[发明专利]基于AR技术的股骨头坏死微创手术导航系统及导航方法

说明书

本发明公开了一种基于AR技术的股骨头坏死微创手术导航系统及导航方法，导航系统包括头戴式AR设备、处理器、图像采集组件、执行装置、空间定位器组件、探针、3D定位导板；3D定位导板固定于股骨颈部骨脊并设有手术导向开口；空间定位器组件设置于3D定位导板、探针、手术部位及执行装置上；图像采集组件采集空间定位器组件及手术部位的相关坐标信息；处理器将坐标信息与三维模型进行配准；以及根据坐标信息生成真实手术空间，将真实手术空间、三维模型、模拟手术路径进行融合，将融合图像显示在头戴式设备中，并实时跟踪显示执行装置的位姿；达到头戴式AR设备与执行装置辅助技术相结合，帮助医生进行精准手术定位的作用。

技术领域

本发明涉及医学设备领域，尤其涉及一种基于AR技术的股骨头坏死微创手术导航系统及导航方法。

背景技术

股骨头坏死为骨科常见的髋关节疾病，对患者工作、生活造成严重影响，给社会和家庭均造成严重负担。如何采取更优化的治疗方案，缓解症状、最大限度地保留股骨头、防止股骨头塌陷、保存髋关节功能，是骨科领域不断探索的课题。目前针对早中期股骨头坏死的保髋方法较多，但疗效仍然存在争议。如何使股骨头坏死保髋手术“微创化”，如何使微创手术“精准化”是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于AR技术的股骨头坏死微创手术导航系统及导航方法，以实现对股骨头坏死微创手术的微创化及精准化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种基于AR技术的股骨头坏死微创手术导航系统，包括头戴式AR设备、处理器、图像采集组件、执行装置、空间定位器组件、探针和3D定位导板；

所述3D定位导板固定于股骨颈部骨脊，所述3D定位导板上设置有根据虚拟手术路径开设的手术导向开口；

所述空间定位器组件设置于所述3D定位导板、所述探针、患者手术部位及所述执行装置上；

所述图像采集组件与所述处理器电连接，用于采集所述探针、所述空间定位器组件的位置信息及手术部位的深度信息，并转换为坐标信息输送至处理器；

所述处理器将所述坐标信息与预存的虚拟股骨头坏死三维模型进行配准，进而调整手术导向开口的方向以与虚拟手术路径匹配；同时，所述处理器根据所述坐标信息生成真实手术空间，并能够将真实手术空间、虚拟股骨头坏死三维模型、虚拟手术路径进行融合，将融合图像显示在所述头戴式AR设备中，并实时跟踪显示执行装置的位姿；

所述执行装置与所述处理器电连接，通过所述处理器控制所述执行装置运动。

进一步的，所述图像采集组件包括双目视觉采集系统和深度相机，所述深度相机设置在所述头戴式AR设备上。

进一步的，所述空间定位器组件包括体表定位标志器、骨定位器及执行装置定位器，所述体表定位标志器固定在髂前上棘和股骨大粗隆上；

所述骨定位器固定在所述3D定位导板上，所述骨定位器包括多个针杆，所述针杆的下端为尖端结构；

所述执行定位器设置在所述执行装置上。

进一步的，所述骨定位器、探针及执行装置定位器上设置有被图像采集组件实时定位追踪的荧光定位球。

进一步的，所述3D定位导板上设置有用于穿过所述骨定位器的标志器孔。

进一步的，所述执行装置包括机械臂组件和病灶清除装置，所述病灶清除装置与所述机械臂组件连接，所述机械臂组件与所述处理器电连接。

进一步的，所述机械臂组件包括底座和固定在所述底座上的机械臂，所述机械臂采用六自由度机械臂，所述执行装置定位器设置在所述机械臂的末端。