[发明专利]一种髋关节置换手术切口显露辅助专用器械及其使用方法

权利要求书

1.一种髋关节置换手术切口显露辅助专用器械，其特征在于，所述髋关节置换手术切口显露辅助专用器械包括：第一固定架、第二固定架、拉钩固定器、固定螺栓、调节器、卡扣、固定螺栓孔、压缩弹簧、底部固定环、顶部固定环、位移传感器、控制器；

第二固定架与第一固定架通过固定螺栓固定在一起；固定螺栓的尾部安装有拉钩固定器，第一固定架与第二固定架的中间安装有调节器，拉钩固定器内壁上焊接有多个卡扣，底部焊接有底部固定环，底部固定环上焊接有压缩弹簧，压缩弹簧的另一端焊接有顶部固定环，压缩弹簧的一侧焊接有位移传感器和控制器，通过导线与压缩弹簧连接；

所述髋关节置换手术切口显露辅助专用器械使用中包括：

(1)放置到需要切的髋关节下，通过调节器，调整第一固定架、第二固定架的长度直至正好容下髋关节；将髋关节切开后将拉钩挂接于拉钩固定器上；

(2)拉钩在拉钩固定器内底部固定环将中部固定，上方固定在顶部固定环，下压拉钩，带动压缩弹簧压缩，直至卡到卡扣内，有多个卡扣，实现对拉钩不同拉力的固定，对拉钩轴向定位，使拉钩稳定的固定在了髋关节处将髋臼完全显露出来；

所述弹簧拉力检测的质点模型为：对于弹簧质点模型，假设质点M_i与M_j之间用一根无质量的弹簧相连接；当质点M_i受到M_j的弹簧拉力时，根据牛顿第二定律：

其中：m为质点M_i的惯性质量；X表示质点M_i的位置矢量，X∈R³；f_ext表示质点M_i所受的外力；f_int表示质点M_i所受的内力；

所述弹簧的控制器采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中，w使粒子保持运动惯性，使其有扩展搜索空间的趋势，w较大时，粒子的运动速度较快，使粒子的搜索区域较大，并且能够使其更快的靠近全局最优粒子，w较小时，粒子的运动速度缓慢，使粒子能够在局部范围内进行精细搜索；w采取动态调整；

其中:w_max和w_min表示惯性权重最大和最小值，t表示迭代次数，Iter_max表示最大迭代次数；

所述弹簧处的位移传感器，位移传感器的检测方法为：扭转波传播到检测线圈时，在磁致伸缩逆效应作用下扭转波信号导致波导丝内部磁通发生改变，根据法拉第电磁感应定律，检测电压为：

式中：N为探测线圈匝数，S为单匝线圈面积，Φ为磁通量，B为磁感应强度，t为时间，其中，磁感应强度B是与脉冲电流产生的周向磁场和磁铁产生的轴向磁场有关，根据磁场和材料力学的相关理论，表示为：

式中：λ为与磁致角应变引起的磁场变化率；μ_r为磁致伸缩材料的相对磁导率，N为检测线圈的匝数，S为线圈截面积，R为波导丝的半径，Ф_m为轴向磁通量，ν为泊松比，H_i(R)为波导丝表面处的激励磁场，H_m轴向磁场；I_a为截面的极惯性矩，E为杨氏模量，ρ为波导丝的密度，位移传感器的输出电压由磁致伸缩波导丝的角应变引起的磁场变化率、相对磁导率、波导丝半径、长度、杨氏模量、泊松比、密度、极惯性矩，检测线圈匝数、横截面积，磁通量轴向分量，偏置磁场和激励磁场参数决定。

2.如权利要求1所述的髋关节置换手术切口显露辅助专用器械，其特征在于，所述位移传感器的输出电压模型，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势e表示为：

式中，N为探测线圈匝数，S为单匝线圈面积，φ为磁通量，B为磁感应强度，t为时间；

螺旋磁场H(r)是由激励磁场H_i(r)和偏置磁场H_m耦合产生的；波导丝半径r的位置函数，沿波导丝径向分布；螺旋磁场的方向由偏置磁场与螺旋磁场间的夹角决定，表示为：

传播过程中机械能和磁场能间的转换表示为：

式中，H_c是在磁致伸缩逆效应的作用下由波导丝中磁感应强度和机械应力的变化产生的磁场；μ_r为相对磁导率；为角应变；λ为角应变引起的磁场变化率；磁场强度H_c为零，影响磁感应强度的机械应力表示为：

波导丝的角应变可用波导丝所受的扭矩T表示：

式中，G为材料的剪切模量，G＝E/2(l+v)；E为杨氏模量，v为泊松比；I_a为截面的极惯性矩；波导丝上的扭矩为：

式中，φ_m、L和L_n分别为轴向磁通量、波导丝长度和探测线圈长度；

激励磁场H_i(R)代替激励磁场H_i(r)；

应力波通过探测线圈所用的时间为t；应力波波速为

上式为螺旋磁场作用下位移传感器的输出电压方程，根据电压信号传递的时间确定测试的位置。