[发明专利]一种髋臼杯螺钉安装位置评估及仿真方法

说明书

本发明为一种髋臼杯螺钉安装位置评估及仿真方法，包括以下步骤：S1.病人手术方案加载：病人术前拍摄ct，将电子ct导入生成病人髋骨的点云数据，用于髋骨注册以及髋臼杯的安装；S2.髋骨注册：首先需要外科医生在患者髋骨上固定一个追踪器，使用探针在患者髋骨表面采集特定数量的特征点，采集的数据经过计算验证满足设定的误差阈值才允许进行下一步操作；S3.髋骨打磨：计算打磨后的髋臼点云数据，删去已经被打磨的部分数据，生成新的点云数据；S4.髋臼杯安装：通过厚度测量探测臼底骨骼的厚度；S5.厚度测量：当厚度测量模块会实时计算探针虚拟延长线穿入骨表面并从另一面穿出这两个点之间的距离，得到骨厚度。实时评估任意角度和位置的螺钉安装效果。

技术领域

本发明涉及关节置换技术领域，具体涉及一种髋臼杯螺钉安装位置评估及仿真方法。

背景技术

随着人工髋关节置换术的高速发展，手术量的不断增大，对于髋臼杯安装的精度、牢固程度等要求也不断增大。

髋臼杯通过压配来获得可靠的初始稳定，当压配固定不足以提供可靠的初始稳定性时，往往会选择使用螺钉来固定髋臼杯，但是螺钉安装存在打穿臼底造成损伤的风险。所以需要对钉孔的深度进行测量。

现有的技术都是在螺钉植入一部分后，用探针或钉孔探测器伸入髋臼杯的孔中来测量已植入的长度，这种方法精度不高，并且不能提前判断螺钉的安装位置与角度是否合。如果安装后发现不合适，重新安装会对病人造成较大伤害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种髋臼杯螺钉安装位置评估及仿真方法，该方法可以计算任意位置任意方向的骨厚度，从而在螺钉植入前对螺钉的安装位置做评估与仿真，以确保病人的安全。

为了达到上述技术目的，本发明的提供一种髋臼杯螺钉安装位置评估及仿真方法，包括以下步骤：

S1. 病人手术方案加载：病人术前拍摄ct，将电子ct导入术前规划软件中，生成对应的手术方案，包括生成病人髋骨的点云数据，用于髋骨注册以及髋臼杯的安装；

S2. 髋骨注册：首先需要外科医生在患者髋骨上固定一个追踪器，然后根据机器人辅助髋关节置换手术导航系统页面提示使用探针在患者髋骨表面采集特定数量的特征点，采集的数据经过计算验证满足设定的误差阈值才允许进行下一步操作；

S3. 髋骨打磨：医生根据术前规划方案，通过磨削机构对病人的髋臼窝进行打磨，直到能够满足髋臼杯的安装要求；同步计算打磨后的髋臼点云数据，删去已经被打磨的部分数据，生成新的点云数据；

S4. 髋臼杯安装：医生根据手术方案，安装假体；通过敲击连接杆，将髋臼杯逐步压入病人的髋臼窝内，当髋臼杯压入之后，通过厚度测量探测臼底骨骼的厚度；

S5. 厚度测量：当医生压入髋臼杯并准备通过螺钉固定髋臼杯之前，需打开厚度测量功能，并使用探针测量预安装螺钉的位置和方向的骨厚度，其中探针上安装有追踪器，可以实时感知探针的位置和方向，厚度测量模块会实时计算探针虚拟延长线穿入骨表面并从另一面穿出这两个点之间的距离，即计算得到骨厚度。

作为优选，所述步骤S1在病人手术方案加载环节，已经载入了病人髋骨的点云数据，该数据中包括数百万个点数据，因此精度极高。

进一步地，所述步骤S5中厚度测量方法步骤为：

S41.首先建立一棵KD树，针对多维数据的二叉搜索树；

S42.建立KD树后沿着探针末端，制定一根延长线，并计算该延长线的直线方程；

S43.得到直线方程之后，即可进行近邻点搜索，若直线穿过髋骨，那至少会得到两个交点，通过近邻点搜索的方式得到两个交点的序号，通过查找KD树得到具体的三维坐标；

S44. 计算两个点之间的欧式距离，即可得到骨厚度。