CN106806040B - 一种椎间融合器植入控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种椎间融合器植入控制装置及方法，装置包括试模体、多个压力传感器；所述多个压力传感器置于所述试模体的多个预设位置，用于实时获取所述试模体上所述预设位置所承受的压力数据，以根据所述压力数据进行椎间融合器植入控制。本发明实施例的技术方案能精确控制椎间融合器植入位置。

Description

一种椎间融合器植入控制装置

技术领域

本发明涉及植入工具领域，具体涉及一种椎间融合器植入控制装置。

背景技术

当脊椎的椎间盘发生病变时，需要进行椎间融合，目前常用的椎间融合方案是：将病变的椎间盘移除，接着在被移除的椎间盘部位放入与椎间盘形状类似的椎间融合物。但是椎间融合过程需要将椎间融合物放置在椎间适当的位置，这样才能保证椎体间良好的融合。目前植入椎间植入物的器械主要通过在试模杆上设置一个限位装置或者仅仅凭借椎间融合操作人员个人的经验或者手感来判断椎间融合物的植入深度和位置。由于不同个体间椎体间隙和压力均存在差异，这种相对粗糙的植入方法，在植入后期可能因为个体脊椎结构的细微差异，造成植入后期融合效果不好。所以，目前亟需一种能针对不同个体脊椎结构进行精准定位的植入器械。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种椎间融合器植入控制装置，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

本发明实施例提供了一种椎间融合器植入控制装置，包括试模体以及多个压力传感器；

所述多个压力传感器分别对应置于所述试模体的多个预设位置，用于实时获取所述试模体上所述预设位置所承受的压力数据，以根据所述压力数据进行椎间融合器植入控制。

进一步地，所述椎间融合器植入控制装置还包括接收模块、以及控制模块；

所述接收模块用于接收所述多个压力传感器的压力数据；

所述控制模块用于从所述接收模块获取所述压力数据，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

进一步地，所述试模体的表面包括多个预设轨迹的槽结构，将所述多个压力传感器置于所述预设轨迹的槽结构中，用于控制试模体的植入位置。

进一步地，所述预设轨迹为预设曲线方程轨迹。

进一步地，所述预设曲线方程轨迹，是依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试确定的符合预设椎间融合器植入操作的类型所对应的多种植入部位的受力权重所拟合得出的曲线方程轨迹。

进一步地，所述植入部位包括颈椎、胸腰椎和脊椎中的至少两种。

进一步地，所述多个压力传感器包括第一压力传感器以及第二压力传感器。

进一步地：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

其中，t₁+t₂＝π；

其中，所述曲线方程的参考坐标系的原点为所述试模体的几何中心，Y轴为所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向；

其中，X₁为第一传感器的放置位置的X坐标，Y₁为第一传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₂为第二传感器的放置位置的X坐标，Y₂为第二传感器的放置位置的Y坐标。

进一步地，所述多个压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、以及第四压力传感器。

进一步地：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第三压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第四压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

其中，t₁+t₂＝π，t₃+t₄＝3π；

其中，所述曲线方程的参考坐标系的原点为所述试模体的几何中心，Y轴为所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向；

其中，X₁为第一传感器的放置位置的X坐标，Y₁为第一传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₂为第二传感器的放置位置的X坐标，Y₂为第二传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₃为第三传感器的放置位置的X坐标，Y₃为第三传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₄为第四传感器的放置位置的X坐标，Y₄为第四传感器的放置位置的Y坐标。

其中，所述曲线方程的参考坐标系的原点为所述试模体的几何中心，Y轴为所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向。

进一步地，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求包括：

根据所述多个压力传感器在所述试模体中的位置、当前植入操作的类型、以及植入对象的身体指标，确定所述多个压力传感器在所述试模体所占的受力权重；

将所述多个压力传感器的压力数据乘以对应的受力权重求和作为所述试模体的压力参考值，根据所述压力参考值是否满足预设的压力参考值范围确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求。

进一步地，所述压力传感器为无线压力传感器，所述接收模块为无线接收模块。

进一步地，所述压力传感器为高精密的无线蓝牙通信压力传感器，所述接收模块为无线蓝牙接收模块。

进一步地，所述装置还包括至少一个探头，位于试模杆上，用于所述试模体植入过程中探测到椎体的距离；

所述控制模块用于根据所述距离和所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

本发明实施例提出的技术方案的有益技术效果是：

本发明实施例通过实时获取置于试模体的多个预设位置的多个压力传感器的压力数据，因此可以根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，进而可以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。能提高椎间融合器植入位置的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例一所述的椎间融合器植入控制装置的结构框图；

图2是本发明具体实施例一所述的椎间融合器植入控制装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施例一所述的椎间融合器植入控制装置加入两个探头后的结构示意图；

