CN115281900B - 椎间盘假体旋转中心自动调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明椎间盘假体旋转中心自动调节系统，涉及智能医疗器械技术领域，包括位姿传感器、中央处理器、电源模块、数据存储模块和髓核假体驱动装置；通过生理性运动重建系统获取椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置，并通过位姿传感器检测椎间盘假位姿信息，根据位姿传感器数据调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置，即通过控制髓核假体的位置从而改变椎间盘假体的旋转中心，解决了现有的人工椎间盘旋转中心不能调节的问题，本发明适用于椎间盘假体。
Description
技术领域
本发明涉及智能医疗器械技术领域，特别涉及椎间盘假体旋转中心自动调节系统。
背景技术
椎间盘置换术是治疗脊柱椎间盘退变性疾病的有效术式，其目的在于保留脊柱节段的生理性运动功能。脊柱功能节段(functionalspinalunit,FSU)包含上下两个椎体、椎间盘、后方小关节、韧带及周围软组织等结构构成，其运动包含一个椎体相对于另一个椎体的角运动和平移运动。临床通常使用活动范围(rangeofmotion,ROM)来评价人工颈椎间盘的活动能力，活动范围能够反映椎体间运动数量的变化，而旋转中心(centerofrotation,COR)能够反映运动学性质的变化，对颈椎生物力学环境的变化具有较高的敏感性。旋转中心的概念来源于物理学，用于描述物体的平面运动，其基本含义为：当物体在平面运动时，其运动的瞬间存在一个瞬时零速度点，该点即为物体的旋转中心。
例如，在C5-C6节段，C5椎体相对于C6的屈曲运动同时伴有一些平移运动。由这种角运动和平移运动的组合促使的C5椎体从初始位置运动到屈曲位置的过程可以用C5椎体围绕着旋转中心做相对于C6的纯角运动来表示。即运动节段中某一椎体的任意两个运动位置都可以确定一个独特的COR。然而，运动椎体围绕该基于两个位置的平均COR不能充分地捕捉到椎体两个运动终末位置过程中的运动路径。因为瞬时旋转中心(instantaneouscenterofrotation,ICR)在弧形运动过程中并不保持静止。ICR的运动取决于与屈伸运动相关的平移量，而屈伸运动的量又取决于脊柱运动节段的水平以及运动节段的健康情况，因此不同患者及不同节段、不同运动状态下的ICR不尽相同。
当脊柱功能节段进行屈伸、侧弯、旋转及耦合运动时，生理性的瞬时旋转中心在不断发生变化，而目前的人工椎间盘的旋转中心并不符合生理状态下正常椎间盘的特征，这会降低节段的运动质量，造成钩椎关节、小关节及软组织的负荷分担异常，导致术后疼痛、退变加速，影响CDR的手术疗效。
发明内容
本发明所解决的技术问题：提供一种椎间盘假体旋转中心自动调节系统，解决现有的人工椎间盘旋转中心不能调节的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：椎间盘假体旋转中心自动调节系统，所述椎间盘假体安装于相邻椎体之间，所述椎间盘假体包含位置可调节的髓核假体，所述髓核假体用于调整椎间盘假体运动的旋转中心的位置；
所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统包括位姿传感器、中央处理器、电源模块、数据存储模块和髓核假体驱动装置；
所述位姿传感器用于检测椎间盘假体的位姿信息；
所述中央处理器根据位姿传感器数据调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置；
所述电源模块用于供电；
所述数据存储模块用于存储数据，所述存储数据包括椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置。
进一步的，所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括至少两个位移传感器，所述位移传感器用于采集椎间盘假体上的点的位置；所述存储数据还包括椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置；所述中央处理器还用于通过两个位移传感器的数据计算出椎间盘假体的旋转中心位置，并判断所述计算出椎间盘假体的旋转中心位置与旋转中心预设位置是否在误差范围内，如果不在误差范围内，则对存储的髓核假体的位置进行调整。
进一步的，所述对存储的髓核假体的位置进行调整，包括以下步骤：
S01、通过髓核假体驱动装置将髓核假体置于髓核假体可调位置范围的中心；
S02、在人体进行运动时，椎体的位姿信息会相应的变化，将椎体的位姿信息变化进行微分，得到椎体的多个位姿点；
S03、针对椎体的每个位姿点，中央处理器通过髓核假体驱动装置调整髓核假体的位置；
S04、通过两个位移传感器采集椎间盘假体的两个点的位置，通过椎体的相邻位姿点中的两个点的位置连线中垂线的交点确定旋转中心的位置，并判断确定的旋转中心位置与旋转中心预设位置是否在误差范围内；
S05、如果不在，则重复S03和S04，直到确定的旋转中心位置与预设的位置在误差范围内；
