一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置及方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，它涉及一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置及方法。


背景技术：

2.全髋关节置换术(tha)是临床上用来治疗髋部疾病的常用方式，临床效果显著，但术后容易出现双下肢不等长(lld)的并发症。lld的出现可能会导致患者出现脊柱侧弯、骨盆倾斜、坐骨神经麻痹、腰背痛、假体松动、跛行等现象，不利于患者术后康复。因此，临床上对全髋关节置换术中的lld现象高度重视。
3.现有技术中，为了预防lld现象的出现，医生采用的术中技术有pca肢体长度测量器、克氏针定位法、缝线定位法等。这些测量方式各有优缺点，例如术中缝线法虽然操作简单、成本低，但可能会因为患者皮肤弹性、患肢放置位置变动等使结果出现误差；克氏针定位法虽然术后能有效控制患者肢体延长且操作简单，但其精度不高。
4.因此亟需一种操作简单、可控性强、精确度高的用于全髋关节置换术中的下肢长度测量设备和方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置及方法，该测量装置及测量方法使医护人员在测量患者下肢长度时的测量操作简单、便捷，且测量可控性搞，测量精度高。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置，包括两个弧形壳体，两个所述弧形壳体均设有脚踝凹槽；所述弧形壳体的外侧壁设有测量装置，两个所述弧形壳体之间设有两个宽度调节带，两个所述宽度调节带的两端分别与两个弧形壳体的端部连接。
7.通过采用上述技术方案，在弧形壳体的外侧壁安装测量装置，能够准确得出患者的下肢长度；在弧形壳体之间安装了两个宽度调节带，这样可以适用于不同粗细的下肢；通过在弧形壳体上设置脚踝凹槽，不仅有限位的作用，还能准确测量下肢的长度。
8.本发明进一步设置为：所述测量装置包括显示控制面板、控制处理器、三轴加速度传感器和计时器；所述显示控制面板、计时器和三轴加速度传感器均与弧形壳体的外侧壁固定连接；所述控制处理器位于弧形壳体内。
9.通过采用上述技术方案，操作者可以通过显示控制面板进行空间坐标系校正，并且显示患者下肢的长度；通过在弧形壳体的外侧壁设置计时器，可以准确记录每一时刻的位置信息；通过在弧形壳体内设置控制处理器，可以将每一点的信息进行处理运算，最终得出患者下肢长度。
10.本发明进一步设置为：所述三轴加速度传感器位于脚踝凹槽处。
11.通过采用上述技术方案，将三轴加速度传感器放在脚踝凹槽处，可以准确计算出
患者下肢的长度。
12.本发明进一步设置为：所述弧形壳体的内侧壁设有软性衬垫。
13.通过采用上述技术方案，在弧形壳体的内侧壁设置软性衬垫，可以提高测量过程中患者的舒适度。
14.一种用于髋关节置换的下肢长度测量方法，包括以下步骤：
15.1)将两个弧形壳体紧紧绑在脚踝处，并通过与弧形壳体端部连接的宽度调节带将两个弧形壳体进行固定，其中，脚踝位于脚踝凹槽内；
16.2)利用安装于弧形壳体外侧壁的显示控制面板，通过点击显示控制面板的显示界面中的校正按钮，得到校正后的空间直角坐标系，且点击校正按钮后，脚踝初始位置为o点；然后利用安装于弧形壳体上的脚踝凹槽的三轴加速度传感器，记录空间直角坐标系的x，y，z方向的加速度ac
x
，acy，acz；
17.3)转动脚踝，三轴加速度传感器的测量值开始变化，利用计时器开始进行计时，且每隔0.01s记录一组加速度值，测得以下数据：(ac
x1
，ac
y1
，ac
z1
)；(ac
x2
，ac
y2
，ac
z2
)；(ac
x3
，ac
y3
，ac
z3
)；(ac
x4
，ac
y4
，ac
z4
)
……
(ac
xi
，ac
yi
，ac
zi
)；
18.4)根据步骤3)测得的数据，通过植入控制处理器中计算程序计算每两个时刻之间的平均速度，计算公式如下：
[0019][0020][0021][0022]
5)根据步骤4)，叠加得出x，y，z三个方向的位移，计算公式如下：
[0023][0024][0025][0026]
6)计时器计时每隔2s，控制处理器读取一组空间坐标(x，y，z)，则得：
[0027]
a(x1，y1，z1)，b(x2，y2，z2)，c(x3，y3，z3)；
[0028]
7)根据步骤6)，得出向量和
[0029][0030][0031]
8)判断a，b，c三个点是否在同一直线上：
[0032]
若则控制处理器读取下一组数据d(x4，y4，z4)，并采用步骤7)的方法获得向量和并判断和两个向量是否在同一直线上，若和在同一直线上，则重复步骤7)和步骤8)；
