本發(fā)明屬于醫(yī)療器械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置。

背景技術(shù)：

目前，治療骨折的內(nèi)固定手術(shù)方法和手術(shù)器械種類很多，迄今有：普通螺釘固定、克式鋼針固定等，這些手術(shù)方式和相配用的手術(shù)器械對(duì)關(guān)節(jié)骨折具有一定的固定作用，但由于關(guān)節(jié)骨折后，復(fù)位固定要求高，固定后且要求骨關(guān)節(jié)能早期進(jìn)行活動(dòng)，采用上述方法和器械還不能達(dá)到關(guān)節(jié)骨折后內(nèi)固定的要求。

因此，目前出現(xiàn)繩纜式內(nèi)固定方法，即采用兩根固定釘固定骨骼兩端，并采用一根繩纜將兩根固定釘連接，起到固定作用，具有良好的術(shù)后恢復(fù)功效，同時(shí)降低了創(chuàng)口面積等優(yōu)點(diǎn)，但是目前的繩纜內(nèi)固定手法，并沒有專門的手術(shù)工具，只能依賴醫(yī)師對(duì)手術(shù)的把控，來完成手術(shù)的操作，且在手術(shù)過程中需要借助其他設(shè)備才能夠?qū)颊叩纳w征進(jìn)行檢測(cè)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有繩纜式內(nèi)固定裝置對(duì)醫(yī)師依賴程度大，手術(shù)精確度難以把控和無法有效檢測(cè)患者生命體征等技術(shù)問題而提供一種用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

該用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置包括：包括：

用于監(jiān)測(cè)手術(shù)過程中手術(shù)用具具體位置的超聲波傳感器；

用于對(duì)患者體溫信息進(jìn)行采集的紅外溫度傳感器；

所述紅外溫度傳感器的量測(cè)模型如下：

ya(tk-1)、ya(tk)、ya(tk+1)分別為傳感器a對(duì)目標(biāo)在tk-1,tk,tk+1時(shí)刻的本地笛卡爾坐標(biāo)系下的量測(cè)值，分別為：

其中，y'a(tk-1)、y'a(tk)、y'a(tk+1)分別為傳感器a在tk-1,tk,tk+1時(shí)刻的本地笛卡爾坐標(biāo)系下的真實(shí)位置；ca(t)為誤差的變換矩陣；ξa(t)為傳感器的系統(tǒng)誤差；為系統(tǒng)噪聲，假設(shè)為零均值、相互獨(dú)立的高斯型隨機(jī)變量，噪聲協(xié)方差矩陣分別為ra(k-1)、ra(k)、ra(k+1)；

用于對(duì)患者血壓信息進(jìn)行采集的血壓傳感器；

用于對(duì)手術(shù)過程中鉆孔深度進(jìn)行檢測(cè)的位移傳感器；

分別與超聲波傳感器、紅外溫度傳感器、血壓傳感器和位移傳感器有線連接，用于對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的單片機(jī)；

所述單片機(jī)輸入系統(tǒng)參數(shù)：獲取離散函數(shù)模型：

式(1)中：u(0)為初始信號(hào)，μ為混沌參數(shù)，ν為分?jǐn)?shù)階階數(shù)，n為信號(hào)長(zhǎng)度，j表示第j步迭代，α(μ,ν,j,n)為離散積分核，u(n)為第n步信號(hào)，n和n設(shè)置為800，m為1,…,n的整數(shù)；

與單片機(jī)有線連接，用于計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)模塊；

與單片機(jī)有線連接，用于提供電源的電源模塊；

與單片機(jī)有線連接，用于設(shè)定設(shè)備程序的外部控制器；

與單片機(jī)有線連接，用于顯示信息的顯示器；

與單片機(jī)有線連接，用于發(fā)出語音訊號(hào)的揚(yáng)聲器；

與單片機(jī)有線連接，用于控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)控制器；

所述驅(qū)動(dòng)控制器利用聚類算法估計(jì)每一跳的跳變時(shí)刻以及各跳對(duì)應(yīng)的歸一化的混合矩陣列向量、跳頻頻率時(shí)，包括以下步驟：

