高精度機(jī)械式髖臼前柱置釘瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)研究.pdf

1、髖臼位于髖骨外側(cè)面中下部，由髂骨體、坐骨體以及恥骨體共同構(gòu)成，呈半球形深凹，朝向前、下、外方，與股骨頭相關(guān)節(jié)。由于髖臼骨折的位置較深、解剖復(fù)雜、復(fù)位固定困難，并發(fā)癥多，所以該類手術(shù)一直都是骨科領(lǐng)域的難題。目前，國內(nèi)、外只有少數(shù)學(xué)者利用手工解剖測量的方法對髖臼前柱進(jìn)行定量解剖測量。開展對髖臼前后柱拉力螺釘內(nèi)固定的定量解剖學(xué)研究，一般是對為數(shù)不多的骨盆實(shí)體標(biāo)本，使用橫切法進(jìn)行解剖測量。另外還有學(xué)者采用計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療通用外科手術(shù)集成系統(tǒng)對髖臼

2、前柱拉力螺釘內(nèi)固定的定量解剖學(xué)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)包含了功能強(qiáng)大的三維分割與重建工具、虛擬解剖與測量工具。但在手術(shù)實(shí)際操作中，由于無法使進(jìn)釘方向精確量化，有條件的醫(yī)院一般是使用C型臂X線導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行手術(shù)，但該類手術(shù)平均耗時(shí)3.8小時(shí)，醫(yī)生和患者可能接受過多的放射線。
　　本文主要針對上述問題進(jìn)行了研究。運(yùn)用醫(yī)學(xué)影像三維重建軟件Mimics直接識別CT掃描數(shù)據(jù)并進(jìn)行骨盆的三維重建，導(dǎo)入SolidWorks軟件中，利用最優(yōu)化方法對骨盆的

3、每個(gè)剖切面進(jìn)行定量解剖學(xué)研究，綜合判斷以選擇進(jìn)釘點(diǎn)及進(jìn)釘方向。對髖臼前柱瞄準(zhǔn)器進(jìn)行功能研究，利用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)出了高精度機(jī)械式髖臼前柱置釘瞄準(zhǔn)器，推導(dǎo)出了瞄準(zhǔn)器的數(shù)學(xué)控制模型，同時(shí)通過SolidWorks軟件對瞄準(zhǔn)器鉆套的偏角進(jìn)行了三維驗(yàn)證，另外，通過對瞄準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)整以及使用的過程和結(jié)果進(jìn)行分析，得出了使用瞄準(zhǔn)器時(shí)可能存在的誤差。在充分考慮手術(shù)情境的前提下，結(jié)合人機(jī)工程和機(jī)械CAD/CAM技術(shù)，利用SolidWo

4、rks軟件的三維特征造型功能和虛擬裝配技術(shù)，研制出可精確量化調(diào)節(jié)三維角度的置釘瞄準(zhǔn)器的虛擬樣機(jī)。操作者僅需經(jīng)過短時(shí)簡單的培訓(xùn)，在虛擬樣機(jī)中輸入儀器定位點(diǎn)、進(jìn)釘點(diǎn)以及進(jìn)釘方向的三個(gè)角度的數(shù)據(jù)，即可對儀器相應(yīng)元件的空間位置關(guān)系進(jìn)行裝配約束，同時(shí)界面中將顯示儀器元件所處的刻度位置，操作者根據(jù)虛擬樣機(jī)所示刻度完成儀器的調(diào)整。根據(jù)本文開發(fā)的高精度機(jī)械式髖臼前柱置釘瞄準(zhǔn)器虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，術(shù)前醫(yī)生可以通過模擬手術(shù)環(huán)境，直接測出所需要的數(shù)據(jù)，無需再進(jìn)行計(jì)