[0033]
9)根据步骤8)，当时，定义一个球的球心坐标是o
′
(a，b，c)，通过以下三个方程：
[0034][0035][0036][0037]
得出o
′
(a0，b0，c0)；
[0038]
10)根据步骤9)，根据球心到a，b，c三个点的距离分别进行三次球的半径的计算，计算公式如下：
[0039][0040][0041][0042]
然后对计算出的r1，r2和r3求平均值则：
[0043][0044]
且计算出的通过显示控制面板显示。
[0045]
通过采用上述技术方案，将两个弧形壳体紧紧绑在脚踝处，且脚踝要位于脚踝凹槽内，这样可以保证测量的每一组数均是脚踝处的数据，从而可以准确得出下肢的长度；通过显示控制面板进行校正，可以得到一个空间直角坐标系，从而将位置信息具体化；每隔0.01s得出x，y，z三个方向的加速度值，这样能够准确求出每一个时刻之间的平均速度，从而可以准确得出每2s脚踝的位置；通过对向量是否平行的方法来判断是否得到的三个点不在一条直线上，保证所得到的三个位置点能够形成一个球面；通过计算球心坐标，可以得到球心到每一个点的距离；通过将球心分别到每一个点的距离进行求平均值，可以提高计算的准确率。
[0046]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0047]
1.在弧形壳体的外侧壁安装测量装置，能够准确得出患者的下肢长度；
[0048]
2.在弧形壳体之间安装了两个宽度调节带，这样可以适用于不同粗细的下肢；
[0049]
3.通过在弧形壳体上设置脚踝凹槽，不仅有限位的作用，还能准确测量下肢的长度；
[0050]
4.通过显示控制面板进行校正，可以得到一个空间直角坐标系，从而将位置信息具体化；
[0051]
5.每隔0.01s得出x，y，z三个方向的加速度值，这样能够准确求出每一个时刻之间的平均速度，从而可以准确得出每2s脚踝的位置；
[0052]
6.通过对向量是否平行的方法来判断是否得到的三个点不在一条直线上，保证所得到的三个位置点能够形成一个球面；
[0053]
7.通过计算球心坐标，可以得到球心到每一个点的距离；
[0054]
8.通过将球心分别到每一个点的距离进行求平均值，可以提高计算的准确率。
附图说明
[0055]
图1是本发明实施例1中一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置的俯视图；
[0056]
图2是本发明实施例1中一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置的左视图；
[0057]
图3是图1中a-a截面的截面图；
[0058]
图4是本发明实施例1中一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置的使用状态图；
[0059]
图5是本发明实施例2中的原理图；
[0060]
图6是本发明实施例2中的步骤流程图。
[0061]
图中：1、弧形壳体；2、软性衬垫；3、三轴加速度传感器；4、脚踝凹槽；5、宽度调节带；6、显示控制面板；7、控制处理器；8、计时器。
具体实施方式
[0062]
以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。
[0063]
实施例1：一种用于髋关节置换的下肢长度测量装置，如图1至图4所示，包括两个弧形壳体1，两个弧形壳体1均设有脚踝凹槽4；弧形壳体1的外侧壁设有测量装置，两个弧形壳体1之间设有两个宽度调节带5，两个宽度调节带5的两端分别与两个弧形壳体1的端部连接。
[0064]
在本实施例中，当医护人员需要使用该下肢长度测量装置进行测量时，将患者的下肢穿过两个弧形壳体1之间，并且将脚踝放在脚踝凹槽4内，再拉动宽度调节带5，使两个弧形壳体1紧紧与下肢贴合，然后再将患者的下肢进行转动，通过测量装置得出下肢的长度。
[0065]
测量装置包括显示控制面板6、控制处理器7、三轴加速度传感器3和计时器8；显示控制面板6、计时器8和三轴加速度传感器3均与弧形壳体1的外侧壁固定连接；控制处理器7位于弧形壳体1内。
[0066]
在本实施例中，在上述提到的测量下肢的长度的具体实现方式是三轴加速度传感器3测量下肢转动过程中脚踝位置的三个方向的加速度，计时器8会每隔0.01s使控制处理器7将数据进行记录，控制处理器7通过计算得出每一时刻的平均速度，最终计算出每隔2s所得出的位置坐标，得到的三个不在同一直线上的坐标进行计算得出球形的位置，最终得出球的半径，再通过控制处理器7进行平均值计算得出最终的下肢长度，最后控制处理器7将信息传递到显示控制面板6中，医护人员通过显示控制面板6读取下肢的长度，这样就实现了准确测量患者下肢的长度。