第一步，在p(p＝0，1，2，…p-1)時(shí)刻，對(duì)表示的頻率值進(jìn)行聚類，得到的聚類中心個(gè)數(shù)表示p時(shí)刻存在的載頻個(gè)數(shù)，個(gè)聚類中心則表示載頻的大小，分別用表示；

第二步，對(duì)每一采樣時(shí)刻p(p＝0，1，2，…p-1)，利用聚類算法對(duì)進(jìn)行聚類，同樣可得到個(gè)聚類中心，用表示；

第三步，對(duì)所有求均值并取整，得到源信號(hào)個(gè)數(shù)的估計(jì)即

第四步，找出的時(shí)刻，用ph表示，對(duì)每一段連續(xù)取值的ph求中值，用表示第l段相連ph的中值，則表示第l個(gè)頻率跳變時(shí)刻的估計(jì)；

第五步，根據(jù)第二步中估計(jì)得到的以及第四步中估計(jì)得到的頻率跳變時(shí)刻估計(jì)出每一跳對(duì)應(yīng)的個(gè)混合矩陣列向量具體公式為：

這里表示第l跳對(duì)應(yīng)的個(gè)混合矩陣列向量估計(jì)值；

第六步，估計(jì)每一跳對(duì)應(yīng)的載頻頻率，用表示第l跳對(duì)應(yīng)的個(gè)頻率估計(jì)值，計(jì)算公式如下：

所述驅(qū)動(dòng)控制器的接收信號(hào)y(t)表示為：

y(t)＝x(t)+n(t)；

其中，x(t)為數(shù)字調(diào)制信號(hào)，n(t)為服從標(biāo)準(zhǔn)sαs分布的脈沖噪聲，針對(duì)mask和mpsk調(diào)制，x(t)的解析形式表示為：

k信號(hào)中，an＝0，1，2，…，m-1，m為調(diào)制階數(shù)，在mpsk信號(hào)中，an＝e^j2πε/m，ε＝0,1,2,…,m-1，g(t)表示矩形成型脈沖，tb表示符號(hào)周期，fc表示載波頻率，載波初始相位是在[0,2π]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)。針對(duì)mfsk調(diào)制,x(t)的解析形式表示為：

其中，fm為第m個(gè)載頻的偏移量，若mfsk信號(hào)載頻偏移為δf，則fm＝-(m-1)δf,-(m-3)δf,…,(m-3)δf,(m-1)δf，載波初始相位是在[0,2π]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)；

與單片機(jī)有線連接，用于接收和發(fā)送無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的無線射頻收發(fā)模塊；

所述無線射頻收發(fā)模塊計(jì)算信號(hào)的零中心歸一化瞬時(shí)幅度的gfrft的最大值即特征量r1，按如下步驟進(jìn)行：

計(jì)算信號(hào)x(t)的分?jǐn)?shù)階傅立葉變換，其表達(dá)式為：

式中，kθ(t,u)為分?jǐn)?shù)階傅立葉變換的核函數(shù)，其表達(dá)式為:

其中，k取整數(shù)，f^θ表示θ角度分?jǐn)?shù)階傅里葉變換算子，θ＝pπ/2為旋轉(zhuǎn)角度，p為旋轉(zhuǎn)因子，δ(·)為沖擊函數(shù)；為了將alpha穩(wěn)定分布噪聲的幅值合理映射到有限區(qū)間，同時(shí)使信號(hào)的相位保持不變，計(jì)算信號(hào)的廣義分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(generalizedfractionalfouriertransform,gfrft)，其表達(dá)式為：

其中，為一非線性變換，h(·)為希爾伯特變換；

第i時(shí)刻接收信號(hào)的幅度為a(i)，把ns個(gè)采樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，則基于gfrft的零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度的最大值為：

