一种三维角度测量仪及其使用方法

1.本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种三维角度测量仪及其使用方法，适用于医生在人工全髋关节置换等手术操作中测量或指引其操作的方向，以提高髋臼臼杯置入角度(外展角和前倾角)的精准度，同理还可用于经皮腰椎间盘穿刺等其它领域。


背景技术：

2.医生在对患病人体进行人工全髋关节置换等手术操作时，往往需要以一定的角度(外展角和前倾角)来置放髋臼臼杯，但在临床工作中，医生对髋臼臼杯置放的角度往往是通过肉眼来评估，不可避免地存在一定的误差，有时这种误差还较大，过大的误差会导致术后髋关节活动范围过小或出现髋关节假体部件磨损过快，以及出现髋关节脱位等并发症。另外，在一些穿刺定位领域，如医生在行经皮腰椎间盘穿刺时，往往会在术前通过影像资料来规划术中穿刺的角度，即穿刺针相对于患者人体冠状面向后(或向前)和相对于人体横切面向头侧(或向尾侧)倾斜的角度，但在实际手术操作中，医生往往是用肉眼来评估穿刺的角度，容易造成相对较大的误差，从而导致术中需反复调整穿刺的方向而增加对患者的负损伤和浪费手术时间。
3.为提高髋臼臼杯置放角度以及提高经皮椎间盘穿刺等操作方向上的精准度，国内外学者们展开了积级探索，如术中采用x光透视、导航或机器人等辅助进行操作，其在使用中也取得了较好的精度，有效提高了手术效果。但相应的设备有的误差仍较大，有的则对人体产生射线辐射，还有的体积过大或/和操作繁琐，会明显延长了手术时间、增加术中出血量，以及增加出现麻醉并发症和感染等风险，且导航设备在其使用过程中往往需在人体骨骼上置钉来连接导航接收器(示踪器)，这额外增加了手术创伤；再者，一台导航(或手术机器人)的价格往往数百万元甚至上千万元，这极大地增加了医疗成本；另外，同一公司开发的导航(或手术机器人)往往只能用于其本公司的产品，而难以与市面上其它公司的产品进行很好的兼容，从而也进一步影响了其推广和普及。
4.目前还有一些工具或器械是髋臼臼杯置入髋臼后，再对臼杯的倾角进行测量，如臼杯的倾角不合适，则相应的再对臼杯的倾角进行调整，这样会浪费手术时间，而且反复调整臼杯的方向会影响臼杯植入的松紧度。另外，本发明人作为第一发明人于2021年3月23日获得的实用新型专利“一种光导式医用角度测量-控制器”(专利号：202020528652.3)，系术中利用光线对操作方向进行引导，其设备较大地占用了手术室有限的空间，且操作时术者及助手均要注意避开光线，这会给操作带来不便；还有，本发明人作为第一发明人于2021年12月7日获得的实用新型专利“一种医用角度测量-控制器”(专利号：202121408958.6)，其在使用过程中指针摆动的幅度过大、指针反复摆动时间过长，从而会明显导致手术时间的延长，且其角度测量-控制器在与髋臼锉杆相贴的过程中，其测量-控制器与髋臼锉杆为手握式活动连接，存在一定的手动误差，从而影响了其角度测量的精准度。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种三维角度测量仪及其使用方法，能够解决现有相应的设备有的误差仍较大，有的对人体产生辐射损害，有的需在臼杯植入后再对其倾角进行测量、调整，有的则体积过大或/和操作繁琐，会明显延长了手术时间、增加术中出血量，以及增加出现麻醉并发症和感染等风险的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供的一种三维角度测量仪，包括竖直角度测量结构和水平角度测量结构；所述竖直角度测量结构包括处于竖直方向的竖直圆弧表盘、与所述竖直圆弧表盘的圆心活动连接并用于读出竖直圆弧表盘相对于水平面的倾斜角度的指针、竖直圆弧表盘固定结构；所述水平角度测量结构包括水平圆弧表盘和套接在所述水平圆弧表盘上的水平圆弧表盘固定结构，所述水平圆弧表盘固定结构的上部固定结构用于套接水平圆弧表盘，其上部固定结构与水平圆弧表盘套接的内表面的弧度与水平圆弧表盘外缘的弧度一致；所述水平圆弧表盘固定结构的下部固定结构用于安装髋臼臼杯把持杆或穿刺针，该下部固定结构上设有紧固件，用于固紧髋臼臼杯把持杆或穿刺针；所述髋臼臼杯把持杆固定后，所述水平圆弧表盘所在圆的圆心位于髋臼臼杯把持杆的头端中心位置；所述水平圆弧表盘的正面和反面均标有沿其圆弧方向设置的刻度线，所述竖直圆弧表盘通过竖直圆弧表盘固定结构固定在水平圆弧表盘上的0
