本發(fā)明屬于醫(yī)療器械設備技術(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，復位固定要求高，固定后且要求骨關(guān)節(jié)能早期進行活動，采用上述方法和器械還不能達到關(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)后恢復功效，同時降低了創(chuàng)口面積等優(yōu)點，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備才能夠?qū)颊叩纳w征進行檢測，難以及時發(fā)現(xiàn)異常情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有繩纜式內(nèi)固定裝置對醫(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；

用于對患者體溫信息進行采集的紅外溫度傳感器；

所述紅外溫度傳感器的量測模型如下：

ya(tk-1)、ya(tk)、ya(tk+1)分別為傳感器a對目標在tk-1,tk,tk+1時刻的本地笛卡爾坐標系下的量測值，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時刻的本地笛卡爾坐標系下的真實位置；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，假設為零均值、相互獨立的高斯型隨機變量，噪聲協(xié)方差矩陣分別為ra(k-1)、ra(k)、ra(k+1)；

用于對患者血壓信息進行采集的血壓傳感器；

用于對手術(shù)過程中鉆孔深度進行檢測的位移傳感器；

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，用于對采集數(shù)據(jù)進行分析和處理的單片機；

所述單片機輸入系統(tǒng)參數(shù)：獲取離散函數(shù)模型：

式(1)中：u(0)為初始信號，μ為混沌參數(shù)，ν為分數(shù)階階數(shù)，n為信號長度，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，n和n設置為800，m為1,…,n的整數(shù)；

與單片機有線連接，用于計時的計時模塊；

與單片機有線連接，用于提供電源的電源模塊；

與單片機有線連接，用于設定設備程序的外部控制器；

與單片機有線連接，用于顯示信息的顯示器；

與單片機有線連接，用于發(fā)出語音訊號的揚聲器；

與單片機有線連接，用于控制驅(qū)動裝置的驅(qū)動控制器；

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

第一步，在p(p＝0，1，2，…p-1)時刻，對表示的頻率值進行聚類，得到的聚類中心個數(shù)表示p時刻存在的載頻個數(shù)，個聚類中心則表示載頻的大小，分別用表示；

第二步，對每一采樣時刻p(p＝0，1，2，…p-1)，利用聚類算法對進行聚類，同樣可得到個聚類中心，用表示；

第三步，對所有求均值并取整，得到源信號個數(shù)的估計即

第四步，找出的時刻，用ph表示，對每一段連續(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個頻率跳變時刻的估計；

第五步，根據(jù)第二步中估計得到的以及第四步中估計得到的頻率跳變時刻估計出每一跳對應的個混合矩陣列向量具體公式為：

這里表示第l跳對應的個混合矩陣列向量估計值；

第六步，估計每一跳對應的載頻頻率，用表示第l跳對應的個頻率估計值，計算公式如下：

所述驅(qū)動控制器的接收信號y(t)表示為：

y(t)＝x(t)+n(t)；

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

k信號中，an＝0，1，2，…，m-1，m為調(diào)制階數(shù)，在mpsk信號中，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)均勻分布的隨機數(shù)。針對mfsk調(diào)制,x(t)的解析形式表示為：

其中，fm為第m個載頻的偏移量，若mfsk信號載頻偏移為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)均勻分布的隨機數(shù)；

與單片機有線連接，用于接收和發(fā)送無線網(wǎng)絡信號的無線射頻收發(fā)模塊；

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

計算信號x(t)的分數(shù)階傅立葉變換，其表達式為：

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

其中，k取整數(shù)，f^θ表示θ角度分數(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，同時使信號的相位保持不變，計算信號的廣義分數(shù)階傅里葉變換(generalizedfractionalfouriertransform,gfrft)，其表達式為：

其中，為一非線性變換，h(·)為希爾伯特變換；

第i時刻接收信號的幅度為a(i)，把ns個采樣點組成一個幀，則基于gfrft的零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值為：

γmax＝max|gfrft[acn(i),p]|²/ns；

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

與驅(qū)動控制器有線連接，用于鉆孔的鉆孔裝置；

與驅(qū)動控制器有線連接，用于清洗創(chuàng)口的清洗裝置；

與驅(qū)動控制器有線連接，用于制取繩纜的繩纜截取裝置；

與驅(qū)動控制器有線連接，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)絡無線連接，用于存儲數(shù)據(jù)的外部服務器。

進一步，所述顯示器具體為led顯示器。

進一步，所述位移傳感器設置在鉆孔裝置上。

進一步，所述鉆孔裝置的驅(qū)動電機具體為步進電機。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：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手術(shù)器具和骨骼的相對位置，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患者生命體征，避免了傳統(tǒng)設備需要借助其它設備進行生命體征檢測的弊端，通過位移傳感器可有效地檢測鉆孔深度，顯示器和指示燈可實時查看手術(shù)信息，通過繩纜截取裝置可有效地制作繩纜，設備整體操作簡單，有效地降低了對醫(yī)師的依賴程度，做到了對患者生命體征的實時檢測，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；6、計時模塊；7、電源模塊；8、外部控制器；9、顯示器；10、揚聲器；11、驅(qū)動控制器；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、外部服務器。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下。