γmax＝max|gfrft[acn(i),p]|²/ns；

式中，為瞬時(shí)幅度a(i)的平均值；p為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的階數(shù)；用均值來對(duì)瞬時(shí)幅度進(jìn)行歸一化的目的是為了消除信道增益的影響；

與驅(qū)動(dòng)控制器有線連接，用于鉆孔的鉆孔裝置；

與驅(qū)動(dòng)控制器有線連接，用于清洗創(chuàng)口的清洗裝置；

與驅(qū)動(dòng)控制器有線連接，用于制取繩纜的繩纜截取裝置；

與驅(qū)動(dòng)控制器有線連接，用于緊固固定釘?shù)木o固裝置；

與無線射頻收發(fā)模塊通過gprs無線網(wǎng)絡(luò)無線連接，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的外部服務(wù)器。

進(jìn)一步，所述顯示器具體為led顯示器。

進(jìn)一步，所述位移傳感器設(shè)置在鉆孔裝置上。

進(jìn)一步，所述鉆孔裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具體為步進(jìn)電機(jī)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：該用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置通過超聲波傳感器可有效地檢測(cè)手術(shù)器具和骨骼的相對(duì)位置，提高了手術(shù)的精確度，通過紅外溫度傳感器和血壓傳感器可有效地檢測(cè)患者生命體征，避免了傳統(tǒng)設(shè)備需要借助其它設(shè)備進(jìn)行生命體征檢測(cè)的弊端，通過位移傳感器可有效地檢測(cè)鉆孔深度，顯示器和指示燈可實(shí)時(shí)查看手術(shù)信息，通過繩纜截取裝置可有效地制作繩纜，設(shè)備整體操作簡(jiǎn)單，有效地降低了對(duì)醫(yī)師的依賴程度，做到了對(duì)患者生命體征的實(shí)時(shí)檢測(cè)，有效地避免了異常情況的發(fā)生，提高了手術(shù)的精確度，降低了手術(shù)的操作難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置的原理框圖。

圖中：1、超聲波傳感器；2、紅外溫度傳感器；3、血壓傳感器；4、位移傳感器；5、單片機(jī)；6、計(jì)時(shí)模塊；7、電源模塊；8、外部控制器；9、顯示器；10、揚(yáng)聲器；11、驅(qū)動(dòng)控制器；12、無線射頻收發(fā)模塊；13、鉆孔裝置；14、清洗裝置；15、繩纜截取裝置；16、緊固裝置；17、外部服務(wù)器。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下。

下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

該用于骨科的繩纜式內(nèi)固定裝置包括：

用于監(jiān)測(cè)手術(shù)過程中手術(shù)用具具體位置的超聲波傳感器1；

用于對(duì)患者體溫信息進(jìn)行采集的紅外溫度傳感器2；

用于對(duì)患者血壓信息進(jìn)行采集的血壓傳感器3；

用于對(duì)手術(shù)過程中鉆孔深度進(jìn)行檢測(cè)的位移傳感器4；

分別與超聲波傳感器1、紅外溫度傳感器2、血壓傳感器3和位移傳感器4有線連接，用于對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的單片機(jī)5；

與單片機(jī)5有線連接，用于計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)模塊6；

與單片機(jī)5有線連接，用于提供電源的電源模塊7；

與單片機(jī)5有線連接，用于設(shè)定設(shè)備程序的外部控制器8；

與單片機(jī)5有線連接，用于顯示信息的顯示器9；

與單片機(jī)5有線連接，用于發(fā)出語音訊號(hào)的揚(yáng)聲器10；

與單片機(jī)5有線連接，用于控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)控制器11；

與單片機(jī)5有線連接，用于接收和發(fā)送無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的無線射頻收發(fā)模塊12；

