一种双陀螺仪辅助医用定向装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗辅助器械技术领域，具体涉及一种双陀螺仪辅助医用定向装置。
【背景技术】
[0002]骨科钢钉植入与颅内穿刺是临床中常用操作，目前有两种选择:一为依靠术前影像资料观察得出或基于影像资料的建模得出置钉或穿刺角度，医生依靠临床经验及手感判断确定置钉或穿刺方向，这种方式相对简单，依赖设备少，但对医生经验要求高，需要长期积累，不利于年轻医生操作，为手术质量带来不确定性；二为依靠立体定向设备，如骨科置钉时使用手术机器人，神经外科经颅穿刺时使用立体定向头架，该方式准确性高，便于年轻医生学习，但是对设备的技术性能要求较高，设备一般较为昂贵，不利于推广使用，并且使用场合限制在手术室，不利于急诊床旁操作，如头颅血肿穿刺。
[0003]陀螺仪是一种精确感受物体运动方位的仪器，MEMS (微机械)陀螺仪体积小、重量轻、可靠性高、量程大，且易于数字化、智能化，广泛应用于航空、航海、医学及新型手机之中。
[0004]近来有报道利用智能手机辅助定向操作，虽然应用了陀螺仪，但仅测量了置钉设备或穿刺针与地球重力场的相对夹角，而非与操作对象即病人的夹角，术中病人必须严格固定不能移动，否则陀螺仪测出角度便无指导价值，并未对操作带来切实的便利。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种双陀螺仪辅助医用定向装置，解决现有徒手方法准确性差，以及现有立体定向设备使用不便、价格昂贵的问题。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]—种双陀螺仪辅助医用定向装置，其特征在于:
[0008]包括病人端、医生端和数据处理端；
[0009]所述病人端和医生端均包含有姿态测量模块和通信模块；姿态测量模块为三轴陀螺仪；
[0010]所述数据处理端包括依次连接的通信模块、相对姿态计算模块和显示模块；
[0011]所述病人端和医生端的通信模块与数据处理端的通信模块通过蓝牙或wifi方式实现信息交互。
[0012]所述病人端和医生端的三轴陀螺仪均通过基于ARM的单片机与各端的通信模块实现信息交互。
[0013]所述装置初始状态下，病人端和医生端均固定于病人身上进行校准；校准后，医生端与病人端分离，医生端固定于操作设备。
[0014]本实用新型具有以下优点:
[0015]本实用新型使用双陀螺仪先结合校准，后分离测量，实时沟通，获得即时准确的穿刺部位与穿刺设备的相对姿态，解决了手术操作中病人移动造成置钉或穿刺定向不准的问题，提高操作准确性，成本低廉，准确性高。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构组成图。
[0017]图2为病人端与医生端结合的初始状态。
[0018]图3为病人端与医生端分离的运行状态。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本实用新型进行详细的说明。
[0020]本实用新型涉及的一种双陀螺仪辅助医用定向装置，包括病人端、医生端和数据处理端。所述病人端和医生端均包含有姿态测量模块和通信模块，其中姿态测量模块为三轴陀螺仪，三轴陀螺仪均通过基于ARM的单片机与各端的通信模块实现信息交互。所述数据处理端包括依次连接的通信模块、相对姿态计算模块和显示模块。所述病人端和医生端的通信模块与数据处理端的通信模块通过蓝牙或wifi方式实现信息交互。装置初始状态下，病人端和医生端均固定于病人身上进行校准；校准后，医生端与病人端分离，医生端固定于操作设备。
[0021]装置开启后，病人端和医生端结合在一起固定于穿刺目标即病人身上，病人端和医生端的三轴陀螺仪记录各自的姿态数据，作为校准位姿态数据，通过基于ARM的单片机传送至各端的通信模块，接着通过蓝牙或wifi方式将姿态数据发送到数据处理端的通信模块，并由相对姿态计算模块接收，作为姿态计算的初始信息，完成校准过程。
[0022]校准完成后，分离病人端和医生端，将医生端固定于操作设备，即穿刺设备，如骨科置钉器或颅骨穿刺针上，病人端保持原位。病人端与医生端均可采集实时姿态数据，得到二者与校准位数据的姿态差，该姿态差数据发送到数据处理端，可得到二者相对空间姿态，并将该信息显示于显示模块，便于医生与预定姿态需求比对调整，从而实现准确置钉或穿刺。
[0023]相对空间姿态的获得过程为:找到病人稳定解剖结构，此为校准时的设备固定点，即校准位，由于解剖位置固定，术前影像可得，借此可通过病人端获得病人姿态；病人端与医生端校准后的实时姿态数据均与各自校准位姿态数据进行比较，即可获得医生端与病人端相对空间姿态。具体计算如下:
[0024]假设:
[0025]所求相对空间姿态为R ;
[0026]病人端与医生端相对姿态为X ;
[0027]病人于病人端姿态差为已知常量k;
[0028]则R=X-k
[0029]假设:
[0030]病人端实时姿态为A，校准位姿态为B ；
[0031 ] 医生端实时姿态为C，校准位姿态为D ；
[0032]因为二者要处于一个坐标系内方能进行姿态运算，故得:
[0033]X= (A-B) - (C-D)
[0034]R即可得。
[0035]本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种双陀螺仪辅助医用定向装置，其特征在于: 包括病人端、医生端和数据处理端； 所述病人端和医生端均包含有姿态测量模块和通信模块；姿态测量模块为三轴陀螺仪； 所述数据处理端包括依次连接的通信模块、相对姿态计算模块和显示模块； 所述病人端和医生端的通信模块与数据处理端的通信模块通过蓝牙或Wifi方式实现信息交互； 所述病人端和医生端的三轴陀螺仪均通过基于ARM的单片机与各端的通信模块实现信息交互。
【专利摘要】本实用新型涉及一种双陀螺仪辅助医用定向装置。钢钉植入、颅内穿刺等临床操作，医生依靠经验及手感判断确定置钉或穿刺方向，为手术质量带来不确定性。本实用新型包括病人端、医生端和数据处理端，病人端和医生端均包含有姿态测量模块和通信模块，姿态测量模块为三轴陀螺仪；数据处理端包括通信模块、相对姿态计算模块和显示模块；病人端与医生端均可采集实时姿态数据，得到与校准位数据的姿态差，数据处理端可得到二者相对空间姿态，便于医生与预定姿态需求比对调整。本实用新型使用双陀螺仪先结合校准，后分离测量，实时沟通，获得即时准确的穿刺部位与穿刺设备的相对姿态，克服手术操作中病人移动造成定向不准的问题，提高操作准确性。
【IPC分类】A61B17/88, A61B5/11, A61B17/34
【公开号】CN204909618
【申请号】CN201520302299
【发明人】张威, 高国栋, 李楠, 韩佳龙媚, 杨啸尘, 庞龙飞, 刘强
【申请人】张威
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年5月12日