一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置及方法与流程

1.本发明属于髓内钉定位技术领域，具体涉及一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置及方法。


背景技术：

2.髓内钉属医疗器械中的骨科内固定器械，髓内钉固定是四肢长骨骨折固定的首选的手术方式。髓内钉也可以用于骨搬运等其他手术。传统髓内钉结构具有髓内钉杆，在髓内钉杆近端设有近端锁定螺钉孔，在髓内钉杆远端设有远端锁定螺钉孔。使用时，为了防止骨折的两部分产生旋转，需要用数枚螺钉横向穿过骨干及髓内钉给予锁定，医生会在髓内钉插入骨髓腔之前将一个钻孔导向器和髓内钉结合在一起，理论上导向器的导向孔正对髓内钉的锁定螺钉孔，这样钻头穿过导向孔可以正对锁定螺钉孔钻入，但由于髓内钉插入骨髓腔后经常会受长骨形状影响使位置发生偏移，导致钻头在实际应用的时候并不能对准螺钉孔，从而出现锁钉困难，造成手术时间长、出血多、麻醉时间长等，不利于患者恢复。
3.现有通常在x射线透视下进行髓内钉手术或通过机械式瞄准装置来安装髓内钉，然而采用x射线透视的方式进行髓内钉手术，会让人体长时间暴露在x射线下，可能对人体造成损伤；通过机械式瞄准装置来安装髓内钉的方式，需要专业人员进行瞄准定位，且受人为影响，定位的精准度无法得到保障。
4.综上所述，现有的髓内钉钉孔定位技术存在耗时长、放射辐射大、定位精度差等不足，对医护人员健康造成危害较大，不利于患者手术恢复，尚需一种快速精准的髓内钉定位方法。