[0067]
三轴加速度传感器3位于脚踝凹槽4处。
[0068]
在本实施例中，三轴加速度位于脚踝凹槽4位置，可以准确记录下肢端部的加速度信息，从而准确测量出下肢的长度。
[0069]
弧形壳体1的内侧壁设有软性衬垫2。
[0070]
在本实施例中，软性衬垫2可以提高患者的舒适度。
[0071]
实施例2：一种用于髋关节置换的下肢长度测量方法，如图5和图6所示，包括以下步骤：
[0072]
1)将两个弧形壳体1紧紧绑在脚踝处，并通过与弧形壳体1端部连接的宽度调节带5将两个弧形壳体1进行固定，其中，脚踝位于脚踝凹槽4内；
[0073]
2)利用安装于弧形壳体1外侧壁的显示控制面板6，通过点击显示控制面板6的显示界面中的校正按钮，得到校正后的空间直角坐标系，且点击校正按钮后，脚踝初始位置为o点；然后利用安装于弧形壳体1上的脚踝凹槽4的三轴加速度传感器3，记录空间直角坐标系的x，y，z方向的加速度ac
x
，acy，acz；
[0074]
3)转动脚踝，三轴加速度传感器3的测量值开始变化，利用计时器8开始进行计时，且每隔0.01s记录一组加速度值，测得以下数据：(ac
x1
，ac
y1
，ac
z1
)；(ac
x2
，ac
y2
，ac
z2
)；(ac
x3
，ac
y3
，ac
z3
)；(ac
x4
，ac
y4
，ac
z4
)
……
(ac
xi
，ac
yi
，ac
zi
)；
[0075]
4)根据步骤3)测得的数据，通过植入控制处理器7中计算程序计算每两个时刻之间的平均速度，计算公式如下：
[0076][0077][0078][0079]
5)根据步骤4)，叠加得出x，y，z三个方向的位移，计算公式如下：
[0080][0081][0082][0083]
6)计时器8计时每隔2s，控制处理器7读取一组空间坐标(x，y，z)，则得：
[0084]
a(x1，y1，z1)，b(x2，y2，z2)，c(x3，y3，z3)；
[0085]
7)根据步骤6)，得出向量和
[0086][0087][0088]
8)判断a，b，c三个点是否在同一直线上：
[0089]
若则控制处理器7读取下一组数据d(x4，y4，z4)，并采用步骤7)的方法获得向量和并判断和两个向量是否在同一直线上，若和在同一直线上，则重复步骤7)和步骤8)；
[0090]
9)根据步骤8)，当时，定义一个球的球心坐标是o
′
(a，b，c)，通过以下三个方程：
[0091][0092][0093][0094]
得出o
′
(a0，b0，c0)；
[0095]
10)根据步骤9)，根据球心到a，b，c三个点的距离分别进行三次球的半径的计算，计算公式如下：
[0096][0097][0098][0099]
然后对计算出的r1，r2和r3求平均值则：
[0100][0101]
且计算出的通过显示控制面板6显示。
[0102]
在本实施例中，将两个弧形壳体1紧紧绑在脚踝处，且脚踝要位于脚踝凹槽4内，这样可以保证测量的每一组数均是脚踝处的数据，从而可以准确得出下肢的长度；通过显示控制面板6进行校正，可以得到一个空间直角坐标系，从而将位置信息具体化，可以得出每一个点的相对位置；每隔0.01s得出x，y，z三个方向的加速度值，这样能够准确求出每一个时刻之间的平均速度，每隔2s取一组位置信息，可以准确得出每2s脚踝的位置；通过对向量是否平行的方法来判断得到的三个点是否不在一条直线上，保证所得到的三个位置点能够形成一个球面；通过计算球心坐标，可以得到球心到每一个点的距离，在求距离时，控制处理器7需要对计算出的三个距离值保留两位小数；通过将球心分别到每一个点的距离进行求平均值，可以提高计算的准确率。
[0103]
工作原理：在弧形壳体1的外侧壁安装测量装置，能够准确得出患者的下肢长度；在弧形壳体1之间安装了两个宽度调节带5，这样可以适用于不同粗细的下肢；通过在弧形壳体1上设置脚踝凹槽4，不仅有限位的作用，还能准确测量下肢的长度；将两个弧形壳体1紧紧绑在脚踝处，且脚踝要位于脚踝凹槽4内，这样可以保证测量的每一组数均是脚踝处的数据，从而可以准确得出下肢的长度；通过显示控制面板6进行校正，可以得到一个空间直角坐标系，从而将位置信息具体化；每隔0.01s得出x，y，z三个方向的加速度值，这样能够准确求出每一个时刻之间的平均速度，从而可以准确得出每2s脚踝的位置；通过对向量是否平行的方法来判断是否得到的三个点不在一条直线上，保证所得到的三个位置点能够形成一个球面；通过计算球心坐标，可以得到球心到每一个点的距离；通过将球心分别到每一个点的距离进行求平均值，可以提高计算的准确率。
[0104]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。