具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器，如图1-9所示，包括定位基板1，其中：

定位基板1的前端面用于抵靠股骨远端外表面，定位基板1上设有定位孔11，以将定位基板1固定在股骨远端外表面；定位孔11具体可以为四个，分别位于定位基板1的四个角部；

定位基板1的后端面设有第一角度调节装置、第二角度调节装置和连接模块4，第一角度调节装置和第二角度调节装置中一个为能够调节连接模块4左右倾斜角度的内外翻角度调节装置2，另一个为能够调节连接模块4前后倾斜角度的前后倾角度调节装置3；

第一角度调节装置和第二角度调节装置的旋转轴线位于同一平面内且相互垂直，以实现对连接模块4的万向调节；

连接模块4上可拆卸连接有能够获取股骨内外翻角度和前后倾角度的遥感模块5、以及用于连接截骨模块6的截骨模块连接件7，截骨模块连接件7连接有截骨模块6。

本发明的膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器的操作过程可以参考如下：

1、将患者的膝关节屈曲位90°位，将定位基板1的前端面抵靠在股骨远端外表面，然后沿定位基板1上的定位孔11对定位基板1进行打钉固定；

2、将遥感模块5安装在连接模块4上，术者可以通过患者简单的膝关节回旋运动，遥感模块5即可得到股骨头球心的坐标值，并得到初次的内外翻和前后倾的角度数据；

3、根据初次的内外翻和前后倾的角度数据，调节内外翻角度调节装置2，可以得到满意的内外翻角度，调节前后倾角度调节装置3，可以得到满意的前后倾角度；

4、得到满意的角度后(此时连接模块4所在平面即垂直于股骨轴线)，将遥感模块5拆下，将截骨模块连接件7连接在连接模块4上，将截骨模块6连接在截骨模块连接件上7，调节截骨量，然后固定截骨模块6，进行定位截骨。

发明人在研究过程中发现，原有的股骨髓外定位截骨器(ZL 2017 20569362.1)虽然可以辅助术者获得较为满意的股骨远端冠状面截骨定位，但仍存在以下缺点：TKA术前对股骨头中心位置的标定会因为手术中屈伸膝关节及术中牵拉等原因导致其定位误差，这也直接影响了股骨远端截骨冠状面和矢状面的定位偏差。

本发明的膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器是对原有的股骨髓外定位截骨器(ZL 2017 2 0569362.1)的进一步改进，增加了定位调节组件(即内外翻角度调节装置和前后倾角度调节装置)、以及遥感模块，相比于现有技术，可以更加精确股骨头中心位置(误差±6mm)，对股骨远端截骨模块内、外翻角度及前、后倾角的精细调节，获得更精准、更个性化的股骨远端冠状面和矢状面截骨定位，实现股骨远端截骨的数字化、精准化、个性化，有效地避免因股骨髓腔形态异常对定位的影响、大大减少手术创伤、减少术中及术后出血、减少股骨开髓及髓内定位杆插入所导致的微小栓子释放、减少术中及术后深静脉血栓和肺脑栓塞等并发症的发生、加快术后康复、符合骨科ERAS理念，这也意味着可以减少患者的住院天数，降低患者的治疗费用，并给予重度膝骨关节炎患者进行TKA治疗的信心，其对医院形象的提升将产生巨大助力，操作简单，价格相对低廉，更利于基层医院推广应用，在减轻膝骨关节炎对社会造成的巨大社会负担和财政支出方面发挥不可估量的作用。本发明适用于全膝关节置换手术。

为方便调节连接模块4的前后倾斜角度和左右倾斜角度，第一角度调节装置和第二角度调节装置可以采用共用万向球头球铰的方式同时驱动连接连接模块；然而，为方便单独调节内外翻角度和前后倾角度，本发明优选采用如下结构：

定位基板1的后端面下部设有第一角度调节装置，第一角度调节装置上设有第二角度调节装置，第二角度调节装置上设有连接模块4，第一角度调节装置为内外翻角度调节装置2，第二角度调节装置为前后倾角度调节装置3。

可以想到的是，还可以设计为：第一角度调节装置为前后倾角度调节装置，第二角度调节装置为内外翻角度调节装置。

具体实施时，内外翻角度调节装置2可以包括固设在定位基板1上的内外翻旋转轴基座21，前后倾角度调节装置3可以包括位于内外翻旋转轴基座21的转轴上的前后倾旋转轴基座31，连接模块4设置在前后倾旋转轴基座31的转轴上；

内外翻旋转轴基座21的侧面设有内外翻角度调节旋钮22，前后倾旋转轴基座31的侧面设有前后倾角度调节旋钮32。

使用时，需要调节内外翻角度时，驱动内外翻角度调节旋钮22，使内外翻旋转轴基座21的转轴转动，内外翻旋转轴基座21的转轴带动前后倾旋转轴基座31转动，进而使设置连接模块4左右倾斜，进行内外翻角度调节；需要调节前后倾角度时，驱动前后倾角度调节旋钮32，使前后倾旋转轴基座31的转轴转动，进而使设置前后倾旋转轴基座31的转轴上的连接模块4前后倾斜，进行前后倾角度调节。

