[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

本發明實施例公開了一種關節置換手術機器人導航定位系統及方法，所述系統包括：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，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，根據患者髖關節和手術探針的空間位置關系，對髖關節三維模型進行配準，得到髖關節實體模型，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患者骨骼手術位置，并控制末端執行器根據導航指令對髖關節進行截骨、磨銼和壓配操作。通過骨科手術機器人執行術前規劃，高水準的完成手術操作，能大大減低醫師的作業強度，節約手術時間，提高作業精度。

技術領域

本發明涉及醫療技術領域，具體涉及一種關節置換手術機器人導航定位系統及方法。

背景技術

近年來，髖關節置換術作為治療髖關節疾病最有效的治療方法，在國內外得到了廣泛的開展。我國是髖關節疾病的高發國家，亞洲預計將新增近千萬罹患各類髖關節相關疾病的患者。然而，傳統關節置換手術術前規劃不完善，術前準備不充分，缺乏術中精準導航定位，嚴重依賴醫生的手術經驗，操作繁瑣，可重復性差，造成較高的術后并發癥發生率，嚴重制約了髖關節置換手術的效果。

發明內容

由于現有方法存在上述問題，本發明實施例提供一種關節置換手術機器人導航定位系統及方法。

第一方面，本發明實施例提供了一種關節置換手術機器人導航定位系統，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。

進一步地，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。

進一步地，所述光學導航定位模塊，具體用于：