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目的:(1)长骨骨折是骨科的常见疾病,针对长骨骨折的治疗,TSF在临床上已取得了较大的成功。但TSF在实际临床应用中存在相关参数测量复杂及参数测量误差较大等问题,本文提出一种通过医学三维影像重建与识别技术实现骨折复位的方法,避免了操作复杂且精度有限的参数测量操作,以期望有效提高器械的识别精度及骨折复位精度。并通过模型实验及临床试验测定该方法的精确性和有效性。(2)TSF支架具有近端环与近端骨正交、六连杆连接孔位固定的安装约束,但受临床患者体位及骨针布置等各种因素的影响,往往难以达到上述要求。本文通过三维空间运动学的分析,解除了固定环的安装约束;通过速度矩阵分析给出了支架结构稳定的连接方式、扩展了六连杆的安装范围,以期望形成一种避免多种安装约束、降低TSF临床操作难度的方法。(3)通过临床试验验证本方法精确性及便捷性,为临床的进一步推广提供依据。方法:(1)针对现有TSF存在调节所需参数测量过程复杂及测量误差较大的问题,本文提出一种通过安装标记物自动识别支架空间状态的方法,设计了一种可快速装卸且易于自动识别的标记物,并提出一种少输入参数的支架坐标系建立算法,有效避免手工测量参数的操作、减少传统方法测量和规划引入的误差。通过计算机仿真实验、模型实验及临床试验,验证该方法的可行性及精确性。(2)收集2017年1月至2018年12月就诊于天津市天津医院创伤骨科,基于TSF支架、应用本文提出方法复位的胫、腓骨骨折病例9例,复位后拍摄患肢标准X线正侧位片,评价骨折畸形复位后的残留位移与角度,并进行统计学分析。(3)采用机器人机构学分析方法,针对TSF支架这一典型的STEWART机构,建立支架与骨折骨块整体的运动学模型,借助刚体运动学坐标变换原理去除了现有TSF支架配套软件所要求的器械安装约束,通过速度雅克比矩阵的条件数判断支架六连杆非标准安装的稳定性,减少支架的安装约束并扩大连杆的安装范围,降低TSF临床操作的难度。结果:(1)计算机仿真实验、模型实验及临床试验结果显示,新型识别及规划方法可精确地识别和复位骨折。在计算机仿真实验中,对于包含一定的加工装配高斯误差(7)(8)N0,0.4/6和影像系统均布误差(7)(8)U-0.625/2,0.625/2,识别精度为平移(0.0026±0.0963mm,0.0098±0.1262mm,0.0023±0.0537mm)、成角(0.0017±0.0398°,0.0004±0.0408°,0.0015±0.0871°)。在模型实验中全部骨折棍棒模型(15例)均得到了良好的复位效果,均远超过功能复位的标准。复位后正侧位片中残余位移与成角畸形及改善度分别为0.59±0.47mm(89.55%)、0.83±0.49°(83.23%)和0.39±0.41mm(91.61%)、0.95±0.48°(73.97%),复位前、后对比各残余畸形量明显减小,且差异均具有明显统计学意义(P<0.05)。临床试验中全部骨折患者(9例)均得到了良好的骨折复位效果,均远超功能复位标准。复位后正侧位片中残余位移与成角畸形及改善度分别为1.09±0.58mm(79.12%)、1.32±0.99°(76.80%)和1.04±0.93mm(82.58%)0.69±0.37°(79.52%),复位前、后对比各残余畸形量明显减小,且差异均具有明显统计学意义(P<0.05);(2)新型三维空间运动学的分析方法减少了目前TSF支架配套软件对于器械安装的约束,并提供了雅克比矩阵条件数这一六连杆安装稳定性的判断依据,临床安装TSF支架时可以在六连杆安装稳定的前提下实现固定环、连杆和骨折部位的相对自由安装,有效减少了TSF的安装要求、降低临床操作难度。(3)本文提出的规划方法具有较高的复位精度,且操作较为便捷。