°
刻度线的位置，且所述竖直圆弧表盘与水平圆弧表盘呈90
°
垂直相交，且所述水平圆弧表盘所在圆的圆心位于所述竖直圆弧表盘所在的竖直平面内。
7.进一步的，所述水平圆弧表盘固定结构的下部固定结构用于安装穿刺针时，所述下部固定结构套接有逐级套筒，所述逐级套筒为上一级套筒的内径与下一级套筒的外径相匹配的多个套筒相组合，所述穿刺针的外径与最下一级套筒的内径相匹配。
8.优选的，所述竖直圆弧表盘包括垂直相交的第一连杆和第二连杆、连接在所述第一连杆和第二连杆的端部之间的弧形连杆、与所述第一连杆间隔并平行设置的第三连杆，所述弧形连杆上设有沿其圆弧方向设置的刻度线；所述第三连杆与所述竖直圆弧表盘固定结构连接。
9.进一步的，所述竖直圆弧表盘固定结构呈l形，其水平部分具有供所述水平圆弧表盘穿过的水平通槽，其竖直部分具有供所述第三连杆穿过的竖直通槽；所述竖直圆弧表盘固定结构的水平部分上螺纹旋接有用于将所述水平圆弧表盘固定在所述水平通槽中的第一固紧旋钮；所述竖直圆弧表盘固定结构的竖直部分上螺纹旋接有用于将所述第三连杆固定在所述竖直通槽中的第二固紧旋钮。
10.优选的，所述指针在重力作用下始终竖直向下，所述弧形连杆上的刻度线为0
°
至90
°
角度的刻度线；所述弧形连杆上设有用于将指针限定在小范围内摆动的可移动式弹性指针限位夹。
11.进一步的，所述水平圆弧表盘远离0
°
刻度线的一端设有用于对水平圆弧表盘进行升降和旋转调节的万向支架。
12.相应的，本发明还提供了三维角度测量仪的使用方法，包括以下步骤：
13.术中患者取标准的侧卧位，术者常规消毒、铺巾，切开显露髋臼并将髋臼磨锉好，助手将三维角度测量仪套接在髋臼臼杯把持杆上，先将水平圆弧表盘固定结构的旋转角度调至术前规划的髋臼臼杯置入的前倾角度，让髋臼臼杯把持杆的头端携髋臼臼杯置入已磨
挫好的髋臼内，当臼杯的头端顶至髋臼的合适位置后，将竖直圆弧表盘所在的竖直平面调为与患者人体冠状面平行，调整髋臼臼杯把持杆的尾端至竖直圆弧表盘的指针指向术前规划好的外展角度，术者顺此方向置入髋臼臼杯至其稳固即可；
14.当用于经皮腰椎间盘穿刺时，患者取俯卧位，术者在术前通过影像资料来规划术中穿刺的角度，即穿刺针相对于患者人体冠状面向后和相对于人体横切面向头侧倾斜的角度，然后在三维角度测量仪的水平圆弧表盘固定结构的下部固定结构上套接合适的逐级套筒，穿刺针的尾部穿于逐级套筒内，先将水平圆弧表盘固定结构的旋转角度调至术前规划的穿刺针的尾端相对于人体横切面向头侧倾斜的角度，将穿刺针的头端抵达穿刺点后，将竖直圆弧表盘所在的竖直平面调为与患者人体横切面平行，调整穿刺针的尾端至竖直圆弧表盘的指针指向术前规划好的穿刺针相对于人体冠状面向后倾斜的角度，术者顺此方向进行穿刺即可。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
16.1、本发明的竖直圆弧表盘和水平圆弧表盘垂直相交，能分别测竖直方向和水平方向上的旋转角度，从而便于医生实时掌握术中操作的三维角度，以利于医生提高手术操作方向上的精准度，可用于全髋关节置换术中提高髋臼臼杯置入角度(前倾角和外展角)的精准度，也可用于经皮腰椎间盘穿刺等其它需在术中瞄操作方向的手术领域，其使用方便，操作便利，利于推广和普及。
17.2、本发明的三维角度测量仪为用于医生在人工全髋关节置换手术操作中，能通过直接调好髋臼臼杯把持杆的倾斜角度从而将髋臼臼杯置入至合适的角度(合适的外展角和前倾角)，从而减少医生用肉眼评估所致的误差过大，或用其它工具对植入后的臼杯进行测量及重新调整臼杯置入的角度所致的操作繁琐，基于上述操作原理，本发明还可用于经皮腰椎间盘穿刺等其它手术操作领域，以利于医生在手术中掌握好穿刺针或操作工具的行进方向，其使用方便，用途广，利于推广和普及。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
