[004引（2)通过（1)中测得的角度，解算出对应的测量模块一 5的X轴在世界坐标系中的向 量值苟和起。将病和而进行叉乘，得到冠状面(与骨盆前平面平巧的法向量4。
[0046] (3)通过（1)中测得的角度，解算出对应的测量模块一5的y轴在世界坐标系中的向 量值知和耗。将病和耗进行叉乘，得到矢状面的法向量馬（由左到右，即图帥的C一B)。
[0047] (4)得到敢和馬，即得到了骨盆的姿态。
[0048] 步骤5.医生取下骨盆静态测量装置，将骨盆动态测量装置与步骤4测量得到的骨 盆初始姿态对齐，并将骨盆动态测量装置的针12固定在某一特征点上，如右侧骼前上棘B 处。
[0049] 步骤6.医生可将患者置于便于进行手术操作的姿态，由于通过步骤5已经将骨盆 动态测量装置与骨盆固定，因而可实时测得骨盆姿态。
[0050] 步骤7.医生根据步骤6测得的骨盆实时姿态放置髓白，髓白上应放置同样的测量 装置，W便于通过参考骨盆姿态计算出髓白相对于骨盆的角度。
[0051] 本实施例的功能实现主要包含硬件与软件两部分。硬件部分主要是上述的骨盆测 量模块，其实现原理如图3所示。按功能划分为数据采集模块(传感器模块）、数据处理W及 数据传输模块，实现运些功能的电路均位于骨盆测量模块中。
[0052] 下面说明该硬件部分工作流程：
[0053] 步骤1.电池对各模块供电；
[0054] 步骤2.数据处理模块由MCU实现，在上电后开始对运动传感器进行配置；
[005引步骤3.各传感器开始采集数据，运动传感器W 50监频率对S轴加速度、角速度、地 磁场强度进行采样；
[0056] 步骤4.数据处理模块将运动传感器采集的数据存储在缓冲区；
[0057] 步骤5.完成数据采集后，将数据W无线(Wifi)模式发出；
[0058] 步骤6.发送完成后，跳转至步骤3，循环重复。
[0059] 本实施例的软件部分主要在体外处理器中实现，如图4所示的计算机。按功能可分 为数据提取模块、姿态测算模块、姿态显示模块=个部分，如图4所示。软件安装在体外的计 算机上，W下是软件的工作流程：
[0060] 步骤1.数据获取阶段，计算机接收硬件传来的混合数据，将其拆分为加速度数据、 地磁数据和角速度数据；
[0061] 步骤2.静态姿态测量，根据=轴地磁数据确定绕垂直轴的转角，通过=轴加速度 数据确定绕两水平轴转角，进而得到静态姿态数据；
[0062] 步骤3 .动态姿态测量，根据=轴角速度数据可进行动态姿态检测，其基本原理是 将=轴角速度数据进行积分，得到绕每个轴的旋转角度；
[0063] 步骤4.将通过静态姿态解算得到的数据与通过角速度积分得到的数据进行数据 融合，即图4中的卡尔曼滤波，可得到最终的骨盆动态姿态数据；
[0064] 步骤5.将最终得到的姿态数据W便于直观理解的方式显示出来。
[0065] 在上述软件工作完成后，医生能够确保人工髓白安装在合适的角度，进而避免过 早磨损、倾向脱位W及患者不舒适。
【主权项】
1. 一种全髋关节置换手术中骨盆姿态获取方法，其特征在于， 在术前，利用骨盆静态测量装置，通过测量初始静态骨盆前平面确定骨盆初始姿态； 在术中，以该初始姿态为基准，将骨盆动态测量装置与骨盆对齐，实现术中骨盆姿态的 实时测量； 其中，所述骨盆静态测量装置和骨盆动态测量装置具有相同的测量模块，所述测量模 块中设置有数据采集模块，所述数据采集模块包括运动传感器。2. 根据权利要求1所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取方法与系统，其特征在于，所 述运动传感器获取骨盆姿态数据，将获取的姿态数据以无线的方式发出，利用无线接收装 置接收该数据信号并在计算机上进行处理，最终显示出骨盆的实时姿态数据。3. -种全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，包括： 用于测量骨盆初始姿态的骨盆静态测量装置； 用于根据骨盆初始姿态测量骨盆实时姿态的骨盆动态测量装置； 其中，骨盆静态测量装置和骨盆动态测量装置中均设置有骨盆测量模块，所述骨盆测 量模块包括数据采集模块，所述数据采集模块包括运动传感器。