技术实现要素：

5.为了解决现有髓内钉孔定位存在安全性或精准性较差的问题，本发明提供了一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置。本发明利用脉冲涡流热成像检测技术，实现精准锁钉。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，包括热传感器和感应线圈；
8.其中，所述感应线圈用于对放入髓腔的髓内钉进行体外励磁，并在髓内钉孔产生涡流效应；
9.所述热传感器能够沿着放入所述髓腔的所述髓内钉轴向运动，扫描得到髓内钉孔外表面温度，从而得到髓内钉孔的三维热量分布，根据三维热量分布即可实现髓内钉孔的定位。
10.目前，采用x射线透视的方式进行髓内钉手术导致人体高强度、长时间暴露在x射线下，会对人体造成损伤；通过机械手瞄准装置安装髓内钉的方式需要专业人员进行操作，且易受人为因素干扰，导致定位精度不高。而本发明提出的定位装置，利用涡流热成像检测技术，获取髓内钉孔的热量分布，直接根据热量分布即可准确定位髓内钉孔，既不需要x射
线，也无需专业人员的操作，大大提高了安全性和可靠性，同时提升了植入效率，降低了手术风险。
11.优选的，本发明的定位装置配合髓内钉植入工具使用；
12.所述髓内钉植入工具包括把手，所述把手的一端为髓内钉连接端，所述把手的另一端为固定导向臂；
13.所述固定导向臂的自由端与可调导向臂连接，且所述可调导向臂能够沿着放入所述髓腔的髓内钉轴向移动，所述可调导向臂的自由端设置有导向孔，用于安装打孔工具臂；所述打孔工具臂的前端正对所述髓内钉，用于对孔定位和打孔；
14.所述热传感器安装在所述打孔工具臂的前端。
15.本实施例的定位装置可直接配合髓内钉植入工具使用，而无需增加额外的辅助设施，易于实现。
16.优选的，本发明的热传感器采用红外热像仪。
17.优选的，本发明的定位装置还包括电磁感应加热装置；
18.所述电磁感应加热装置用于将交变高频电流输入到所述感应线圈以进行励磁感应。
19.优选的，本发明的定位装置还包括信息处理设备，所述信息处理设备用于获取所述热传感器扫描得到的温度信息并对其处理，得到髓内钉孔的三维热量分布。
20.优选的，本发明的信息处理设备采用pc机。
21.第二方面，本发明提出了如上所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置的方法，包括：
22.通过所述感应线圈对放入所述髓腔的髓内钉进行体外励磁，使髓内钉孔产生涡流；
23.由所述热传感器实时获取所述髓内钉孔的外表面温度并将其发送给信息处理设备进行处理，得到髓内钉孔的三维热量分布；
24.根据所述髓内钉孔的三维热量分布，直接对所述髓内钉孔进行定位。
25.优选的，本发明的由所述热传感器实时获取所述髓内钉孔的外表面温度具体包括：
26.首先，将所述热传感器沿所述髓内钉轴向移动，确定所述髓内钉孔的位置，将所述热传感器移动至该位置处；
27.然后，将所述热传感器在所述髓内钉径向面上移动，扫描所述髓内钉孔的外表面温度。
28.第三方面，本发明提出了一种髓内钉植入装置，采用如上所述的定位装置进行所述髓内钉孔定位。
29.第四方面，本发明提出了一种髓内钉植入方法，采用如上所述的方法进行所述所述髓内钉孔定位。
30.本发明具有如下的优点和有益效果：
31.本发明采用脉冲涡流热成像检测技术来实现髓内钉孔定位的技术，可以有效解决因为髓内钉偏移难以定位的问题并达到精准锁钉的目的。
32.相较于现有技术，本发明避免了人体高强度、长时间暴露在x射线下，提高了安全
性；且本发明的瞄准定位不需要依赖专业人员，通过图像定位，提高了植入效率，降低了手术风险；并降低了人为主观因素干扰，提高了定位的准确性和可靠性。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
34.图1为本发明实施例的定位装置结构示意图。
35.图2为本发明实施例的脉冲涡流热成像示意图。
36.图3为本发明实施例的定位示意图。
37.图4为本发明实施例的控制过程流程示意图。
38.图5为本发明实施例的三维热量分布图。
39.附图中标记及对应的零部件名称：
40.1-锁紧螺钉，2-角度编码器，3-固定导向臂，4-锁紧螺钉，5-角度编码器，6-可调导向臂，7-锁紧螺钉，8-打孔工具臂，9-红外热像仪，10-感应线圈，11-髓内钉，12-髓内钉孔，13-髓腔。
具体实施方式
41.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
42.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
43.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
44.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
45.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具
有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
47.实施例
48.本实施例提供了一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置。
49.通过髓内钉植入工具将髓内钉从人体长管状骨的上部插入长管状骨中，由于人体长管状骨的影响，长管状骨的髓腔不是圆柱体，因此髓内钉伸入髓腔中后，其伸入端将随髓腔的形状发生变化，会导致髓内钉孔方向、位置与打孔工具臂方向位置不一致(受个体差异影响，其位移量不同)，导致打孔工具臂可能无法准确定位髓内钉孔，此时必须重新在骨上钻孔，直至两孔对准，螺栓穿过为止，这延长了手术时间，增加了病人的创口面积，增加了引发并发症的几率。本实施例的定位装置利用脉冲涡流热成像检测技术实现髓内钉的精准定位，脉冲涡流热成像检测是基于多物理场的耦合效应原理构成的，它具有红外热成像技术和脉冲涡流检测技术的优点，能够很好地解决因为髓内钉偏移难以定位的问题，并降低了手术风险，提高了安全性。
50.如图1所示，本实施例的定位装置包括感应线圈10和热传感器9。其中，感应线圈10用于对放入髓腔13的髓内钉11进行体外励磁，并在髓内钉孔12周围产生涡流效应，涡流效应使得髓内钉孔四周的温度场分布明显高于其它部位；通过热传感器9实时获取髓内钉孔12外表面温度，从而获得髓内钉孔12周围的热量分布，即可根据该热量分布进行髓内钉孔12的准确定位。