S06、如果在，则将椎体当前位姿点对应的髓核假体位置替换掉已存储的当前位姿点对应的髓核假体位置，作为中央处理器调节髓核假体位置的新依据。
进一步的，所述椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置以及椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置通过生理性运动重建系统获得。
进一步的，所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括数据传输模块，所述数据传输模块用于传输椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置以及椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置。
进一步的，所述位姿信息包括旋转角度和移动距离。
本发明的有益效果：本发明椎间盘假体旋转中心自动调节系统，通过生理性运动重建系统获取椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置，并通过位姿传感器检测椎间盘假体的位姿信息，根据位姿传感器数据调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置，即通过控制髓核假体的位置从而改变椎间盘假体的旋转中心，解决了现有的人工椎间盘旋转中心不能调节的问题。
附图说明
附图1是本发明椎间盘假体旋转中心自动调节系统的电路结构框图。
具体实施方式
本发明椎间盘假体旋转中心自动调节系统中所述的椎间盘假体安装于相邻椎体之间，所述椎间盘假体包含位置可调节的髓核假体，所述髓核假体用于调整椎间盘假体运动的旋转中心的位置；
所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统，如附图1所示，包括位姿传感器、中央处理器、电源模块、数据存储模块和髓核假体驱动装置；
所述位姿传感器用于检测椎间盘假体的位姿信息；
所述中央处理器根据位姿传感器数据调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置；
所述电源模块用于供电；
所述数据存储模块用于存储数据，所述存储数据包括椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置。
具体的，椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置通过生理性运动重建系统获得，所述生理性运动重建系统包括CT重建、运动模拟、寻找旋转中心和确定髓核假体的预设位置，具体过程如下：首先获取需要植入椎间盘假体患者的脊柱CT图，重建脊柱模型，然后利用脊柱模型进行运动模拟，模拟患者的所有动作，即可获得所有动作对应的脊柱运动情况，从而获得相应的需要植入的椎间盘假体的位姿信息，对椎间盘假体的位姿信息进行微分，获得椎体的多个位姿点，针对椎体的每个位姿点，通过椎体的相邻位姿点中的两个点的位置连线中垂线的交点确定旋转中心的位置，即获得椎体位姿点与旋转中心的对应关系，再将脊柱模型中的相应椎间盘替换为椎间盘假体，通过设定不同的髓核假体位置，进行运动模拟，当计算出的椎间盘假体的当前位姿点的旋转中心与所确定的旋转中心的位置在误差范围内，则当前的髓核假体位置为椎体当前位姿点对应的髓核假体的预设位置。
当人体在运动时，椎间盘假体的位姿信息会相应的变化，利用位姿传感器检测椎间盘假体的实时位姿信息，中央处理器根据所述实时位姿在数据存储模块中调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置，实现跟随人体运动的实时情况控制髓核假体的位置从而改变椎间盘假体的旋转中心，使得椎间盘假体的旋转中心实际位置与模拟运动计算出的旋转中心预设位置在误差范围内。
进一步的，所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括至少两个位移传感器，所述位移传感器用于采集椎间盘假体上的点的位置；所述存储数据还包括椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置；所述中央处理器还用于通过两个位移传感器的数据计算出椎间盘假体的旋转中心位置，并判断所述计算出椎间盘假体的旋转中心位置与旋转中心预设位置是否在误差范围内，如果不在误差范围内，则对存储的髓核假体的位置进行调整。
具体的，由于人体在植入椎间盘假体后的生长愈合，可能会使得椎体的同一个位姿点对应的髓核假体位置和旋转中心位置不一致的情况，因此，可以通过增加至少两个位移传感器，通过中央处理器来调取两个位移传感器的数据，两个传感器的调取依据为：相邻位姿点传感器数据变化最大的两个传感器，通过两个点的位移中垂线的交点确定旋转中心的实际位置，并判断旋转中心实际位置是否还在旋转中心预设位置的误差范围内，以此可以实现对髓核假体的位置进行校正。
进一步的，所述对存储的髓核假体的位置进行调整，包括以下步骤：
S01、通过髓核假体驱动装置将髓核假体置于髓核假体可调位置范围的中心；
