个人简介
入学时间：2014
毕业时间：2017
学位：硕士
答辩日期：2017.05.25
指导教师：陈虹
培养单位：清华大学微电子学研究所
学位论文题目：髋关节置换术中骨盆姿态及假体安装角度检测系统研究
摘要:
随着人口的日益增多和人口老龄化，关节手术的需求量逐年增加，其中最为普遍的是髋关节手术和膝关节手术。髋关节置换术是用人工假体（如：髋臼和股骨头）替换人体病变的髋关节，从而恢复髋关节正常机能，即髋关节置换术是一种修复手术。在该手术中，假体的精确安装是降低手术风险的关键，因而要确定假体的安装角度。由于假体的安装过程要以骨盆姿态为参考，因而在进行髋关节置换术时，首先要保证骨盆的姿态在手术过程中可以实时检测，然后可以确定假体相对于骨盆的角度，完成假体的精确安装。
本文重点研究并设计髋关节置换术中骨盆姿态及假体安装角度检测系统，围绕髋关节置换术中骨盆姿态估计和假体安装角度检测两方面展开工作，利用惯性传感器进行数据采集，将采集得到的数据通过EKF算法进行数据融合，得到姿态角度信息。根据得到的姿态角度信息，结合本文中设计的骨盆姿态估计方法和假体安装角度解算算法，完成骨盆的姿态估计和假体安装角度解算。
首先，利用采集到的惯性传感器数据，包括：三轴加速度、三轴角速度和三轴地磁力，根据它们之间的互补特性，利用基于四元素的扩展卡尔曼滤波（Q-EKF）算法进行数据融合，得到实验所用模组本身的姿态信息。然后，根据骨盆前平面（APP）在医学上的定义，确定初始时刻骨盆各轴线在参考坐标系下的向量值，进而解算得到骨盆初始姿态。结合固定在骨盆上的模组姿态与解算得到的骨盆初始姿态之间的相对转换关系，骨盆的实时姿态可由固定模组与该转换关系反推得到。最后，根据假体安装角度（即：前倾角和外展角）在医学上的定义，利用固定在待安装假体上的模组轴线与骨盆坐标轴线之间的夹角关系，确定假体安装时的角度。
综上，本文研究并设计了髋关节置换术中骨盆姿态及假体安装角度检测系统，，并通过测试评估了姿态解算方法的准确性。同时，通过比较解算得到的骨盆姿态和骨盆真实姿态，以及解算得到的安装角度和真实测量的角度，对本文的研究方法和结果进行了分析和验证。本文研究的研究成果对于临床手术有重要的参考价值。