51.本实施例定位装置配合髓内钉植入工具使用，髓内钉植入工具包括把手，把手的一端为髓内钉连接端，把手的另一端为固定导向臂3，固定导向臂3的自由端与可调导向臂6连接，且可调导向臂6能够沿着髓内钉轴线方向(即x方向)移动，可调导向臂6的自由端设置有导向孔，用于安装打孔工具臂8，打孔工具臂8的前端正对髓内钉11，用于髓内钉孔定位和打孔。本实施例将热传感器安装在打孔工具臂8的前端。
52.如图2所示，本实施例的感应线圈10配套电磁感应加热装置使用，由信息处理设备发出控制指令，控制电磁感应加热装置将交变高频电流输入感应线圈以进行励磁感应；本实施例的热传感器9采用但不限于红外热像仪，其根据物体的红外辐射状况获得物体表面温度信息，并将其传递给信息处理设备进行处理，从而得到髓内钉的三维热分布图，本实施例的信息处理设备采用如pc机等内置有图像算法的电子设备。
53.如图3-5所示，本实施例的定位装置工作过程具体为：
54.通过髓内钉植入工具将髓内钉11放入髓腔13内。
55.通过对放入髓腔13的髓内钉11进行体外励磁，使髓内钉孔12周围感应出涡流，涡流效应会在髓内钉孔12周围产生热量并由表面向内部传递，如果遇到髓内钉孔12边缘则会改变涡流的走向，导致髓内钉孔12边缘处涡流密度较大，密度较大的涡流会产生更多的热量。因此在励磁产生涡流后，会在髓内钉孔12的边缘产生更多的热量。再由红外热像仪实时
获取髓内钉孔12周围的温度并将其发送给pc机进行处理，得到髓内钉孔12周围的热量分布图，如图5所示。
56.此时，通过移动可调导向臂6，从而带动打孔工具臂8上的红外热像仪在髓腔2外沿x方向移动，对髓内钉孔12附近进行扫描，即可直接观察pc机上的实时热量分布图以对髓内钉孔12进行准确定位。在x方向上，热量分布图上有较明显的发热部位，此时可以在x方向上确定髓内钉孔的大致位置；移动红外热像仪至此位置，旋转固定导向臂3，在yoz平面上对髓内钉孔的具体位置进行测量，再根据pc机上的热量分布显示结果，可以进行准确定位。
57.本实施例避免了因形变而发生的钻孔不准确，无法穿装固定螺钉现象的发生，同时避免了人体高强度、长时间暴露在x射线下，也无需专业人员，即可快速准确实现定位，大大提高了手术效率和安全性。
58.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，包括热传感器(9)和感应线圈(10)；其中，所述感应线圈(10)用于对放入髓腔(13)的髓内钉(11)进行体外励磁，并在髓内钉孔(12)产生涡流效应；所述热传感器(9)能够沿着放入所述髓腔(13)的所述髓内钉(11)轴向运动，扫描得到髓内钉孔(12)外表面温度，从而得到髓内钉孔(12)的三维热量分布，根据三维热量分布即可实现髓内钉孔(12)的定位。2.根据权利要求1所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，该定位装置配合髓内钉植入工具使用；所述髓内钉植入工具包括把手，所述把手的一端为髓内钉连接端，所述把手的另一端为固定导向臂(3)；所述固定导向臂(3)的自由端与可调导向臂(6)连接，且所述可调导向臂(6)能够沿着放入所述髓腔(13)的髓内钉(11)轴向移动，所述可调导向臂(6)的自由端设置有导向孔，用于安装打孔工具臂(8)；所述打孔工具臂(8)的前端正对所述髓内钉(11)，用于对孔定位和打孔；所述热传感器安装在所述打孔工具臂(8)的前端。3.根据权利要求1所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，所述热传感器(9)采用红外热像仪。4.根据权利要求1所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，还包括电磁感应加热装置；所述电磁感应加热装置用于将交变高频电流输入到所述感应线圈以进行励磁感应。5.根据权利要求4所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，还包括信息处理设备，所述信息处理设备用于获取所述热传感器扫描得到的温度信息并对其处理，得到髓内钉孔(12)的三维热量分布。6.根据权利要求5所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置，其特征在于，所述信息处理设备采用pc机。7.如权利要求1-6任一项所述的一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置的方法，其特征在于，包括：通过所述感应线圈(10)对放入所述髓腔(13)的髓内钉(11)进行体外励磁，使髓内钉孔(12)产生涡流；由所述热传感器(9)实时获取所述髓内钉孔(12)的外表面温度并将其发送给信息处理设备进行处理，得到髓内钉孔(12)的三维热量分布；根据所述髓内钉孔(12)的三维热量分布，直接对所述髓内钉孔(12)进行定位。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述热传感器(9)实时获取所述髓内钉孔(12)的外表面温度具体包括：首先，将所述热传感器沿所述髓内钉(11)轴向移动，确定所述髓内钉孔(12)的位置，将所述热传感器移动至该位置处；然后，将所述热传感器在所述髓内钉(11)径向面上移动，扫描所述髓内钉孔(12)的外表面温度。
9.一种髓内钉植入装置，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的定位装置进行所述髓内钉孔(12)定位。10.一种髓内钉植入方法，其特征在于，采用权利要求7或8所述的方法进行所述所述髓内钉孔(12)定位。

技术总结
本发明公开了一种基于涡流热成像的髓内钉孔定位装置及方法，定位装置包括热传感器和感应线圈；其中，所述感应线圈用于对放入髓腔的髓内钉进行体外励磁，并在髓内钉孔产生涡流效应；所述热传感器能够沿着放入所述髓腔的所述髓内钉轴向运动，扫描得到髓内钉孔外表面温度，从而得到髓内钉孔的三维热量分布，根据三维热量分布即可实现髓内钉孔的定位。本发明采用脉冲涡流热成像检测技术来实现髓内钉定位的技术，可以有效解决因为髓内钉偏移难以定位的问题并达到精准锁钉的目的。的问题并达到精准锁钉的目的。的问题并达到精准锁钉的目的。


技术研发人员：汪俊 田鹏 李铭 吴晓东
受保护的技术使用者：成都泽康智骨科技有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/4