内外翻角度调节装置2和前后倾角度调节装置3的角度调节结构可以采用本领域技术人员容易想到的各种方式，例如驱动轴上设有齿轮，驱动轴带动齿轮转动从而实现角度调节等，然而为实现精准调节和方便锁定，内外翻角度调节装置2和前后倾角度调节装置3的角度调节结构可以为蜗轮蜗杆传动机构(图5-6)，具体可以采用小模数大传动比的蜗轮蜗杆传动机构，以得到较大的传动比，高精度角度调节和高刚性姿态保持，传动平稳、噪音很小，承载能力大，具有自锁性。

如图5-6所示，内外翻角度调节装置2的具体结构可以如下：

内外翻旋转轴基座21内设有内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211和内外翻旋转轴驱动蜗杆轴212，内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211上设有内外翻旋转轴驱动蜗轮213，内外翻旋转轴驱动蜗杆轴212上设有与内外翻旋转轴驱动蜗轮213相啮合的内外翻旋转轴驱动蜗杆214，内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211与前后倾旋转轴基座31固定连接，内外翻旋转轴驱动蜗杆轴212与内外翻角度调节旋钮22固定连接。此时，使用时，通过调节内外翻角度调节旋钮22，实现内外翻旋转轴驱动蜗杆214转动，通过内外翻旋转轴驱动蜗杆214与内外翻旋转轴驱动蜗轮213相啮合驱动内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211转动，从而实现前后倾旋转轴基座31转动，进而实现连接模块4左右倾斜。

如图6所示，前后倾角度调节装置3的具体结构可以如下：

前后倾旋转轴基座31内设有前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311和前后倾旋转轴驱动蜗杆轴312，前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311上设有前后倾旋转轴驱动蜗轮313，前后倾旋转轴驱动蜗杆轴312上设有与前后倾旋转轴驱动蜗轮313相啮合的前后倾旋转轴驱动蜗杆314，连接模块4为倒U形，倒U形的一对侧臂固定连接在前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311的两端。此时，使用时，通过调节前后倾角度调节旋钮32，实现前后倾旋转轴驱动蜗杆314转动，通过前后倾旋转轴驱动蜗杆314与前后倾旋转轴驱动蜗轮313相啮合驱动前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311转动，从而实现连接模块4的前后倾摆臂。

为便于支撑内外翻旋转轴驱动蜗杆轴212和内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211，使之保持顺畅转动，内外翻旋转轴驱动蜗杆轴212和内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211的两端均可以设有轴承215(具体的，可以采用高精度微型滚珠轴承)。为方便内外翻角度定量调节和姿态坐标数据的记录，内外翻角度调节旋钮22上可以设有刻度，内外翻旋转轴基座21上设有与该刻度相配合的刻线。内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211上可以有机械限位槽(未示出)，以将内外翻旋转轴驱动蜗轮轴211的角度限定在合理的范围内，避免在使用中出现超程操作。

为便于支撑前后倾旋转轴驱动蜗杆轴312和前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311，使之保持顺畅转动，前后倾旋转轴驱动蜗杆轴312和前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311的两端均可以设有轴承315。为方便前后倾角度定量调节和姿态坐标数据的记录，前后倾角度调节旋钮32上可以设有刻度，前后倾旋转轴基座31上设有与该刻度相配合的刻线。前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311上可以有机械限位槽(未示出)，以将前后倾旋转轴驱动蜗轮轴311的角度限定在合理的范围内，避免在使用中出现超程操作。

为便于对定位基板1进行定位，定位基板1的前端面底部两侧可以设有向前垂直延伸的辅助定位板12，此时定位基板1为L形定位基板，两个内侧面贴紧骨面进行定位，能够更好的固定在股骨远端外表面和下表面处，防止定位基板1晃动。定位基板1可采用镂空设计，最大程度降低结构重量，减少装置对骨组织的压迫。

连接模块4与遥感模块5之间的可拆卸连接可以采用本领域技术人员容易想到的各种结构形式，例如螺栓固定等，本发明的连接模块4的上端面可以设有一方形定位孔(图中暂时示为一对圆形定位孔41)，遥感模块5上设有与该方形定位孔相配合的方形定位柱51，方形定位柱51与方形定位孔为插接配合。

连接模块4与截骨模块连接件7之间的可拆卸连接也可以采用本领域技术人员容易想到的各种结构形式，然而为使截骨更精准，连接模块4的上端面可以设有一方形定位孔(图中暂时示为一对圆形定位孔41)，截骨模块连接件7为L形连接杆，L形连接杆的竖杆部71末端用于插接在该方形定位孔内(可以在侧面采用紧固螺钉固定L形连接杆的竖杆部71)，L形连接杆的横杆部42上用于滑动连接截骨模块6，以使截骨模块6上的导向槽61平行于连接模块4所在平面。此时，使用时，驱动截骨模块6使之在L形连接杆的横杆部42上滑动，即可调节截骨量。