19.图1为本发明的三维角度测量仪的结构示意图。
20.图2为本发明的三维角度测量仪(带髋臼臼杯把持杆)的结构示意图。
21.图3为图2的俯视图。
22.图4为图2的局部斜视图。
23.图5为本发明的水平圆弧表盘固定结构(紧固件已旋紧)的结构示意图。
24.图6为本发明的水平圆弧表盘固定结构(紧固件松开)的结构示意图。
25.图7为本发明的竖直圆弧表盘所在的平面与髋臼臼杯把持杆的中心线成20
°
角度的结构示意图。
26.图8为本发明的水平圆弧表盘固定结构位于的水平圆弧表盘的20
°
角度的结构示意图。
27.图9为本发明的水平圆弧表盘的结构示意图。
28.图10为本发明的竖直圆弧表盘的指针指向0
°
刻度线的结构示意图。
29.图11为本发明的竖直圆弧表盘的指针指向40
°
刻度线的结构示意图。
30.图12为图11的局部放大示意图。
31.图13为本发明的竖直圆弧表盘固定结构的结构示意图。
32.图14为本发明的三维角度测量仪(带逐级套筒)的结构示意图。
33.图15为本发明的三维角度测量仪(带逐级套筒及穿刺针)的结构示意图。
34.图16为本发明的三维角度测量仪(带万向支架)的结构示意图。
35.图17为图16的局部斜视图。
36.图18为本发明的可移动式弹性指针限位夹的斜视图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.下面参见图1至图18对本发明的三维角度测量仪及其使用方法进行详细说明。
39.本发明提供的三维角度测量仪包括竖直角度测量结构100和水平角度测量结构200，其中，竖直角度测量结构100包括竖直圆弧表盘110、指针120、可移动式弹性指针限位夹130和竖直圆弧表盘固定结构140，指针120活动连接在竖直圆弧表盘110的圆心处，指针120在重力作用下始终竖直向下，用于读出竖直圆弧表盘110相对于水平面的倾斜角度。竖直圆弧表盘110上设有可移动式弹性指针限位夹130，可将指针120限定在一定的角度范围的范围内摆动。
40.另外，水平角度测量结构200包括水平圆弧表盘210和套接在水平圆弧表盘上的水平圆弧表盘固定结构220。水平圆弧表盘210的正面和反面均标有沿其圆弧方向设置的刻度线，以用于显示水平圆弧表盘固定结构220旋转的角度，当用于髋关节置换时，其旋转角度限定在0
°‑
30
°
。水平圆弧表盘210通过水平圆弧表盘固定结构220固定于髋臼臼杯把持杆300上的合适位置，水平圆弧表盘210所在圆的圆心位于髋臼臼杯把持杆300的头端中心位置，如图7所示。
41.水平圆弧表盘210的正面和反面均标有沿其圆弧方向设置的刻度线，竖直圆弧表盘110通过竖直圆弧表盘固定结构140固定在水平圆弧表盘210上的0
°
刻度线的位置，且竖直圆弧表盘110与水平圆弧表盘210呈90
°
垂直相交，且水平圆弧表盘210所在圆的圆心位于竖直圆弧表盘110所在的竖直平面内。
42.水平圆弧表盘固定结构220的上部固定结构用于套接水平圆弧表盘210，其上部固定结构与水平圆弧表盘210套接的内表面的弧度与水平圆弧表盘210外缘的弧度一致。水平圆弧表盘固定结构220的下部固定结构用于安装髋臼臼杯把持杆300，下部固定结构上设有紧固件310，用于固紧髋臼臼杯把持杆300或穿刺针400。髋臼臼杯把持杆300固定后，水平圆弧表盘210所在圆的圆心位于髋臼臼杯把持杆300的头端中心位置。
43.具体的，竖直圆弧表盘110包括垂直相交的第一连杆111和第二连杆112、连接在第
一连杆111和第二连杆112的端部之间的弧形连杆113、与第一连杆111间隔并平行设置的第三连杆114，弧形连杆113上设有沿其圆弧方向设置的刻度线，该刻度线为0
°
至90
°
角度的刻度线。第三连杆114与竖直圆弧表盘固定结构140连接。
