[发明专利]一种移动式双平面X光系统的立体动态定位系统

说明书

一种移动式双平面X光系统的立体动态定位系统，移动式双平面X光系统包括第一X光系统和第二X光系统，立体动态定位系统包括：控制装置、配准装置、单标定装置和双标定装置，控制装置根据配准装置、单标定装置或/和双标定装置的反馈，控制第一X光系统和第二X光系统中的射线发射装置和射线接收装置进行升降、旋转、俯仰或/和位移移动，直至第一X光系统和第二X光系统之间完成空间定位。通过三级标定实现双平面X光系统的精确的空间定位，从而达到移动式双平面X光系统的精确使用。

技术领域

本发明涉及双平面X光照射技术领域，具体涉及一种移动式双平面X光立体动态定位系统。

背景技术

关节运动分析是对关节运动的定量描述，是研究关节运动的几何性质。所谓运动的几何性质，就是构成关节的骨等结构在空间的几何位置随时间而变化的规律。通过关节的运动分析能够直观、客观、量化的获得关节的运动数据，可作为判断和评估关节运动功能好坏的依据。关节运动分析在临床上有重要的意义。其作用包括研究关节的运动学和生物力学特性，检测关节的活动度和稳定性，从运动学角度对各种疾病进行辅助诊断，对康复及手术的选择提供指导，对不同的手术方式进行功能效果比较，对不同植入物，假体进行功能效果比较，对手术效果进行评估和康复追踪等。长期以来，医学、生物医学工程，以及生物力学等领域科研工作者对关节运动学和生物力学作了大量的研究。主要的研究方法有：

1.尸体研究

早期由于技术手段限制，对关节的运动和生物力学研究，无法直接在活体上获得主动运动状态下的数据，往往只能通过尸体的被动运动获得相关数据。然而，这些尸体研究并不能良好反映活体关节运动过程中的实际情况。其主要问题是这类研究存在很多前提假设和对研究问题的简化，无法真实还原在体的关节状况。例如，无法了解活体组织在体的真实活动(包含复杂的神经控制和肌肉收缩)对关节运动的影响。因此这类研究往往需要大量的验证实验来确保分析的准确性、运动趋势与实际情况相符，并且不能针对个体进行个性化分析和后续的评估。尸体研究大多也是取大型动物的大关节来研究，对于小型动物的小关节更是无法得到精确的数据。

2.运动捕捉和三维测力台

随着技术的发展，利用运动捕捉技术来获取真实运动过程中关节的转动角度和位移等运动学指标。在此类研究的基础上，配合测力台和逆向动力学模型计算推算作用于膝关节的关节力和力矩。然而，这些方法的原理是通过在皮肤上贴标记点，通过标记点的运动数据来表示骨骼的运动数据，由于皮肤相对有骨骼的运动误差会对结果造成影响，而且研究的关节越小造成的误差越大，所以此方法无法准确地揭示关节在运动过程中内部结构的变化和受力特征。这是因为运动捕捉技术原理上是基于人体皮肤表面点的位置来获取关节的运动学数据的。此外在高速、高冲击力运动中，皮肤、肌肉和其他软组织会产生很大的相对运动和变形。Leardini et.al.指出(Leardini et al.,2005)，皮肤与骨头的相对运动可达6mm，因而计算得出的角度误差可达7.0度。因此，利用运动捕捉技术和三维测力台等传统运动生物力学数据采集方法适用于宏观的揭示大型关节的运动学和动力学，对于小型关节的精细研究此方法还有所缺陷。

3.X光，MRI，CT等透视技术的应用

随着X光，MRI，CT等透视技术在医学上应用，可以清楚观察到关节的内部构造，如X光线照相技术(radiographic)(Asano et al.,2001；BanksHodge,1996；Komistek,Dennis,Mahfouz,2003；You et al.,2001)，以及核磁共振技术(Hill et al.,2000；Karrholm,Brandsson,Freeman,2000；Nakagawa et al.,2000)；等被用来探索膝关节运动过程中的内部运动学变化。然而上述这些方法也各有缺陷，如X光技术只能获取关节的二维图像，无法全面的分析关节的空间运动；CT只能获得关节的静态的模型，无法研究动态的数据。