[发明专利]杆状手持操作装置及其力和位置同步测量的方法

说明书

本发明涉及医疗领域，提供杆状手持操作装置及其力和位置同步测量的方法。杆状手持操作装置包括杆状件、锁紧夹头、光学跟踪器、手柄、力传感器、环抱式连接件以及光电跟踪设备，所述锁紧夹头的一端连接在所述杆状件的末端，所述光学跟踪器安装在所述锁紧夹头上，所述手柄与所述力传感器的一端连接，所述力传感器的另一端通过环抱式连接件与所述锁紧夹头的另一端连接，所述光电跟踪设备用于获得所述光学跟踪器的位置坐标。本发明能够对骨盆位置及把持力进行同步测量，从而辅助医生进行骨盆骨折复位操作，提高手术精度。

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及杆状手持操作装置及其力和位置同步测量的方法。

背景技术

骨盆骨折多见于交通事故、高处坠落、塌方、地震等自然灾害，是一种严重的高能量损伤。骨盆骨折的损伤特点是骨盆环的破裂和骨折断端的移位，因此，手术治疗的第一步也是最重要的一步就是骨折的复位。在骨折复位手术中，需要将把持针有创的植入骨盆，医生通过手持把持针对骨盆位置进行移动调整，骨盆骨折复位不仅是一个几何拼合的过程，更是一个力学过程，在复位过程中不仅存在较大的肌肉、韧带牵拉阻力，还可能会出现骨折线位置结构发生挤压、摩擦等问题，在某些运动方向产生较大阻力，影响骨折复位过程，目前临床复位操作主要依赖医生“手感”，而这种手法经验难以量化表达。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例提出一种杆状手持操作装置及其力和位置同步测量的方法，以对骨盆位置及把持力进行同步测量，从而辅助医生进行骨盆骨折复位操作，提高手术精度。

本发明实施例提供一种杆状手持操作装置，可以用于骨盆复位，其包括杆状件、锁紧夹头、光学跟踪器、手柄、力传感器、环抱式连接件以及光电跟踪设备，所述锁紧夹头的一端连接在所述杆状件的末端，所述光学跟踪器安装在所述锁紧夹头上，所述手柄与所述力传感器的一端连接，所述力传感器的另一端通过环抱式连接件与所述锁紧夹头的另一端连接，所述光电跟踪设备用于获得所述光学跟踪器的位姿。

本发明的一个实施例，所述光学跟踪器包括至少三个呈角度设置的支杆和分别设于所述支杆端部的光学球体，当然，光学球体还可以设置在除了端部的其他位置。

本发明的一个实施例，还包括消毒膜，所述力传感器与所述锁紧夹头连接的一端连接有连接件，所述力传感器通过连接件与所述锁紧夹头连接，所述连接件与所述锁紧夹头通过环抱式连接件连接，所述消毒膜用于套设在所述手柄、力传感器以及所述连接件上。

本发明实施例还提供一种所述杆状手持操作装置的力和位置同步测量的方法，包括步骤：

在空间中，建立世界坐标系，通过光电跟踪设备获得光学跟踪器在世界坐标系中的位姿；计算光学跟踪器坐标系与世界坐标系的变换矩阵M1；

在把持手柄进行操作时，通过力传感器对杆状件的受力进行测量及数据采集，计算力传感器坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵M；

通过坐标变换，将杆状件的力与位置的坐标系统一。

本发明的一个实施例，所述将杆状件的力与位置的坐标系统一的方法为：

杆状件在光学跟踪器坐标系中的坐标(Xn_t，Yn_t，Zn_t)，通过坐标变换，计算出杆状件在世界坐标系中的坐标(Xn_w，Yn_w，Zn_w)：

力传感器实时测量的力在其坐标系中为(F_X’，F_Y’，F_Z’)，将其通过坐标变换，转换到世界坐标系中为(F_X，F_Y，F_Z)：

对杆状件的位置及受力进行实时显示。