[發(fā)明專利]肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法及導(dǎo)航系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010700118.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN112168197B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京積水潭醫(yī)院
• 主分類號(hào): A61B6/04
• 分類號(hào): A61B6/04;A61B17/90
• 代理公司: 北京知匯林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11794
• 代理人: 孫朗

1.一種肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

固定安裝示蹤器：安裝尺骨示蹤器，以標(biāo)記尺骨的位置，安裝肱骨示蹤器，以標(biāo)記肱骨的位置；

建立以肱骨示蹤器為原點(diǎn)的世界坐標(biāo)系；

采集運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)：在患者前臂做旋前位、中立位和旋后位多個(gè)方向的肘關(guān)節(jié)平面內(nèi)屈曲活動(dòng)時(shí)，獲取患者尺骨示蹤器和肱骨示蹤器在每個(gè)運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)記錄的運(yùn)動(dòng)軌跡生成尺骨示蹤器和肱骨示蹤器在世界坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

擬合旋轉(zhuǎn)曲線軸：將尺骨示蹤器的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以肱骨示蹤器為參照點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，基于轉(zhuǎn)化得到的以肱骨示蹤器為參照點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合出肘關(guān)節(jié)在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線，生成并顯示旋轉(zhuǎn)曲線在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸；

驗(yàn)證步驟：獲取患者手臂的三維透視圖像數(shù)據(jù)，將世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸以及獲取的三維透視圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同一個(gè)坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，顯示同一個(gè)坐標(biāo)系中的三維透視圖像和旋轉(zhuǎn)曲線軸，驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)曲線軸與肘關(guān)節(jié)的三維透視圖的相交特征是否滿足預(yù)設(shè)要求，記錄通過(guò)驗(yàn)證的旋轉(zhuǎn)曲線軸和三維透視圖，并分析和提取記錄的旋轉(zhuǎn)曲線軸和三維透視圖的規(guī)律并儲(chǔ)存，判斷當(dāng)前顯示的旋轉(zhuǎn)曲線軸和三維透視圖是否符合儲(chǔ)存的規(guī)律，若符合，則判定旋轉(zhuǎn)曲線抽通過(guò)驗(yàn)證，若不符合則判定旋轉(zhuǎn)曲線軸未通過(guò)驗(yàn)證；通過(guò)大數(shù)據(jù)記錄的圖像對(duì)比，找到旋轉(zhuǎn)曲線軸和三維透視圖的規(guī)律和相似性，基干找出的規(guī)律和相似性來(lái)判斷新顯示的旋轉(zhuǎn)曲線軸和三維透視圖是否滿足相對(duì)位置要求，并以此來(lái)判斷擬合出的旋轉(zhuǎn)曲線軸是否通過(guò)驗(yàn)證；

或者，驗(yàn)證步驟為：獲取患者手臂的三維透視圖像數(shù)據(jù)，基于三維透視圖像數(shù)據(jù)、預(yù)儲(chǔ)存的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或用戶輸入數(shù)據(jù)模擬出患者手臂的虛擬旋轉(zhuǎn)軸，將虛擬旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成世界坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)，比較世界坐標(biāo)系中的虛擬旋轉(zhuǎn)軸和世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸的一致性，并在一致性超出預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，輸出提示信息；

確定外固定軸置入點(diǎn)：在患者前臂固定后，獲取患者手臂的三維圖形數(shù)據(jù)，將獲取的三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)系中并進(jìn)行顯示，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的三維圖形和世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)曲線軸的相交數(shù)據(jù)確定出外固定旋轉(zhuǎn)軸的置入點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，在所述采集運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)步驟之前還包括：

發(fā)出姿勢(shì)指令，獲取患者手臂的姿勢(shì)圖像，根據(jù)患者手臂的姿勢(shì)圖像判斷患者的手臂姿勢(shì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，或

發(fā)出姿勢(shì)指令，生成并顯示是否開始數(shù)據(jù)采集的判斷窗口，在接收到開始數(shù)據(jù)采集的指令后執(zhí)行所述采集運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的步驟；

其中，發(fā)出的姿勢(shì)指令包括將手臂位于中立位、將手臂位于旋前位和將手臂位于旋后位。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，

在所述采集運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)步驟之前還包括：播放預(yù)儲(chǔ)存或臨時(shí)獲取的演示教學(xué)視頻。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，還包括：

導(dǎo)航步驟：獲取機(jī)械臂末端的位置，根據(jù)機(jī)械臂末端的位置和確定的置入點(diǎn)規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的路徑，并控制機(jī)械臂按照規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)空間位置，所述預(yù)設(shè)空間位置位于旋轉(zhuǎn)曲線軸的軸向方向上、且位于所述置入點(diǎn)的上方預(yù)設(shè)距離。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，所述導(dǎo)航步驟還包括：

在控制機(jī)械臂按照規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)位置之前，設(shè)置機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，基于設(shè)置的參數(shù)和規(guī)劃的機(jī)械臂路徑模擬演示機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的肘關(guān)節(jié)外固定旋轉(zhuǎn)軸的定位方法，其特征在于，還包括：

在擬合顯示步驟之前將每一個(gè)姿勢(shì)指令所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的前后各10°的數(shù)據(jù)去除，同時(shí)，去除所有運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的無(wú)效點(diǎn)和奇異點(diǎn)。