4. 根据权利要求3所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述骨盆 静态测量装置包括固定基座一(2)和固定基座二(6)，固定基座一(2)和固定基座二(6)上均 设置有旋转杆（1 )，标有刻度(3)的可拉伸杆(4)连接在两旋转杆（1)之间，其中一个旋转杆 (1)的顶部安装骨盆测量模块一(5)。5. 根据权利要求4所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述骨盆 动态测量装置包括骨盆测量模块二（11)和用于将骨盆测量模块二（11)固定在骨盆平面的 针（12)。6. 根据权利要求5所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述骨盆 测量模块一(5)和骨盆测量模块二（11)结构一致，均包含保护壳(21)，保护壳(21)内设置运 动传感器(22 )，所述运动传感器(22)包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。7. 根据权利要求3所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，还包括： 数据处理模块，用于将运动传感器采集的数据存在缓冲区； 数据传输模块，用于将所述缓冲区中的一帧数据发送至体外处理器； 体外处理器，接收所述数据传输模块发送的数据，提取运动数据，获得髋关节置换手术 中骨盆的实时姿态。8. 根据权利要求7所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述数据 处理模块由一个MCU实现;所述数据传输模块采用wifi方式将数据外送，所述体外处理器为 计算机。9. 根据权利要求7或8所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述 体外处理器包括： 用于将来自数据传输模块的数据拆解为加速度数据、地磁数据和角速度数据的数据提 取模块； 用于根据获得的数据进行骨盆静态与动态的姿态测算模块； 用于显示姿态测算模块测算得到的姿态数据，方便外科医生更好地进行髋关节置换手 术的显示模块。10.根据权利要求9所述全髋关节置换手术中骨盆姿态获取系统，其特征在于，所述体 外处理器根据骨盆静态测量装置中三轴地磁数据，确定绕垂直轴的转角，通过三轴加速度 数据确定绕两水平轴转角，进而得到静态姿态数据;所述体外处理器根据骨盆动态测量装 置中三轴角速度数据进行动态姿态检测，其基本原理是将三轴角速度数据进行积分，得到 绕每个轴的旋转角度，将通过静态姿态解算得到的数据与通过角速度积分得到的数据进行 数据融合，即卡尔曼滤波，从而得到最终的骨盆动态姿态数据。
【专利摘要】本发明为一种全髋关节置换手术中骨盆姿态获取方法与系统，在术前，利用骨盆静态测量装置，通过测量初始静态骨盆前平面确定骨盆初始姿态；在术中，以该初始姿态为基准，将骨盆动态测量装置与骨盆对齐，实现术中骨盆姿态的实时测量；其中，骨盆静态测量装置和骨盆动态测量装置具有相同的测量模块，测量模块中设置有数据采集模块，数据采集模块包括运动传感器。系统按功能可分为数据采集、数据处理和数据传输三个模块；按组成部分可分为骨盆静态测量装置和骨盆动态测量装置，每一部分装置都安装传感器，将传感器数据实时传输到计算机终端，在计算机上计算并显示骨盆姿态，本发明可实时获取骨盆姿态，并将获取的骨盆姿态作为髋关节置换手术的参考。
【IPC分类】A61F2/46, A61F2/34, A61B34/10
【公开号】CN105559884
【申请号】CN201610079471
【发明人】陈虹, 曹哲
【申请人】清华大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月4日