[发明专利]基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于外科手术中长骨的复位方法，更特别地说，是指一种基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法，属于微创外科手术技术领域。

背景技术

在长骨的复位外科手术过程中，传统的稳定内固定通常要经历一个大范围的手术，这个过程会不同程度的破坏骨折处周围的软组织，手术创伤还会加重损伤早期组织的坏死，术中的骨膜剥离或者扩髓都会破坏局部的血液循环，结果会增加骨折部位发生延迟愈合、骨不连、感染甚至发生再次骨折的风险。

对于骨干骨折，即使按AO(AO，德文arbeitsgemeindschaft furosteosynthesefragen的缩写，英语国家称为ASIF，The Association for the Studyof Internal Fixation)原则进行了“坚强固定”，但实际上却难以达到目的，某些情况下肢体不仅无法早期使用，甚至连早期功能锻炼都需要极其慎重。若骨折未获得解剖复位时，骨折块间的加压有巨大的风险，因为应力集中于接触点(而不是由宽大的断面分担)，极易引起医源性骨折。另外临床上连续加压钢板固定的骨干骨折，愈合后去除钢板，容易频繁发生再次骨折。

1999年，Palmer提出的“骨折的治疗必须着重于寻求骨折稳固和软组织完整之间的平衡，特别是对于严重粉碎的骨干骨折过分追求骨折解剖学的重建，其结果往往是既不能获得足以传导载荷的固定，又使原已损伤的组织血运遭受进一步的破坏”这一观点便概括了BO(biological osteosynthesis)的骨折治疗原则，对于骨折而言，无论是手术治疗还是非手术治疗，其最终的目标就是实现功能的重建。临床上便应用过许多体现BO理念的治疗技术，例如闭合复位时，石膏、夹板和外固定支架等各种形式的外固定，可以对骨折进行弹性固定，而保护骨折局部结构。但是由于当时技术所限，骨折无法进行解剖复位，而出现很多畸形愈合和创伤后关节炎等并发症。近些年来，随着各种影像技术的发展，微创技术得到了广泛的应用，即使在闭合的情况下，也能够进行非常精确的复位，保护了局部软组织不被破坏，促进骨折愈合。

六自由度并联机构是目前外科手术中对骨折长骨进行“捆绑”定位的机械结构件之一，用于实现对骨折长骨进行BO理念的治疗技术，参见图1所示，将六自由度并联机构安装在骨折长骨处(也称患侧长骨)，通过CT扫描设备同时对患侧长骨和健侧长骨(未骨折的长骨)进行扫描，从而获得CT扫描图像存储在PC机(安装微创外科手术医疗处理软件的计算机)中；然后通过PC机中的软件分析得到患侧长骨的复位方式，从而指导骨科医生进行手术。

发明内容

为了解决长骨在解剖复位过程中，出现畸形愈合和创伤后关节炎等并发症，本发明提出一种基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法，该方法利用CT采集的图像数据进行微创外科手术医疗处理软件中的图像重构、标记点拾取、路径规划，然后依据重构得到的虚拟图像进行复位配准，从而得到用于调节六自由度并联机构中每一支链的长度运动量。

本发明的一种基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法，该长骨虚拟与现实复位配准方法利用PC机的运算能力，以及存储在PC机中的微创外科手术医疗处理软件来实现；该微创外科手术医疗处理软件包括有三维重构单元、标记拾取单元、健侧镜像单元和路径规划单元；

三维重构单元用于将CT扫描设备获得的CT扫描图像进行三维重构得到重构后图像，所述重构后图像中包括有健侧三维图像、共融患侧远端三维图像和共融患侧近端三维图像；

标记拾取单元用于对共融患侧远端三维图像和共融患侧近端三维图像分别进行标记点拾取，从而获得近端标记点图像和远端标记点图像；

健侧镜像单元用于对健侧三维图像进行YZ平面镜像，获得患侧复位标准图像；

路径规划单元依据接收的患侧复位标准图像，并采用平面交互显示软件对近端标记点图像和远端标记点图像进行路径复位处理，获得每一支链长度调节信息，该支链长度调节信息作为每一支链的电机驱动的进程。