下面結(jié)合圖1對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細的描述。

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；

用于對患者體溫信息進行采集的紅外溫度傳感器2；

用于對患者血壓信息進行采集的血壓傳感器3；

用于對手術(shù)過程中鉆孔深度進行檢測的位移傳感器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，用于對采集數(shù)據(jù)進行分析和處理的單片機5；

與單片機5有線連接，用于計時的計時模塊6；

與單片機5有線連接，用于提供電源的電源模塊7；

與單片機5有線連接，用于設定設備程序的外部控制器8；

與單片機5有線連接，用于顯示信息的顯示器9；

與單片機5有線連接，用于發(fā)出語音訊號的揚聲器10；

與單片機5有線連接，用于控制驅(qū)動裝置的驅(qū)動控制器11；

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

與驅(qū)動控制器11有線連接，用于鉆孔的鉆孔裝置13；

與驅(qū)動控制器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)絡無線連接，用于存儲數(shù)據(jù)的外部服務器17。

所述紅外溫度傳感器的量測模型如下：

ya(tk-1)、ya(tk)、ya(tk+1)分別為傳感器a對目標在tk-1,tk,tk+1時刻的本地笛卡爾坐標系下的量測值，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時刻的本地笛卡爾坐標系下的真實位置；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，假設為零均值、相互獨立的高斯型隨機變量，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，μ為混沌參數(shù)，ν為分數(shù)階階數(shù)，n為信號長度，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，n和n設置為800，m為1,…,n的整數(shù)；

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

第一步，在p(p＝0，1，2，…p-1)時刻，對表示的頻率值進行聚類，得到的聚類中心個數(shù)表示p時刻存在的載頻個數(shù)，個聚類中心則表示載頻的大小，分別用表示；

第二步，對每一采樣時刻p(p＝0，1，2，…p-1)，利用聚類算法對進行聚類，同樣可得到個聚類中心，用表示；

第三步，對所有求均值并取整，得到源信號個數(shù)的估計即

第四步，找出的時刻，用ph表示，對每一段連續(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個頻率跳變時刻的估計；

第五步，根據(jù)第二步中估計得到的以及第四步中估計得到的頻率跳變時刻估計出每一跳對應的個混合矩陣列向量具體公式為：

這里表示第l跳對應的個混合矩陣列向量估計值；

第六步，估計每一跳對應的載頻頻率，用表示第l跳對應的個頻率估計值，計算公式如下：

所述驅(qū)動控制器的接收信號y(t)表示為：

y(t)＝x(t)+n(t)；

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

k信號中，an＝0，1，2，…，m-1，m為調(diào)制階數(shù)，在mpsk信號中，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)均勻分布的隨機數(shù)。針對mfsk調(diào)制,x(t)的解析形式表示為：

其中，fm為第m個載頻的偏移量，若mfsk信號載頻偏移為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)均勻分布的隨機數(shù)；

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

計算信號x(t)的分數(shù)階傅立葉變換，其表達式為：

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

其中，k取整數(shù)，f^θ表示θ角度分數(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，同時使信號的相位保持不變，計算信號的廣義分數(shù)階傅里葉變換(generalizedfractionalfouriertransform,gfrft)，其表達式為：

其中，為一非線性變換，h(·)為希爾伯特變換；

第i時刻接收信號的幅度為a(i)，把ns個采樣點組成一個幀，則基于gfrft的零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值為：

γmax＝max|gfrft[acn(i),p]|²/ns；

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

進一步，所述顯示器具體為led顯示器9。

進一步，所述位移傳感器4設置在鉆孔裝置13上。

進一步，所述鉆孔裝置13的驅(qū)動電機具體為步進電機。

通過超聲波傳感器1可有效地檢測手術(shù)過程中手術(shù)用具和骨骼的相對位置，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可有效地檢測患者血壓變化情況，通過位移傳感器4可有效地檢測鉆孔裝置13的鉆孔深度，單片機5可對系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)綜合處理分析，通過外部控制器8可設定系統(tǒng)運轉(zhuǎn)程序，通過顯示器9和揚聲器10可了解手術(shù)過程中的信息，計時模塊6進行時間記錄，電源模塊7為系統(tǒng)提供電源，通過驅(qū)動控制器11可有效地控制各驅(qū)動裝置，鉆孔裝置13可進行鉆孔，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)進程的雜質(zhì)，繩纜截取裝置15可根據(jù)需要自動截取適應手術(shù)需求的繩纜，緊固裝置16可對固定釘進行有效緊固，且緊固裝置16的驅(qū)動電機為步進電機，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)絡信號，外部服務器17可存儲手術(shù)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)可有效地控制整個手術(shù)進程，提高了手術(shù)精度，通過對患者生命特征的實時檢測，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)過程對醫(yī)師的依賴，降低操作難度。

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