[发明专利]基于六轴并联骨外固定装置的骨载荷检测方法

权利要求书

1.基于六轴并联骨外固定装置的骨载荷检测方法,其特征在于包括以下步骤：

步骤一、改装六轴并联骨外固定装置：

(1)准备六轴并联骨外固定装置的组成部件，包括近端固定环、远端固定环以及待连接在所述的近端固定环和远端固定环之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链和第六支链，每条支链由支链上端的第一虎克铰链、支链中部的驱动丝杠和支链下端第二虎克铰链构成；

(2)将六轴并联骨外固定装置的六条支链加装拉压力传感器，方法为：将所述的第一支链至第六支链的第一虎克铰链和驱动丝杠拆分，在二者之间同轴固定一个轴向力传感器；

(3)将六个力传感器分别通过信号线缆与一个传感信号变送设备连接；

(4)将加装力传感器后的第一支链至第六支链的两端分别与近端固定环和远端固定环连接；

步骤二、识别骨外固定装置与骨折骨块的空间位置：

(1)在所述的近端固定环的内圈连接孔上沿圆周方向均匀间隔安装第一标记物、第二标记物和第三标记物，在远端固定环的内圈连接孔上沿圆周方向均匀间隔安装第四标记物、第五标记物以及第六标记物；所述的第一标记物至第六标记物具有相同的结构，分别包括一个标记球体和连接销轴；每一个所述标记物通过连接销轴下端的轴体插入近端固定环或远端固定环的内圈连接孔形成固定连接；所述的标记球体使用金属材料，所述连接销轴使用塑料材料加工；

(2)使用医学CT影像设备对患者骨折部位及六轴并联骨外固定装置进行扫描，并经过三维重建和处理后得到包括骨折近端三维实体、骨折远端三维实体、第一三维球体、第二三维球体、第三三维球体、第四三维球体、第五三维球体和第六三维球体的三维图像，并存储于计算机系统中；

(3)操作者观察计算机系统中的三维图像，并在计算机系统的软件界面中手工指定骨干的轴线，然后将标记物拆除；

步骤三、计算骨折部位承担的载荷：

(1)检测肢体轴向载荷，患者采取站立姿势，使用患肢底部布置的电子称量设备检测肢体轴向压力F_lb，操作者将所述的轴向压力F_lb输入计算机系统；通过六个力传感器分别检测站立姿势六轴并联骨外固定装置各支链的轴向力f_ve,i,(i＝1～6)，六个力传感器然后将站立姿势下各个支链的轴向力信号通过传感信号变送器传输至计算机系统，根据公式(1-1)计算六轴并联骨外固定装置承担的站立姿势支架力螺旋：

式(1-1)中f_ve和τ_ve分别表示站立姿势支架力螺旋的线性力分量和力偶分量；计算机系统将所述的站立姿势支架力螺旋的线性力分量f_ve沿骨干轴线的方向分解，得到站立姿势支架轴向力F_f,ve；然后采用公式(1-2)计算得到骨折部位承担的轴向载荷F_b,ve：

F_b,ve＝F_lb-F_f,ve (1-2)，

(2)检测肢体侧向载荷，步骤为：患者采取骨折肢体前伸的坐姿，使用布置在骨折肢体足底的电子称量设备检测肢体侧向弯曲力F_bd，同时使用尺测量肢体从臀部与座椅支撑点至足底与电子称量设备支撑点之间的总长度d_lb、以及从骨折断端至足底与电子称量设备支撑点之间的骨折断端悬距d_fr，操作者将F_bd、d_lb以及d_fr数据输入至计算机系统；通过六个力传感器分别检测六轴并联骨外固定装置各支链的轴向力f_st,i,(i＝1～6)，六个力传感器然后将肢体前伸坐姿下各个支链的轴向力信号通过传感信号变送器传输至计算机系统，根据公式(1-3)计算六轴并联骨外固定装置承担的肢体前伸坐姿支架力螺旋：

式(1-3)中f_st和τ_st分别表示肢体前伸坐姿支架力螺旋的线性力分量和力偶分量；计算机系统将所述的肢体前伸坐姿支架力螺旋的力偶分量τ_st沿垂直于骨干轴线的方向分解，得到肢体前伸坐姿支架弯矩M_f,st；然后使用以下表达式求解肢体前伸坐姿肢体弯矩M_lb：

M_lb＝(G-F_bd)(d_lb-d_fr) (1-4)，

其中，G为患者骨折部位全下肢的重量，由计算机系统依据患者的体格因素查询知识库得到，F_bd、d_lb和d_fr分别为本步骤测量得到的肢体侧向弯曲力、肢体总长度和骨折断端悬距；使用公式(1-5)计算得到骨折部位承担的侧向弯矩M_b,st：

M_b,st＝M_lb-M_f,st (1-5)。