[發明專利]關節置換手術機器人導航定位系統及方法

有效

• 申請號: 202011506573.3
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112641510B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張逸凌;劉星宇;安奕成
• 申請（專利權）人: 北京長木谷醫療科技有限公司;張逸凌
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B34/30;A61F2/46
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王宇楊

1.一種關節置換手術機器人導航定位系統，其特征在于，包括：術前規劃模塊、光學導航定位模塊和機械臂控制模塊；

術前規劃模塊，用于根據獲取的髖關節醫學圖像數據進行髖關節的分割和重建得到髖關節三維模型，并根據所述髖關節三維模型進行術前規劃，確定手術方案；

光學導航定位模塊，用于根據手術方案生成導航指令，以及，根據光學定位儀，患者髖關節和手術探針的空間位置關系，對所述髖關節三維模型進行配準，得到髖關節實體模型，將髖關節實體模型與術前規劃模型相匹配，并根據所述髖關節實體模型，確定患者骨骼手術位置；

機械臂控制模塊，用于將末端執行器移動至所述患者骨骼手術位置，并控制所述末端執行器根據所述導航指令對髖關節進行截骨、磨銼和壓配操作；

其中，所述術前規劃模塊包括：數據獲取子模塊、三維模型重建子模塊、髖臼側計劃確定子模塊、股骨側計劃確定子模塊和計劃方案確認子模塊；

其中，所述數據獲取子模塊，用于獲取髖關節醫學圖像數據；

所述三維模型重建子模塊，用于根據獲取的髖關節醫學圖像數據進行髖關節的分割和重建得到髖關節三維模型；

所述髖臼側計劃確定子模塊，用于根據所述髖關節三維模型確定髖臼旋轉中心，髖臼直徑，髖臼前傾角，髖臼外展角，并根據髖臼旋轉中心，髖臼直徑，髖臼前傾角以及髖臼外展角，綜合考慮髖臼杯覆蓋率，確定髖臼側植入假體的大小型號以及位置；

所述股骨側計劃確定子模塊，用于根據所述髖關節三維模型確定股骨頭旋轉中心，股骨髓腔形態，股骨髓腔解剖軸以及股骨頸干角，并根據股骨頭旋轉中心，股骨髓腔形態，股骨髓腔解剖軸以及股骨頸干角確定股骨側假體植入大小型號及位置，同時考慮腿長差和股骨聯合偏心距；

所述計劃方案確認子模塊，用于確認所述髖臼側計劃確定子模塊確定的髖臼側假體植入計劃以及所述股骨側計劃確定子模塊確定的股骨側假體植入計劃是否合適，若否，則觸發所述髖臼側計劃確定子模塊和所述股骨側計劃確定子模塊重新確定髖臼側假體植入計劃和股骨側假體植入計劃，若是，則將所述髖臼側計劃確定子模塊和所述股骨側計劃確定子模塊確定的髖臼側假體植入計劃和股骨側假體植入計劃作為術前規劃方案。

2.根據權利要求1所述的關節置換手術機器人導航定位系統，其特征在于，所述光學導航定位模塊，具體用于：

根據骨盆參考架和股骨參考架確定患者髖關節的空間位置，以及，根據患者髖關節和機械臂的空間位置關系，對所述髖關節三維模型進行配準，得到髖關節實體模型，并根據所述髖關節實體模型，確定患者骨骼手術位置和機械臂的實時位姿。

3.根據權利要求2所述的關節置換手術機器人導航定位系統，其特征在于，所述光學導航定位模塊包括光學跟蹤子模塊；

所述光學跟蹤子模塊，用于根據機械臂與骨盆參考架和股骨參考架的空間位置關系，對所述髖關節實體模型進行配準，并根據配準后的髖關節實體模型對機械臂模型位置進行校準。

4.根據權利要求3所述的關節置換手術機器人導航定位系統，其特征在于，所述光學跟蹤子模塊在根據機械臂與骨盆參考架和股骨參考架的空間位置關系對所述髖關節實體模型進行配準時，具體用于：

以三角形為配準過程中的最小單元，若醫生術中標記的點為A、B、C三點，對應的術前規劃點為a、b、c，其中，醫生標記的點都在人體組織表面上；

在a、b、c分別對應的鄰域空間點集中篩選出對應的點a’、b’、c’，使三角形ABC和三角形a’b’c’全等，其中，a’b’c’三點都在人體組織表面上；其中，由a’、b、’c’組成的三角形與A、B、C組成的三角形是全等三角形；

將術前規劃的a、b、c的空間位置修正到a’、b、’c’的空間位置，并運用配準方法將術中標記的點和術前規劃的點進行配準，以實現股骨側和髖臼側表面的精確配準。

5.根據權利要求3所述的關節置換手術機器人導航定位系統，其特征在于，所述機械臂控制模塊包括機械臂位置定位子模塊；

所述機械臂位置定位子模塊，用于將機械臂的位置和姿態信息發送至所述光學跟蹤子模塊，以使光學跟蹤子模塊實時獲取機械臂的空間位置信息。