qū)動桿1-2中的萬向關(guān)節(jié)器2-1、伸縮桿2-2、卡環(huán)2-3、調(diào)節(jié)螺母2-4和帶有刻度尺的套管2-5的連接方式是：萬向關(guān)節(jié)器2-1的下端固定在伸縮桿2-2的上端，伸縮桿2-2自上而下穿過調(diào)節(jié)螺母2-4的內(nèi)部且伸縮桿2-2的下端嵌入到帶有刻度尺的套管2-5的長形凹槽內(nèi)，伸縮桿2-2通過卡環(huán)2-3與帶有刻度尺的套管2-5鎖死，調(diào)節(jié)螺母2-4的上端嵌套在卡環(huán)2-3的內(nèi)部與之構(gòu)成一個整體，在調(diào)節(jié)螺母2-4的內(nèi)部下端有一個環(huán)形凹槽，帶有刻度尺的套管2-5的上端卡進調(diào)節(jié)螺母2-4的環(huán)形凹槽內(nèi)，調(diào)節(jié)螺母2-4可以自由旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2-4帶動卡環(huán)2-3進行伸縮桿2-2長度的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)螺母2-4可以實現(xiàn)六根驅(qū)動桿1-2的自由旋轉(zhuǎn)，伸縮，進行六自由度的運動，在調(diào)節(jié)螺母2-4上標(biāo)有逆時針方向的箭頭，逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2-4，驅(qū)動桿1-2桿長增加，順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2-4，驅(qū)動桿1-2桿長減小，驅(qū)動桿1-2的兩端分別與萬向關(guān)節(jié)器2-1的下端固定，萬向關(guān)節(jié)器2-1的上端均通過六角螺母分別與參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3相連接。

該一種并聯(lián)型骨外固定器的配套計算機軟件部分的運行環(huán)境為windows,需要Internet Explorer 9.0及以上版本，該配套計算機軟件具體操作流程為：在IE瀏覽器中輸入網(wǎng)址，進入網(wǎng)絡(luò)計算平臺，在初始界面輸入病例信息及醫(yī)生測量的畸形參數(shù)、框架參數(shù)、初始六根驅(qū)動桿桿長和治療天數(shù)，點擊“開始計算”按鈕，即可得到骨折復(fù)位后六根驅(qū)動桿的最終桿長，并生成電子調(diào)節(jié)處方。該配套計算機軟件流程如上述圖7所示實施例。

上述實施例中的框架部分中的構(gòu)成部件和配套計算機軟件均通過公知途徑獲得。

實施例2

參見圖3、圖4、圖5和圖6，本實施例提供一種并聯(lián)型骨外固定器應(yīng)用方法，它基于實施例1的一種并聯(lián)型骨外固定器實現(xiàn)，具體步驟如下：

第一步，對需手術(shù)的骨折患者安裝并聯(lián)型骨外固定器：

(1.1)首先根據(jù)骨折患者的體型選擇參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3，根據(jù)選擇安裝的參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3確定相應(yīng)桿長的驅(qū)動桿；

(1.2)設(shè)計骨段畸形模型，在骨段畸形模型中將骨折段分為參照骨段和移動骨段，即醫(yī)生選取骨折參照斷裂處的近端或遠端為參照骨段，則另一端為移動骨段，參照骨段的選取要滿足兩個標(biāo)準(zhǔn)：該骨段的解剖水平要有利于拍攝標(biāo)準(zhǔn)的正側(cè)位X線片；X線片必須能包括完整的參照骨段及參照環(huán)1-1；然后固定及安裝選定的參照環(huán)1-1，使之與參照骨段骨干縱軸垂直，固定及安裝選定的移動環(huán)1-3于移動骨段，使之成為兩個整體，并安裝選定的六根驅(qū)動桿1-2，通過調(diào)整移動環(huán)1-3的位置與姿態(tài)能夠帶動移動骨段與參照骨段間的相對運動，以使達到骨折復(fù)位；上述參照骨段的選取，優(yōu)選與永久標(biāo)志相鄰的較短的骨端，該永久性標(biāo)志包括：髕骨為股骨遠端及脛骨近端提供標(biāo)志，足為脛骨遠端、踝關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)提供標(biāo)志；