图4是本发明具体实施例二所述的椎间融合器植入控制装置的试模体及压力传感器的位置示意图；

图5是本发明具体实施例二所述的椎间融合器植入控制装置的试模体上各传感器在整个试模所占受力权重的示意图；

图6是本发明具体实施例三所述的椎间融合器植入控制装置的试模体及压力传感器的位置示意图；

图7是本发明具体实施例三所述的椎间融合器植入控制装置的试模体上各传感器在整个试模所占受力权重的示意图；

图8是本发明具体实施例二和三所述的椎间融合器植入控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本发明具体实施例一所述的椎间融合器植入控制装置的结构框图，本实施例可适用于在椎间融合器植入操作之前，通过植入试模体进行植入情况评估，如图1所示，本实施例所述的椎间融合器植入控制装置包括：

试模体310、多个压力传感器320(总标记为320，图中未示出，包括321、322、323等)。

所述多个压力传感器320分别对应置于所述试模体310的多个预设位置，用于实时获取所述试模体310上所述预设位置所承受的压力数据，以根据所述压力数据进行椎间融合器植入控制。

进一步地，本实施例所述的椎间融合器植入控制装置还可包括接收模块330、以及控制模块340。所述接收模块330用于接收所述多个压力传感器的压力数据，所述控制模块340用于从所述接收模块330获取所述压力数据，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体310的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

本实施例所述的椎间融合器植入控制装置适用于多种植入操作的类型，用于对多种植入部位的椎间融合器植入控制，包括颈椎、胸椎、以及腰椎等。

本实施例所采用的压力传感器例如为高精度压力传感器，可以是无线的压力传感器，也可以是有线的压力传感器。

若本实施例采用无线的压力传感器，则各传感器均包含有无线传输模块，(例如蓝牙模块、无线保真模块等)，用于将测量的压力数据无线传输到所述接收模块330。此时，所述接收模块330也应该为与所述无线传感器包含的无线模块配合工作的无线接收模块。例如，如图2所示，本实施例中所述压力传感器采用高精密的无线蓝牙通信压力传感器，所述接收模块为无线蓝牙接收模块。

若本实施例采用有线的压力传感器，则各传感器与所述接收模块330电性连接，所述接收模块330与所述控制模块340也位于所述试模体310中。

如图3中所示，为了进一步增强本实施例所述的椎间融合器植入控制装置的控制精度，所述椎间融合器植入控制装置还可包括至少一个探头324，位于试模杆325上，用于所述试模体310植入过程中探测到椎体的距离，所述探头324例如为2个，分别位于所述试模杆325的上下两侧的方向。以使所述控制模块用于根据所述距离和所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

需要说明的是，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求可包括多种，例如：可根据所述多个压力传感器在所述试模体中的位置、当前植入操作的类型、以及植入对象的身体指标，确定所述多个压力传感器在所述试模体所占的受力权重。将所述多个压力传感器的压力数据乘以对应的受力权重求和作为所述试模体的压力参考值，根据所述压力参考值是否满足预设的压力参考值范围确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求。

为了精确控制所述多个压力传感器的放置位置，可在所述试模体的表面包括多个预设轨迹的槽结构，所述多个压力传感器置于所述具有预设轨迹的槽结构中即可准确反映试模的受力情况，进而控制植入位置。

作为示例，为了使本实施例所述的椎间融合器植入控制装置具有适用各种植入操作的类型的普适性，所述预设轨迹为预设曲线方程轨迹。

例如，所述预设曲线方程轨迹，可依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试确定的符合预设椎间融合器植入操作的类型所对应的多种植入部位的受力权重所拟合得出的曲线方程轨迹。

本发明实施例所公开的椎间融合器植入控制装置通过实时获取置于试模体310的多个预设位置的多个压力传感器的压力数据，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体310的植入位置是否满足预设要求，根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。能提高椎间融合器植入位置的控制精度。

实施例二

本实施例以所述椎间融合器植入控制装置包括两个压力传感器为例，说明本实施例的技术方案。

所述二个压力传感器可以分别为第一压力传感器以及第二压力传感器。

图4是本发明具体实施例二所述的椎间融合器植入控制装置的试模体及压力传感器的位置示意图，即第一压力传感器位置为X1(x1，y1)，第二压力传感器位置为X2(x2，y2)。经过有限元分析得出两个压力传感器在整个试模所占受力权重Y1，Y2，如图5所示。

以试模体的几何中心为原点，以所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向的轴为Y轴的坐标系为例，依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试确定的符合针对腰椎、胸椎、颈椎的椎间融合器植入操作的受力权重所拟合得出的曲线方程如下：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