與驅(qū)動(dòng)控制器11有線連接，用于鉆孔的鉆孔裝置13；

與驅(qū)動(dòng)控制器11有線連接，用于清洗創(chuàng)口的清洗裝置14；

與驅(qū)動(dòng)控制器11有線連接，用于制取繩纜的繩纜截取裝置15；

與驅(qū)動(dòng)控制器11有線連接，用于緊固固定釘?shù)木o固裝置16；

與無線射頻收發(fā)模塊12通過gprs無線網(wǎng)絡(luò)無線連接，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的外部服務(wù)器17。

所述紅外溫度傳感器的量測(cè)模型如下：

ya(tk-1)、ya(tk)、ya(tk+1)分別為傳感器a對(duì)目標(biāo)在tk-1,tk,tk+1時(shí)刻的本地笛卡爾坐標(biāo)系下的量測(cè)值，分別為：

其中，y'a(tk-1)、y'a(tk)、y'a(tk+1)分別為傳感器a在tk-1,tk,tk+1時(shí)刻的本地笛卡爾坐標(biāo)系下的真實(shí)位置；ca(t)為誤差的變換矩陣；ξa(t)為傳感器的系統(tǒng)誤差；為系統(tǒng)噪聲，假設(shè)為零均值、相互獨(dú)立的高斯型隨機(jī)變量，噪聲協(xié)方差矩陣分別為ra(k-1)、ra(k)、ra(k+1)；

所述單片機(jī)輸入系統(tǒng)參數(shù)：獲取離散函數(shù)模型：

式(1)中：u(0)為初始信號(hào)，μ為混沌參數(shù)，ν為分?jǐn)?shù)階階數(shù)，n為信號(hào)長(zhǎng)度，j表示第j步迭代，α(μ,ν,j,n)為離散積分核，u(n)為第n步信號(hào)，n和n設(shè)置為800，m為1,…,n的整數(shù)；

所述驅(qū)動(dòng)控制器利用聚類算法估計(jì)每一跳的跳變時(shí)刻以及各跳對(duì)應(yīng)的歸一化的混合矩陣列向量、跳頻頻率時(shí)，包括以下步驟：

第一步，在p(p＝0，1，2，…p-1)時(shí)刻，對(duì)表示的頻率值進(jìn)行聚類，得到的聚類中心個(gè)數(shù)表示p時(shí)刻存在的載頻個(gè)數(shù)，個(gè)聚類中心則表示載頻的大小，分別用表示；

第二步，對(duì)每一采樣時(shí)刻p(p＝0，1，2，…p-1)，利用聚類算法對(duì)進(jìn)行聚類，同樣可得到個(gè)聚類中心，用表示；

第三步，對(duì)所有求均值并取整，得到源信號(hào)個(gè)數(shù)的估計(jì)即

第四步，找出的時(shí)刻，用ph表示，對(duì)每一段連續(xù)取值的ph求中值，用表示第l段相連ph的中值，則表示第l個(gè)頻率跳變時(shí)刻的估計(jì)；

第五步，根據(jù)第二步中估計(jì)得到的以及第四步中估計(jì)得到的頻率跳變時(shí)刻估計(jì)出每一跳對(duì)應(yīng)的個(gè)混合矩陣列向量具體公式為：

這里表示第l跳對(duì)應(yīng)的個(gè)混合矩陣列向量估計(jì)值；

第六步，估計(jì)每一跳對(duì)應(yīng)的載頻頻率，用表示第l跳對(duì)應(yīng)的個(gè)頻率估計(jì)值，計(jì)算公式如下：

所述驅(qū)動(dòng)控制器的接收信號(hào)y(t)表示為：

y(t)＝x(t)+n(t)；

其中，x(t)為數(shù)字調(diào)制信號(hào)，n(t)為服從標(biāo)準(zhǔn)sαs分布的脈沖噪聲，針對(duì)mask和mpsk調(diào)制，x(t)的解析形式表示為：

k信號(hào)中，an＝0，1，2，…，m-1，m為調(diào)制階數(shù)，在mpsk信號(hào)中，an＝e^j2πε/m，ε＝0,1,2,…,m-1，g(t)表示矩形成型脈沖，tb表示符號(hào)周期，fc表示載波頻率，載波初始相位是在[0,2π]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)。針對(duì)mfsk調(diào)制,x(t)的解析形式表示為：