进一步的，L形连接杆的横杆部72的截面可以为方形，截骨模块6上设有与方形相配合的方形孔62，可以根据位置要求实现滑动和定位。L形连接杆的横杆部72上设有刻度，可便于精准调节截骨模块6的滑动距离，进而调节截骨厚度。截骨模块6具有用于穿过手术钉的钉孔63，可实现截骨模块6与骨组织固定。截骨模块6采用镂空设计，可以降低截骨模块6的重量，减轻装置对骨组织的压迫。

本发明中，遥感模块5获取股骨内外翻角度和前后倾角度的方法可以包括以下步骤：

步骤1：通过术中患者髋膝关节联合的简单圆周运动，得到股骨头旋转中心为定点A，膝关节运动点(即遥感模块中心点)为质点O；

本步骤中，对于绕定点A转动的质点O而言，可以采用四点位置牛顿迭代方法进行中心位置求解，确定定点A的位置(参考图8)；

步骤2：取得定点A到质点O的一条向量即股骨的力线r，确定遥感模块自身相对力线矢量AO的姿态角，通过调整遥感模块的姿态即可得到预期的股骨下肢力线截骨角度，当得到预期的股骨下肢力线截骨角度后，停止调节并安装截骨模块进行股骨远端髁截骨操作。

本步骤中，股骨下肢力线截骨角度即图9中所示数据，根据图9所示实施例，当冠状面内外翻角和矢状面前后倾角均调整至误差在±1°以内时，即认为此时的股骨力线为外翻6°、前倾5°，为预期的股骨力线，就可停止调节并安装截骨模块进行股骨远端髁截骨操作。

遥感模块5优选为MEMS(micro electro mechanical systems，微机电系统)遥感模块，MEMS遥感模块内设有三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器，可实现多传感器数据采集、滤波并进行多层数据深度融合，保证数据稳定性及精度。利用MEMS传感器，可在全膝关节置换术中寻获股骨头中心并进行精准定位，实现对股骨远端截骨模块内、外翻角度及前、后倾角度的精细调节，实现对股骨远端截骨面的定位。

如图7所示，MEMS遥感模块(即左侧的侧两端模块)内部具体结构可以包括：导航测量传感器、数据转发模块(即WIFI模块)、以及电池组(具体可以为5V锂电池组)。遥感模块5既可以采用一体式结构，也可以采用分离式设计方案，即：传感器采集数据后，利用上位机进行导航解算，从而获取得到前后倾角与内外翻角，上位机上运行股骨头中心导航解算软件，并通过数据转发模块进行数据采集与导航计算，也即：膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器还可以包括与遥感模块5通信连接的上位机(即右侧的导航解算与控制终端，具体可以为智能手机、计算机等)，以对遥感模块5所采集的数据进行导航解算。

本发明的膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器，可以对股骨远端内、外翻截骨角度及前、后倾截骨角度进行精细调节，获得更精准、更个性化的股骨远端冠状面和矢状面截骨定位。通过导航测量传感器得出的数据误差在±0.6°，再加上系统安装误差和器械安装操作的误差等等，整体误差在±1°。实现股骨远端截骨的数字化、精准化、个性化。本发明中的MEMS遥感模块可以实时获得膝关节回旋活动时的加速度与加速度信息，利用单摆原理，通过单摆动力学模型或利用运动学计算弧线方式，利用几何关系和低通滤波算法，获取得到精确的单摆中心即股骨头位置，从而在上位机上得到初次的股骨内外翻和前后倾的截骨角度数据。

我们早期研发的股骨髓外定位截骨器(ZL 2017 2 0569362.1)，回顾性研究数据结果显示，273例患者通过髓外定位技术进行手术，术中及术后失血量为(109.11±70.73)ml，术后1周DVT发生率为11％(30/273)，术后2周测量膝关节外翻角为7.34°±0.69°，77.3％(211/273)的患者误差在±3°范围内，股骨假体屈曲角为6.43°±1.59°，273例均在±10°误差范围内。相比于早期研发的股骨髓外定位截骨器(ZL 2017 20569362.1)，本发明的膝关节置换手术中股骨远端髓外定位截骨器不仅能降低手术失血量和术后DVT的发生率，还提高了股骨远端截骨在矢状面定位的精准性；在股骨远端冠状面和矢状面截骨定位更加精准、更加个性化、更加数字化，对股骨头中心位置的确定更加精准，手术创伤更小、术中及术后出血更少、术中及术后深静脉血栓和肺脑栓塞等并发症的发生更少、康复更快，操作简单、精准度高，价格相对低廉。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。