两个高精密压力传感器相对于试模体的安放位置需满足于以上曲线条件，才能反馈给控制模块满足人体工程学合理的数据，并与控制模块的预设数据进行比对从而精准确定试模的植入位置，其中曲线设计的原理是依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试得到了符合不同部位(包括颈椎、胸腰椎等位置)的受力权重，拟合得到了以上的方程。

两个高精密压力传感器需放置在符合以上两条曲线的对应位置，以保证数据的合理采集并计算，这样可以获得较精确的数据以便于控制系统的判断。为了使得两个传感器的位置保持对应一致，还要满足以下关系确保采集的数据的对称，要满足t₁+t₂＝π的关系。

两个传感器放置的位置说明：当两个传感器符合以上数学关系时，能够保证两个传感器在试模体的受重最大位置，这样计算出的终端显示出来的重力最大位置也是准确、可靠的。

所有压力传感器采集到的压力数据通过无线蓝牙方式传输给后端接收模块，通过控制模块进行数据分析，将最终结果显示到人机交互界面上。

F1(X)为重力最大位置:

F1(X(x，y))＝X1(x1，y1)*Y1+X2(x2，y2)*Y2

L为椎间融合器假体试模的植入长度，L为：

L＝A-L1*sin(|L1-L2|*L3/L2)

其中A为椎间融合器试模植入材料的长度，L为试模植入长度，L1为第一探头距离所对应的最近的第一椎体的距离，L2为第二探头距离最近相邻第二椎体的距离，L3为探头之间的距离。

本实施例在实施例一的基础之上，以包括两个压力传感器的椎间融合器植入控制装置为例，说明本装置的具体实现方式，该装置具有普遍的适用性，无论试模体形状如何，只在特定的植入操作中将所述两个压力传感器放置于既定的曲线上，即可根据现有的预设算法进行椎间融合器植入控制，本实施例所述的装置具有高精度、普适性的特点。

实施例三

本实施例以所述椎间融合器植入控制装置包括四个压力传感器为例，说明本实施例的技术方案。

所述四个压力传感器分别为第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、以及第四压力传感器。

图6是本发明具体实施例三所述的椎间融合器植入控制装置的试模体及压力传感器的位置示意图，即第一压力传感器位置为X1(x1，y1)，第二压力传感器位置为X2(x2，y2)，第三压力传感器位置为X3(x3，y3)，第四压力传感器位置为X4(x4，y4)。经过有限元分析得出四个压力传感器在整个试模所占受力权重Y1，Y2，Y3，Y4，如图7所示。

以试模体的几何中心为原点，以所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向的轴为Y轴的坐标系为例，依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试确定的符合针对腰椎、胸椎、颈椎的椎间融合器植入操作的受力权重所拟合得出的曲线方程如下：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第三压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第四压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

四个高精密压力传感器相对于试模体的安放位置需满足于以上曲线条件，才能反馈给控制模块满足人体工程学合理的数据，并与控制模块的预设数据进行比对从而精准确定试模的植入位置，其中曲线设计的原理是依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试得到了符合不同部位(包括颈椎、胸腰椎等位置)的受力权重，拟合得到了以上的方程。

四个高精密压力传感器需放置在符合以上四条曲线的对应位置，以保证数据的合理采集并计算，这样可以获得较精确的数据以便于控制系统的判断。

为了使得四个传感器的位置保持对应一致，还要满足以下关系确保采集的数据的对称，要满足t₁+t₂＝π，t₃+t₄＝3π的关系。

四个传感器放置的位置说明：当四个传感器符合以上数学关系时，能够保证四个传感器在试模体的几何中心的位置，这样计算出的终端显示出来的重力最大位置也是准确、可靠的。

所有压力传感器采集到的压力数据通过无线蓝牙方式传输给后端接收模块，通过控制模块进行数据分析，将最终结果显示到人机交互界面上。

F1(X)为重力最大位置:

F1(X(x，y))＝X1(x1，y1)*Y1+X2(x2，y2)*Y2+X3(x3，y3)*Y3+X4(x4，y4)*Y4

L为椎间融合器植入材料的植入长度，L为：

L＝A-L1*sin(|L1-L2|*L3/L2)

其中A为椎间融合器试模的长度，L为试模植入长度，L1为第一探头距离所对应的最近的第一椎体的距离，L2为第二探头距离最近相邻第二椎体的距离，L3为探头之间的距离。本实施例在实施例一的基础之上，以包括四个压力传感器的椎间融合器植入控制装置为例，说明本装置的具体实现方式，该装置具有普遍的适用性，无论试模体形状如何，只在特定的植入操作中将所述四个压力传感器放置于既定的曲线上，即可根据现有的预设算法进行椎间融合器植入控制，本实施例所述的装置具有高精度、普适性的特点。