44.在本发明中，竖直圆弧表盘固定结构140呈l形，其水平部分具有供水平圆弧表盘210穿过的水平通槽，其竖直部分具有供第三连杆114穿过的竖直通槽。竖直圆弧表盘固定结构140的水平部分上螺纹旋接有用于将水平圆弧表盘210固定在水平通槽中的第一固紧旋钮141。竖直圆弧表盘固定结构140的竖直部分上螺纹旋接有用于将第三连杆114固定在竖直通槽中的第二固紧旋钮142。
45.水平圆弧表盘固定结构220的下部固定结构还可用于套接逐级套筒230，逐级套筒230为上一级套筒的内径与下一级套筒的外径相匹配的多个套筒相组合，术中穿刺针400置于套筒内进行穿刺操作，穿刺针400的外径与最下一级套筒的内径相匹配，术中可根据穿刺针400的外径大小来选取合适粗细的逐级套筒230来配合穿刺针400使用。
46.水平圆弧表盘210远离0
°
刻度线的一端设有用于对水平圆弧表盘210进行升降和旋转调节的万向支架500。当用于穿刺操作时，调好穿刺角度后，可通过万向支架500来维持角度测量仪的空中位置，便于医生术中腾出双手来进行穿刺操作。
47.本发明所提供的三维角度测量仪能较好地用于在侧卧位行人工全髋关节置换术中测量髋臼臼杯置入时的倾角，术中患者取标准的侧卧位时(患侧在上)，术者常规消毒、铺巾，切开显露髋臼并将髋臼磨锉好，助手将此三维角度测量仪套接在髋臼臼杯把持杆300上，先将水平圆弧表盘固定结构220的旋转角度调至术前规划的髋臼臼杯置入的前倾角度(如术前规划臼杯置入的前倾角为20
°
，则如图8所示，将水平圆弧表盘固定结构220的旋转角度调至20
°
)，让髋臼臼杯把持杆的头端携髋臼臼杯置入已磨挫好的髋臼内(把持杆的纵轴垂直于髋臼臼杯的开口面所在的平面)，当臼杯的头端顶至髋臼的合适位置后，将竖直圆弧表盘110所在的竖直平面调为与患者人体冠状面平行(如患者已摆放在标准的侧卧位，此时手术床的纵轴方向与患者躯干的纵轴方向一致，竖直圆弧表盘110所在的竖直平面也可调至与手术床的纵轴所在的平面的方向一致)，调整髋臼臼杯把持杆300的尾端至竖直圆弧表盘110的指针120指向术前规划好的外展角度(当髋臼臼杯把持杆300与地面平行时，此时外展角度为0
°
，术者将髋臼臼杯把持杆300的尾端向上抬时，因竖直圆弧表盘110的指针120在重力作用下始终竖直向下，指针120会显示髋臼臼杯把持杆300的尾端上抬后髋臼臼杯把持杆300的倾斜角度，此髋臼臼杯把持杆300在竖直方向上的倾斜角度即等于臼杯置入的外展角，如图11、图12的外展角为40
°
)，术者顺此方向置入髋臼臼杯至其稳固即可。
48.基于上述原理，当用于经皮腰椎间盘穿刺时，患者取俯卧位，术者在术前通过影像资料来规划术中穿刺的角度，即穿刺针400相对于患者人体冠状面向后和相对于人体横切面向头侧倾斜的角度，为减少术中医生凭肉眼瞄穿刺方向所致的误差过大，医生可在术中先确定好穿刺点，然后在此三维角度测量仪的水平圆弧表盘固定结构220的下部固定结构上套接合适的逐级套筒230，穿刺针400的尾部穿于逐级套筒230内，先将水平圆弧表盘固定结构220的旋转角度调至术前规划的穿刺针的尾端相对于人体横切面向头侧倾斜的角度，将穿刺针400的头端抵达穿刺点后，将竖直圆弧表盘110所在的竖直平面调为与患者人体横切面平行，调整穿刺针400的尾端至竖直圆弧表盘110的指针120指向术前规划好的穿刺针相对于人体冠状面向后倾斜的角度，术者顺此方向进行穿刺即可。
49.本发明适用于医生在人工全髋关节置换等手术操作中测量或指引其操作的方向，以提高髋臼臼杯置入角度(外展角和前倾角)的精准度，同理还可用于经皮腰椎间盘穿刺等其它领域。
50.本发明的三维角度测量仪能在术中较为精准地引导髋臼臼杯把持杆携髋臼臼杯置入的外展角和前倾角，以减少医生用肉眼评估臼杯置入角度(外展角和前倾角)所致的误差过大，同理，可用于经皮腰椎间盘穿刺等其它需瞄手术操作方向的领域，其使用方便，用途广，利于推广和普及。
51.以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。