(1.3)通過克氏針固定及安裝參照環(huán)1-1與參照骨段骨干縱軸垂直，保證參照環(huán)1-1的穩(wěn)定，并且在參照環(huán)1-1正前方放置3孔的四棱立柱呈“L”形作為標(biāo)志塊，此標(biāo)志塊應(yīng)與參照骨段軸線一致，應(yīng)用克氏針固定及安裝移動環(huán)1-3于移動骨段在患者最舒適和最有利于回避軟組織的位置，并以參照環(huán)1-1的標(biāo)志塊為準(zhǔn)安放各個驅(qū)動桿1-2，標(biāo)志塊右側(cè)為1號驅(qū)動桿1-2，逆時針依次安放至6號驅(qū)動桿1-2；

至此對需手術(shù)的骨折患者的骨段安裝好并聯(lián)型骨外固定器；

第二步，對安裝好并聯(lián)型骨外固定器的骨折患者的骨段拍攝標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片：

對安裝好并聯(lián)型骨外固定器的骨折患者的骨段所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片是依據(jù)解剖位拍攝的標(biāo)準(zhǔn)的解剖位正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)的解剖位側(cè)位X線片，在該骨段所拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，保證參照環(huán)1-1的前后重疊呈一條直線，并必須能包括完整的參照骨段及參照環(huán)1-1；

第三步，建立并聯(lián)型骨外固定器的局部坐標(biāo)系和并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系：

所建立并聯(lián)型骨外固定器的局部坐標(biāo)系包括在并聯(lián)型骨外固定器的參照環(huán)1-1上建立的靜平臺坐標(biāo)系{P}和在并聯(lián)型骨外固定器的移動環(huán)1-3上建立的動平臺坐標(biāo)系{B}，兩坐標(biāo)系均符合右手定則，以參照骨段上的起始點為原點建立并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}，進一步標(biāo)定并聯(lián)型骨外固定器的參照環(huán)1-1上六個連接點在靜平臺坐標(biāo)系{P}上的位置坐標(biāo)向量為^Pp_i和并聯(lián)型骨外固定器的移動環(huán)1-3上六個連接點在動平臺坐標(biāo)系{B}上的位置坐標(biāo)向量為^Bb_i；具體方法如下：

以靜平臺坐標(biāo)系{P}原點為參照環(huán)1-1中心O_P，六根驅(qū)動桿1-2與參照環(huán)1-1的各連接點逆時針順次為P₁,P₂,P₃,P₄,P₅,P₆，坐標(biāo)軸Z_P垂直于參照環(huán)1-1，X_p軸垂直于P₁、P₂的連線，并且其正方向指向P₁、P₂的連線，P₁和P₂、P₃和P₄、P₅和P₆之間夾角為θ_p，P₁和P₃、P₃和P₅之間夾角均為120°，其余各連接點對稱分布，其中動平臺坐標(biāo)系{B}原點為移動環(huán)1-3中心O_b，六根驅(qū)動桿1-2與移動環(huán)1-3的各連接點逆時針順次為B₁,B₂,B₃,B₄,B₅,B₆，坐標(biāo)軸Z_b垂直于移動環(huán)1-3，X_b軸垂直于B₁、B₂連線，并且其正方向指向B₁、B₂連線，B₁和B₆、B₂和B₃、B₄和B₅之間角度定義為θ_b，B₁和B₃、B₃和B₅之間夾角都為120°，其余各連接點對稱分布，連接P₁和B₁的驅(qū)動桿1-2為1號驅(qū)動桿1-2，逆時針順次至6號驅(qū)動桿1-2，參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3上各連接點的位置坐標(biāo)向量分別為：

^Pp_i＝[r_pcos(λ_i) r_psin(λ_i) 0 1]^T (1)，

^Bb_i＝[r_bcos(Λ_i) r_bsin(Λ_i) 0 1]^T (2)，

其中，i＝1,2,…,6，r_p和r_b分別為參照環(huán)1-1和移動環(huán)1-3外接圓的半徑；

P_i和X_p軸的夾角為λ_i，B_i和X_b軸的夾角為Λ_i，i＝1,2,…,6；

第四步，測量得到畸形參數(shù)和安裝參數(shù)，并由符號函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為由人體解剖位對應(yīng)的醫(yī)學(xué)術(shù)語：