其中，fm為第m個(gè)載頻的偏移量，若mfsk信號(hào)載頻偏移為δf，則fm＝-(m-1)δf,-(m-3)δf,…,(m-3)δf,(m-1)δf，載波初始相位是在[0,2π]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)數(shù)；

所述無線射頻收發(fā)模塊計(jì)算信號(hào)的零中心歸一化瞬時(shí)幅度的gfrft的最大值即特征量r1，按如下步驟進(jìn)行：

計(jì)算信號(hào)x(t)的分?jǐn)?shù)階傅立葉變換，其表達(dá)式為：

式中，kθ(t,u)為分?jǐn)?shù)階傅立葉變換的核函數(shù)，其表達(dá)式為:

其中，k取整數(shù)，f^θ表示θ角度分?jǐn)?shù)階傅里葉變換算子，θ＝pπ/2為旋轉(zhuǎn)角度，p為旋轉(zhuǎn)因子，δ(·)為沖擊函數(shù)；為了將alpha穩(wěn)定分布噪聲的幅值合理映射到有限區(qū)間，同時(shí)使信號(hào)的相位保持不變，計(jì)算信號(hào)的廣義分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(generalizedfractionalfouriertransform,gfrft)，其表達(dá)式為：

其中，為一非線性變換，h(·)為希爾伯特變換；

第i時(shí)刻接收信號(hào)的幅度為a(i)，把ns個(gè)采樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，則基于gfrft的零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度的最大值為：

γmax＝max|gfrft[acn(i),p]|²/ns；

式中，為瞬時(shí)幅度a(i)的平均值；p為分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的階數(shù)；用均值來對(duì)瞬時(shí)幅度進(jìn)行歸一化的目的是為了消除信道增益的影響；

進(jìn)一步，所述顯示器具體為led顯示器9。

進(jìn)一步，所述位移傳感器4設(shè)置在鉆孔裝置13上。

進(jìn)一步，所述鉆孔裝置13的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具體為步進(jìn)電機(jī)。

通過超聲波傳感器1可有效地檢測(cè)手術(shù)過程中手術(shù)用具和骨骼的相對(duì)位置，提高了手術(shù)精確度，通過紅外溫度傳感器2可有效地查看患者身體溫度信息，通過血壓傳感器3可有效地檢測(cè)患者血壓變化情況，通過位移傳感器4可有效地檢測(cè)鉆孔裝置13的鉆孔深度，單片機(jī)5可對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)綜合處理分析，通過外部控制器8可設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序，通過顯示器9和揚(yáng)聲器10可了解手術(shù)過程中的信息，計(jì)時(shí)模塊6進(jìn)行時(shí)間記錄，電源模塊7為系統(tǒng)提供電源，通過驅(qū)動(dòng)控制器11可有效地控制各驅(qū)動(dòng)裝置，鉆孔裝置13可進(jìn)行鉆孔，清洗裝置14可清洗創(chuàng)口，去除手術(shù)過程中出現(xiàn)的骨屑、血液等影響手術(shù)進(jìn)程的雜質(zhì)，繩纜截取裝置15可根據(jù)需要自動(dòng)截取適應(yīng)手術(shù)需求的繩纜，緊固裝置16可對(duì)固定釘進(jìn)行有效緊固，且緊固裝置16的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，提高了緊固精度，無線射頻收發(fā)模塊12可接收和發(fā)送無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，外部服務(wù)器17可存儲(chǔ)手術(shù)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)可有效地控制整個(gè)手術(shù)進(jìn)程，提高了手術(shù)精度，通過對(duì)患者生命特征的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可有效地防止異常情況的發(fā)生，提高了手術(shù)的成功率，且通過各傳感器可有效地降低手術(shù)過程對(duì)醫(yī)師的依賴，降低操作難度。

以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。