[发明专利]机器人全膝关节置换术的胫骨定位方法

摘要

一种机器人全膝关节置换术的胫骨定位方法，确定踝关节的旋转轴线后再根据内踝与外踝点计算踝关节中心点，通过胫骨结节与胫骨粗隆生理标志点并根据踝关节中心点建立胫骨坐标系并确定胫骨与摄像机坐标系之间的旋转平移关系，通过固定在胫骨上的标志点建立胫骨标志点坐标系并确定胫骨标志点与摄像机坐标系的关系，根据标志点与摄像机坐标系之间的关系及胫骨与摄像机坐标系之间的关系得到胫骨坐标系与标志点坐标系之间的关系。当胫骨位于任意位置时，由摄像机根据标志点的位置建立标志点坐标系，并根据胫骨坐标系与标志点坐标之间的固定关系重建胫骨坐标系，实现胫骨部分的精确定位。本发明方法简单、实现容易，可减少患者的手术痛苦。

主权项

1、一种机器人全膝关节置换术的胫骨定位方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)计算踝关节旋转轴：在足骨上固定若干标志点，将足骨绕踝关节旋转轴转动4～10次，找出每一个标志点所对应的旋转圆心，用圆方程对标志点的位置进行拟合，得到这些圆心的坐标，用直线方程对这些圆心点进行拟合，所得的拟合直线作为踝关节旋转轴；2)计算踝关节中心：用探针点取内踝与外踝点，并由此两点分别向踝关节旋转轴作垂线，取其交点的中点作为踝关节中心；3)建立胫骨坐标系并确定胫骨与摄像机坐标系的旋转平移关系：用探针分别点取胫骨结节内1/3处以及胫骨粗隆处的生理标志点得到其坐标值，将胫骨结节定义为胫骨坐标系原点，此时将胫骨结节到踝关节中心定为Z轴，胫骨结节、踝关节中心与胫骨粗隆构成一平面，则在此平面上与Z轴垂直并指向胫骨粗隆一侧方向定义为X轴，再按右手坐标系叉乘出Y坐标轴，建立胫骨坐标系，进而计算得到胫骨坐标系与摄像机坐标系的旋转平移关系；4)建立胫骨标志点坐标系并确定胫骨标志点与摄像机坐标系的关系：通过胫骨标志点的位置确定标志点坐标系，根据标志点坐标系原点在摄像机中的位置以及三个坐标轴在摄像机坐标系中单位矢量，得到标志点坐标系与摄像机坐标系的旋转平移关系；5)确定标志点坐标系与胫骨坐标系的关系：根据标志点坐标系与摄像机坐标系旋转平移关系，以及胫骨坐标系与摄像机坐标系旋转平移关系，利用坐标变换原理，得到标志点坐标系与胫骨坐标系的旋转平移关系；6)对胫骨进行定位：由摄像机检测到胫骨标志点的位置并建立标志点坐标系，同时计算得到当前位置时标志点坐标系与摄像机坐标系的旋转平移关系，重构出当前位置的胫骨坐标系，实现对胫骨的精确定位。