[发明专利]关节置换手术机器人导航定位系统及方法

权利要求书

1.一种关节置换手术机器人导航定位系统，其特征在于，包括：术前规划模块、光学导航定位模块和机械臂控制模块；

术前规划模块，用于根据获取的髋关节医学图像数据进行髋关节的分割和重建得到髋关节三维模型，并根据所述髋关节三维模型进行术前规划，确定手术方案；

光学导航定位模块，用于根据手术方案生成导航指令，以及，根据光学定位仪，患者髋关节和手术探针的空间位置关系，对所述髋关节三维模型进行配准，得到髋关节实体模型，将髋关节实体模型与术前规划模型相匹配，并根据所述髋关节实体模型，确定患者骨骼手术位置；

机械臂控制模块，用于将末端执行器移动至所述患者骨骼手术位置，并控制所述末端执行器根据所述导航指令对髋关节进行截骨、磨锉和压配操作；

其中，所述术前规划模块包括：数据获取子模块、三维模型重建子模块、髋臼侧计划确定子模块、股骨侧计划确定子模块和计划方案确认子模块；

其中，所述数据获取子模块，用于获取髋关节医学图像数据；

所述三维模型重建子模块，用于根据获取的髋关节医学图像数据进行髋关节的分割和重建得到髋关节三维模型；

所述髋臼侧计划确定子模块，用于根据所述髋关节三维模型确定髋臼旋转中心，髋臼直径，髋臼前倾角，髋臼外展角，并根据髋臼旋转中心，髋臼直径，髋臼前倾角以及髋臼外展角，综合考虑髋臼杯覆盖率，确定髋臼侧植入假体的大小型号以及位置；

所述股骨侧计划确定子模块，用于根据所述髋关节三维模型确定股骨头旋转中心，股骨髓腔形态，股骨髓腔解剖轴以及股骨颈干角，并根据股骨头旋转中心，股骨髓腔形态，股骨髓腔解剖轴以及股骨颈干角确定股骨侧假体植入大小型号及位置，同时考虑腿长差和股骨联合偏心距；

所述计划方案确认子模块，用于确认所述髋臼侧计划确定子模块确定的髋臼侧假体植入计划以及所述股骨侧计划确定子模块确定的股骨侧假体植入计划是否合适，若否，则触发所述髋臼侧计划确定子模块和所述股骨侧计划确定子模块重新确定髋臼侧假体植入计划和股骨侧假体植入计划，若是，则将所述髋臼侧计划确定子模块和所述股骨侧计划确定子模块确定的髋臼侧假体植入计划和股骨侧假体植入计划作为术前规划方案。

2.根据权利要求1所述的关节置换手术机器人导航定位系统，其特征在于，所述光学导航定位模块，具体用于：

根据骨盆参考架和股骨参考架确定患者髋关节的空间位置，以及，根据患者髋关节和机械臂的空间位置关系，对所述髋关节三维模型进行配准，得到髋关节实体模型，并根据所述髋关节实体模型，确定患者骨骼手术位置和机械臂的实时位姿。

3.根据权利要求2所述的关节置换手术机器人导航定位系统，其特征在于，所述光学导航定位模块包括光学跟踪子模块；

所述光学跟踪子模块，用于根据机械臂与骨盆参考架和股骨参考架的空间位置关系，对所述髋关节实体模型进行配准，并根据配准后的髋关节实体模型对机械臂模型位置进行校准。

4.根据权利要求3所述的关节置换手术机器人导航定位系统，其特征在于，所述光学跟踪子模块在根据机械臂与骨盆参考架和股骨参考架的空间位置关系对所述髋关节实体模型进行配准时，具体用于：

以三角形为配准过程中的最小单元，若医生术中标记的点为A、B、C三点，对应的术前规划点为a、b、c，其中，医生标记的点都在人体组织表面上；

在a、b、c分别对应的邻域空间点集中筛选出对应的点a’、b’、c’，使三角形ABC和三角形a’b’c’全等，其中，a’b’c’三点都在人体组织表面上；其中，由a’、b、’c’组成的三角形与A、B、C组成的三角形是全等三角形；

将术前规划的a、b、c的空间位置修正到a’、b、’c’的空间位置，并运用配准方法将术中标记的点和术前规划的点进行配准，以实现股骨侧和髋臼侧表面的精确配准。

5.根据权利要求3所述的关节置换手术机器人导航定位系统，其特征在于，所述机械臂控制模块包括机械臂位置定位子模块；

所述机械臂位置定位子模块，用于将机械臂的位置和姿态信息发送至所述光学跟踪子模块，以使光学跟踪子模块实时获取机械臂的空间位置信息。