实施例四

图8是本发明具体实施例二或三所述的椎间融合器植入控制方法流程图，如图8所示，本实施例所述的椎间融合器植入控制方法包括：

步骤S801、实时获取置于试模体的多个预设位置的多个压力传感器的压力数据；

步骤S802、根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求；

步骤S803、根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

进一步地，在实时获取置于试模体的多个预设位置的多个压力传感器的压力数据之前还包括：

对正常人体脊柱解剖数据库进行整合，通过生物力学测试确定的符合预设椎间融合器植入操作的类型所对应的多种植入部位的受力权重所拟合得出的曲线方程轨迹；

将压力传感器放置于所述曲线方程轨迹上的任一位置，但是多个压力传感器之间需满足上述轨迹方程中所设定的角度关系。

进一步地，所述植入部位包括颈椎、胸椎和腰椎中的至少一种。

进一步地，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求包括：

根据所述多个压力传感器在所述试模体中的位置、当前植入操作的类型、以及植入对象的身体指标，确定所述多个压力传感器在所述试模体所占的受力权重；

将所述多个压力传感器的压力数据乘以对应的受力权重求和作为所述试模体的压力参考值，根据所述压力参考值是否满足预设的压力参考值范围确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求。

进一步地，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求包括：

通过位于试模杆上的至少一个探头，在所述试模体植入过程中探测所述探头到椎体的距离；

根据所述距离和所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。

本实施例提供的椎间融合器植入控制方法，具备如实施例一至实施例三所述的椎间融合器植入控制装置的有益效果。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种椎间融合器植入控制装置，其特征在于，包括试模体以及多个压力传感器；

所述多个压力传感器分别对应置于所述试模体的多个预设位置，用于实时获取所述试模体上所述预设位置所承受的压力数据；

所述椎间融合器植入控制装置还包括接收模块、以及控制模块；

所述接收模块用于接收所述多个压力传感器的压力数据；

所述控制模块用于从所述接收模块获取所述压力数据，根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制；

根据所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求包括：

根据所述多个压力传感器在所述试模体中的位置、当前植入操作的类型、以及植入对象的身体指标，确定所述多个压力传感器在所述试模体所占的受力权重；

将所述多个压力传感器的压力数据乘以对应的受力权重求和作为所述试模体的压力参考值，根据所述压力参考值是否满足预设的压力参考值范围确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求。

2.如权利要求1所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述试模体的表面包括多个预设轨迹的槽结构，将所述多个压力传感器置于所述预设轨迹的槽结构中，用于控制试模体的植入位置。

3.如权利要求2所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述预设轨迹为预设曲线方程轨迹。

4.如权利要求3所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述预设曲线方程轨迹，是依据正常人体脊柱解剖数据库的整合，并且通过生物力学测试确定的符合预设椎间融合器植入操作的类型所对应的多种植入部位的受力权重所拟合得出的曲线方程轨迹。

5.如权利要求4所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述植入部位包括颈椎、胸椎和腰椎中的至少一种。

6.如权利要求3所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述多个压力传感器包括第一压力传感器以及第二压力传感器。

7.如权利要求6所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

其中，t₁+t₂＝π；

其中，所述曲线方程的参考坐标系的原点为所述试模体的几何中心，Y轴为所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向；

其中，X₁为第一传感器的放置位置的X坐标，Y₁为第一传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₂为第二传感器的放置位置的X坐标，Y₂为第二传感器的放置位置的Y坐标。

8.如权利要求3所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述多个压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、以及第四压力传感器。

9.如权利要求8所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于：

所述第一压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第二压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第三压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

所述第四压力传感器的预设曲线方程轨迹的曲线方程为：

其中，t₁+t₂＝π，t₃+t₄＝3π；

其中，所述曲线方程的参考坐标系的原点为所述试模体的几何中心，Y轴为所述试模体的对称轴中朝向试模体顶端方向；

其中，X₁为第一传感器的放置位置的X坐标，Y₁为第一传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₂为第二传感器的放置位置的X坐标，Y₂为第二传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₃为第三传感器的放置位置的X坐标，Y₃为第三传感器的放置位置的Y坐标；

其中，X₄为第四传感器的放置位置的X坐标，Y₄为第四传感器的放置位置的Y坐标。

10.如权利要求1所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述压力传感器为无线压力传感器，所述接收模块为无线接收模块。

11.如权利要求10所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述压力传感器为无线蓝牙通信压力传感器，所述接收模块为无线蓝牙接收模块。

12.如权利要求1所述的椎间融合器植入控制装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个探头，位于试模杆上，用于所述试模体植入过程中探测到椎体的距离；

所述控制模块用于根据所述距离和所述压力数据按照预设算法确定所述试模体的植入位置是否满足预设要求，以根据所述植入位置进行椎间融合器植入控制。