在上述第二步拍攝的標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上選取參照骨段軸線與移動骨段軸線的交點，即CORA點為起始點，起始點位于參照骨段上，而對應(yīng)點位于移動骨段上，起始點與對應(yīng)點的選擇是與骨端復(fù)位的解剖狀態(tài)一致，以參照骨段上的起始點為坐標(biāo)原點，建立全局坐標(biāo)系{O}，其符合右手定則，參照骨段的骨軸方向為Z軸，在標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上，建立XZ坐標(biāo)系，X軸水平向右為正方向；在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上，建立YZ坐標(biāo)系，Y軸為水平方向，其正方向指向肢體前部，進而由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測量和臨床測量畸形參數(shù)和安裝參數(shù)的方法及人體解剖位醫(yī)學(xué)術(shù)語如下：

畸形參數(shù)包括由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測得和臨床測得的三個位移和三個成角：

內(nèi)側(cè)或外側(cè)的正位位移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿X軸方向的距離；

外翻或內(nèi)翻的正位角度：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，兩骨段軸線的夾角；

前部或后部的側(cè)位移位：標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿Y軸方向的距離；

屈曲或反張的側(cè)位角度：側(cè)位X線片片上測量，兩骨段軸線的夾角；

短縮或分離的軸向移位：在正位X線片或標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從起始點到對應(yīng)點沿Z軸方向的距離；

外旋或內(nèi)旋的軸向角度：臨床測量參照骨段與移動骨段矢狀面上的旋轉(zhuǎn)夾角。

框架參數(shù)包括由標(biāo)準(zhǔn)正位X線片和標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片測得和臨床測得的3個偏移及1個成角：

內(nèi)側(cè)或外側(cè)的參照環(huán)1-1中心正位偏移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量，參照環(huán)1-1中心相對于起始點的偏移；

前部或后部的參照環(huán)1-1中心側(cè)位偏移：標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，參照環(huán)1-1中心相對于起始點的偏移；

參照環(huán)1-1中心軸向偏移：標(biāo)準(zhǔn)正位X線片上測量或標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位X線片上測量，從參照環(huán)1-1的邊緣到起始點之間的軸向距離；

外旋或內(nèi)旋的參照環(huán)1-1旋轉(zhuǎn)角度：臨床測量參照環(huán)1-1的矢狀面相對于參照骨段矢狀面的旋轉(zhuǎn)角度；

第五步，求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿1-2的桿長：

根據(jù)第四步測得的畸形參數(shù)、框架參數(shù)和初始六根驅(qū)動桿1-2桿長，通過三維空間變換關(guān)系，將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，并求出骨折復(fù)位時移動環(huán)1-3的最終位姿，反解得到最終確定的并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿1-2的桿長，其具體步驟如下：

(1)引入三維空間旋轉(zhuǎn)矩陣，建立移動骨段與參照骨段之間的姿態(tài)角度變換關(guān)系：

設(shè)移動骨段軸線沿X軸轉(zhuǎn)動的角度為α₁，沿Y軸轉(zhuǎn)動的角度為β₁，沿Z軸轉(zhuǎn)動的角度為γ₁，則移動環(huán)1-3相對參照環(huán)1-1繞各軸轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)變換矩陣為：

其中，cα₁＝cosα₁，sα₁＝sinα₁，cβ₁＝cosβ₁，sβ₁＝sinβ₁，cγ₁＝cosγ₁，sγ₁＝sinγ₁。因此，移動骨段相對于參照骨段的齊次坐標(biāo)變換矩陣為：

又根據(jù)位移變換：移動骨段上的對應(yīng)點沿X軸的位移量為x₁，沿Y軸的位移量為y₁，沿Z軸的位移量為z₁，則空間位移變換矩陣為：

因此，得到移動骨段相對于參照骨段的位姿旋轉(zhuǎn)矩陣為：

(2)將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，并求出骨折復(fù)位時移動環(huán)1-3的最終位姿：

