[实用新型]一种用于确定人体下肢轴线的测量标定架

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于确定人体下肢解剖轴线的辅助测量装置，即人体下肢轴线测量标定架，可供医院、研究单位的研究人员对人体下肢进行三维运动研究中作精确的骨骼轴线测量并定义与计算其与人体标准解剖面间的关系，本实用新型属于人体运动研究和人体膝关节置换手术领域。

背景技术

在人体运动康复研究、人体运动生物力学和膝关节置换术中，都需要精确测量人体下肢的三维运动，但由于人体骨骼形状的非规则性，以及个体之间的形状差异，要准确地确定骨骼的轴线一直是一个困难的问题。目前，在上述人体运动康复研究、人体运动生物力学和膝关节置换术研究中，普遍采用光学和电磁运动跟踪技术，对肢体各节段的三维运动进行跟踪和分析，例如，在膝关节置换术研究中，通过对关节置换前后下肢三维运动模式的比较和力学分析，可以对手术方案进行评估，并改进关节的设计和手术中装配的方式，提高手术的效果。在人体运动康复和运动生物力学中，更是以运动三维跟踪为基础，比较各种因素对人体运动功能的影响，并对其力学机制进行研究。

由于人体肢体的运动都是围绕位于人体内部的关节进行转动的，为有效地比较三维运动，通常将肢体的运动投影到人体标准解剖平面中进行描述，即通过比较肢体长骨在人体矢状面、冠状面中的运动，以及肢体长骨围绕自身长轴的旋转，分析和比较三维运动的差异。但是，上述所说的肢体长骨自身长轴、以及人体的矢状面、冠状面都难以直接精确定义和测量。同时，在所有的运动跟踪测量中，都需要把被跟踪的传感器附着在肢体上，以通过运动捕捉系统获取肢体的三维运动，但在每次安装传感器时，其相对肢体骨骼的三维空间位置都难以得到保证。因此需要一个可重复测量的运动定位基准，将不同人的个体数据、以及对同一个人在不同情况下测量(如术前与术后)得到的三维运动数据统一在一个坐标系中进行比较，这样才能得到有意义的结论。目前在实践中通常采用目测和估算的方法，使得对不同个体的测量难于进行比较，对同一个体进行多次测量的重复性也很差。因此，为提高研究的精确程度，更好地进行测量和比较，迫切需要一种能够辅助测量和定义肢体长骨解剖轴线以及它和人体标准解剖平面关系的辅助装置。

在已往的研究中，已经有学者对下肢骨骼轴线的测量进行了研究。如：吴其常等研究了人体下肢轴线X线测量的方法，(吴其常等，中国成人下肢轴线X线测量，中国矫形外科杂志1999年1月第6卷第1期)，基于X线照片来测量人体下肢轴线；黄雪梅和王成焘研究了在全膝置换中股骨力线定位精度(黄雪梅，王成焘，计算机辅助全膝置换中股骨力线定位精度的实验研究，生物医学工程学杂志，2006；23(1)：82～84)，他们利用光学定位追踪仪确定全膝置换中患者的股骨头中心，从而确定其股骨力线，在力线的定位精度分析中，采用股骨的三维重建模型进行精度的校验。在文献“股骨设计基轴线—股骨轴线在人工髓关节CAD中的一种实用描述”(姚振强，王成焘，医用生物力学，1996年第11卷第2期)中介绍了根据股骨CT片上各截面的内轮廓形心，在过CT轴的两个相互垂直的投影面内的拟合直线，确定股骨设计基轴线的方法。上述方法都是基于影像测量的，无法直接对人体进行测量。

中国专利CN1452946A公开了一种“全自动股骨基轴线确定方法”，采用CT影像估算股骨轴线；中国专利CN1488321A公开了一种“机器人全膝关节置换术的股骨定位方法”，采用旋转方法确定股骨头中心，并用股骨上的髁间窝和内、外上髁最高点来建立股骨坐标系，实现了股骨的精确定位；中国专利CN1285322C公开了一种“机器人全膝关节置换术的胫骨定位方法”，通过确定踝关节旋转轴线并根据内踝和外踝点来计算踝关节中心点，通过胫骨结节与胫骨粗隆这两个生理标志，结合踝关节中心建立胫骨坐标系，并确定胫骨与摄像机坐标系之间的旋转平移关系，实现了胫骨的精确定位。上述股骨和胫骨坐标系的建立方法比较准确，但各个关键点的测量是独立进行的，无法同时观察测量的情况，本实用新型公开的方法，可以借助辅助测量装置很直观地观察所建立的股骨或胫骨坐标系，因此使用更加方便，精确程度也更高。

另外，中国专利2451065公开了一种“股骨颈穿针导航器”，通过机械装置确定定向穿针的位置和参照物问题，能够实现三维定位；中国专利2187048公开了一种“股骨颈骨折内固定多功能导向器”；中国专利2075069公开了一种“框架式股骨颈带针定向器”，通过特定的导向，确定位置和角度。中国专利2354096公开了一种“股骨颈和粗隆间骨折穿钉定位器”，通过套体和紧定钉进行调整，实现了准确的空间方向的穿钉导引。