S02、在人体进行运动时，椎体的位姿信息会相应的变化，将椎体的位姿信息变化进行微分，得到椎体的多个位姿点；
具体的，微分规则与生理性运动重建系统中的微分规则一致。
S03、针对椎体的每个位姿点，中央处理器通过髓核假体驱动装置调整髓核假体的位置；
具体的，在步骤S03中，可以通过随机调整髓核假体的位置，也可以按照不同的方向依次调节髓核假体的位置，通过旋转中心的位置远离或者靠近旋转中心预设位置来改变髓核假体的调节方向。
S04、通过两个位移传感器采集椎间盘假体的两个点的位置，通过椎体的相邻位姿点中的两个点的位置连线中垂线的交点确定旋转中心的位置，并判断确定的旋转中心位置与预设的位置是否在误差范围内；
S05、如果不在，则重复S03和S04，直到确定的旋转中心位置与预设的位置在误差范围内；
S06、如果在，则将椎体当前位姿点对应的髓核假体位置替换掉已存储的当前位姿点对应的髓核假体位置，作为中央处理器调节髓核假体位置的新依据。
进一步的，所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括数据传输模块，所述数据传输模块用于传输椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置以及椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置。
具体的，这样做的好处可以更加方便的重置或调节髓核假体的位置预计旋转中心的预设位置，也可以将所述数据调出，作为另一个椎间盘假体中调节髓核假体位置的依据。
进一步的，所述位姿信息包括旋转角度和移动距离。
具体的，旋转角度为椎间盘假体相对于下方椎体的在竖直方向和水平方向上的旋转角度，移动距离为椎间盘假体相对于下方椎体的相对位移。
Claims (4)
1.椎间盘假体旋转中心自动调节系统，所述椎间盘假体安装于相邻椎体之间，其特征在于，所述椎间盘假体包含位置可调节的髓核假体，所述髓核假体用于调整椎间盘假体的旋转中心的位置；
所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统包括位姿传感器、中央处理器、电源模块、数据存储模块和髓核假体驱动装置；
所述位姿传感器用于检测椎间盘假体的位姿信息；
所述中央处理器根据位姿传感器数据调取髓核假体的位置，并通过髓核假体驱动装置使得髓核假体位于所述调取髓核假体的位置；
所述电源模块用于供电；
所述数据存储模块用于存储数据，所述存储数据包括椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置；
所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括至少两个位移传感器，所述位移传感器用于采集椎间盘假体上的点的位置；所述存储数据还包括椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置；所述中央处理器还用于通过两个位移传感器的数据计算出椎间盘假体的旋转中心位置，并判断所述计算出椎间盘假体的旋转中心位置与旋转中心预设位置是否在误差范围内，如果不在误差范围内，则对存储的髓核假体的位置进行调整，所述对存储的髓核假体的位置进行调整，包括以下步骤：
S01、通过髓核假体驱动装置将髓核假体置于髓核假体可调位置范围的中心；
S02、在人体进行运动时，椎体的位姿信息会相应的变化，将椎体的位姿信息变化进行微分，得到椎体的多个位姿点；
S03、针对椎体的每个位姿点，中央处理器通过髓核假体驱动装置调整髓核假体的位置；
S04、通过两个位移传感器采集椎间盘假体的两个点的位置，通过椎体的相邻位姿点中的两个点的位置连线中垂线的交点确定旋转中心的位置，并判断确定的旋转中心位置与旋转中心预设位置是否在误差范围内；
S05、如果不在，则重复S03和S04，直到确定的旋转中心位置与预设的位置在误差范围内；
S06、如果在，则将椎体当前位姿点对应的髓核假体位置替换掉已存储的当前位姿点对应的髓核假体位置，作为中央处理器调节髓核假体位置的新依据。
2.根据权利要求1所述的椎间盘假体旋转中心自动调节系统，其特征在于，所述椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置以及椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置通过生理性运动重建系统获得。
3.根据权利要求2所述的椎间盘假体旋转中心自动调节系统，其特征在于，所述椎间盘假体旋转中心自动调节系统还包括数据传输模块，所述数据传输模块用于传输椎体位姿信息及其对应的旋转中心预设位置以及椎体位姿信息及其对应的髓核假体的预设位置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的椎间盘假体旋转中心自动调节系统，其特征在于，所述位姿信息包括旋转角度和移动距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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