已知六根驅(qū)動桿1-2的桿長，通過正解可求得移動環(huán)1-3的位置姿態(tài)角度，以下為并聯(lián)型骨外固定器位姿正解過程：

定義并聯(lián)型骨外固定器移動環(huán)1-3的位姿及六根驅(qū)動桿1-2的桿長向量分別為：

X＝[x y z α β γ]^T (9)，

L＝[l₁ l₂ l₃ l₄ l₅ l₆]^T (10)，

其中，[x y z]^T為移動環(huán)的位置向量，[αβγ]^T為移動環(huán)位置向量，l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆分別為1—6號驅(qū)動桿的桿長；

對于并聯(lián)型骨外固定器移動環(huán)1-3初始位姿的求解問題可以視為求解非線性方程問題，并聯(lián)型骨外固定器的位姿方程組為：

F(X,L)＝0 (11)，

F(X,L)＝(F₁(X,l₁)),F₂(X,l₂)),...F₆(X,l₆))^T (12)，

即已知初值(X₀,L₀)，求當(dāng)桿長為L_n時，滿足F精度要求下的動平臺位姿X'；

將移動環(huán)1-3的位姿方程對參數(shù)L求導(dǎo)，得到微分方程初值問題：

即

設(shè)桿長由L₀均勻變化到L_n，運動過程表示為：

L_N＝L₀+t(L_n-L₀) t＝0,1,2...n (15)，

式(15)中的t為步長，

從初值(X₀,L₀)開始，給t以增量Δt，用歐拉法預(yù)估出近似點(X₁,L'_N)，即移動環(huán)1-3的一個近似位姿X₁：

式(16)中的實際為雅可比矩陣的逆矩陣：

式(17)中的

即最終的迭代式為：

X₁＝X₀+J^-1(L_n-L₀)Δt (19)，

此時通過牛頓迭代求得更精準(zhǔn)的移動環(huán)1-3位姿，其中F代表實際六根驅(qū)動桿1-2與理論上六根驅(qū)動桿1-2的差值，當(dāng)F＝0時的X值即為此時六根驅(qū)動桿1-2所對應(yīng)的移動環(huán)1-3位姿，按式(19)進行數(shù)次迭代之后，便可得到精確點(X′,L′_N)，

牛頓迭代的終止判別依據(jù)可取為

||F(X',L'_N)||＜ε (20)，

式(20)中的ε為一個很小的實數(shù)，其控制精度為10^-4，迭代初值X₀為：

X₀＝[x₂ y₂ z₂-13-(l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆)/6 0 0 0] (21)，

式中，x₂、y₂、z₂分別為參照環(huán)1-1中心點沿X、Y、Z軸的偏移量。

式(20)轉(zhuǎn)換成最小二乘問題為:

此時，式(22)的最小值對應(yīng)的X'＝[x₃ y₃ z₃ α₃ β₃ γ₃]^T即為移動環(huán)1-3的最終位姿；

(3)求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿1-2的桿長：

已知移動環(huán)1-3的位置姿態(tài)角度，通過反解可求得六根驅(qū)動桿1-2的桿長，以下為并聯(lián)型骨外固定器位姿反解過程：

采用與上述步驟(1)同樣的三維空間變換過程將并聯(lián)型骨外固定器的兩個局部坐標(biāo)系擬合為并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系，即轉(zhuǎn)換到參照骨段坐標(biāo)系，最終得到并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}下移動環(huán)1-3的最終位姿為：^ob_i，參照環(huán)1-1在并聯(lián)型骨外固定器的全局坐標(biāo)系{O}下的最終位姿即初始位姿為：^op_i。通過反解求得六根驅(qū)動桿1-2最終桿長的向量為：

^ol_i＝^op_i-^ob_i (24)，

求得并聯(lián)型骨外固定器的六根驅(qū)動桿1-2的桿長為：

S_i＝|^ol_i| (25)，

其中，i＝1，2，……6。

第六步，由醫(yī)生給定治療天數(shù)，并聯(lián)型骨外固定器的配套計算機軟件的程序?qū)⒚扛?qū)動桿1-2需要調(diào)節(jié)的長度平均分配到每一天，生成電子調(diào)節(jié)處方，患者按照處方中每天各驅(qū)動桿1-2的調(diào)節(jié)刻度進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)骨折精準(zhǔn)復(fù)位。