[發明專利]股骨頭中心點的定位方法和系統

有效

• 申請號: 201811044132.9
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109124835B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李攀;葉震;李曉靜;嚴日明
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: A61B17/56
• 分類號: A61B17/56;A61F2/46
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;秦晶晶

1.一種股骨頭中心點的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

將定位工具固定在股骨頭上；

保持所述股骨頭的中心點位置不變，旋轉所述股骨頭；

光學定位器在所述股骨頭的旋轉過程中采集所述定位工具的多個位姿；

對于采集到的每一位姿，光學定位器求解定位工具坐標系和光學定位器坐標系之間的坐標變換矩陣；

根據坐標變換矩陣構造目標函數F，其中，，其中，是6行1列的矩陣，x1表示中心點在定位工具坐標系中坐標的相反數，x2表示中心點在光學定位坐標系中坐標，P_i為位姿在所述定位工具坐標系中的坐標，Q_i為P_i在所述光學定位器坐標系中的對應坐標，P_i和Q_i是3行1列的矩陣并且滿足，其中，i＝1，2，…，n，n為所采集的位姿的數量；

求解使所述目標函數F最小的X，以獲得所述中心點在所述定位工具坐標系中的坐標；

坐標變換矩陣包括旋轉矩陣R和平移矩陣T，在所述根據坐標變換矩陣構造目標函數F的步驟中，；

所述求解使所述目標函數F最小的X的步驟包括：利用高斯塞德爾迭代法求解X。

2.如權利要求1所述的股骨頭中心點的定位方法，其特征在于，在所述求解使所述目標函數F最小的X的步驟之后，所述定位方法還包括：

計算獲得的所述中心點的坐標的誤差e，其中，。

3.如權利要2所述的股骨頭中心點的定位方法，其特征在于，在所述計算獲得的所述中心點的坐標的誤差e的步驟之后，所述定位方法還包括：

判斷所述誤差e是否小于誤差閾值；

若是，則發出停止旋轉所述股骨頭的指令，并輸出所述中心點的坐標。

4.如權利要求1所述的股骨頭中心點的定位方法，其特征在于，在所述旋轉所述股骨頭的步驟中，所述股骨頭的旋轉位置與初始位置之間的夾角為30°-60°，其中，所述旋轉位置為所述股骨頭在旋轉過程中的位置，所述初始位置為所述股骨頭開始旋轉的位置。

5.一種股骨頭中心點的定位系統，其特征在于，所述定位系統包括：

定位工具，用于固定在股骨頭上；

光學定位器，用于在旋轉所述股骨頭的過程中采集所述定位工具的多個位姿，還用于根據采集到的每一位姿分別求解定位工具坐標系和光學定位器坐標系之間的坐標變換矩陣；

目標函數構造模塊，用于根據坐標變換矩陣構造目標函數F，其中，，其中，是6行1列的矩陣，x1表示中心點在定位工具坐標系中坐標的相反數，x2表示中心點在光學定位坐標系中坐標，P_i為位姿在所述定位工具坐標系中的坐標，Q_i為P_i在所述光學定位器坐標系中的對應坐標，P_i和Q_i是3行1列的矩陣并且滿足，其中，i＝1，2，…，n，n為所采集的位姿的數量；

中心點坐標求解模塊，用于求解使所述目標函數F最小的X，以獲得所述中心點在所述定位工具坐標系中的坐標；

其中，所述股骨頭的中心點在旋轉過程中的位置保持不變；

坐標變換矩陣包括旋轉矩陣R和平移矩陣T，在所述目標函數F中，；

所述中心點坐標求解模塊利用高斯塞德爾迭代法求解X。

6.如權利要求5所述的股骨頭中心點的定位系統，其特征在于，所述定位系統還包括：

誤差計算模塊，用于計算所述中心點坐標求解模塊獲得的所述中心點的坐標的誤差e，其中，。

7.如權利要6所述的股骨頭中心點的定位系統，其特征在于，所述定位系統還包括：

誤差判斷模塊，用于判斷所述誤差e是否小于誤差閾值；

若是，則調用中心點坐標輸出模塊；

所述中心點坐標輸出模塊用于發出停止旋轉所述股骨頭的指令，并輸出所述中心點的坐標。

8.如權利要求5所述的股骨頭中心點的定位系統，其特征在于，所述股骨頭的旋轉位置與初始位置之間的夾角為30°-60°，其中，所述旋轉位置為所述股骨頭在旋轉過程中的位置，所述初始位置為所述股骨頭開始旋轉的位置。