[發明專利]基于機械臂的切割髖臼杯的方法和系統

有效

• 申請號: 202110151790.3
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112790867B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 吳炳堅;朱振中;潘昕荻;付亞波;林子雋;張長青
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: A61B34/32
• 分類號: A61B34/32;A61B34/00;A61B34/20;A61B17/14;A61B17/15
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 楊東明;金學來

本發明公開了一種基于機械臂的切割髖臼杯的方法和系統，該方法包括：執行球形擺鋸的旋轉中心相對于用于安裝球形擺鋸的機械臂基座位置標定以及球形擺鋸相對于機械臂基座姿態標定；確定機械臂上的球形擺鋸的當前位置和姿態并將當前位置和姿態調整為切割位置和姿態；根據預先規劃的切割路徑旋轉球形擺鋸，以切割出球形髖臼杯。本發明使用機械臂自動切割出球形髖臼杯，有效地替代了人手，有效地排除振蕩等原因導致的擺鋸移位不穩定因素，從而提升了切割效率和穩定性，而且通過特殊的標定工具能夠標定擺鋸面相對機械臂端的位置和姿態，從而提升了切割精度。

技術領域

本發明涉及機器人控制領域，特別涉及一種基于機械臂的切割髖臼杯的方法和系統。

背景技術

先天髖關節發育不良在兒童、青少年及成人中引起疼痛、行走困難、嚴重畸形，甚至進而引發殘疾，越來越多的醫生傾向于保髖手術而不是人工關節置換，原因在于后者使得患者在余生必須面臨多次人工關節翻修的結局，臨床上常用兩類保髖手術為：髖臼周圍截骨術(Periacetabular osteotomy，PAO)、髖臼周圍旋轉截骨術(Periacetabularrotational osteotomy，RAO)。

髖臼周圍截骨術(PAO)，在髖臼周圍進行多邊形截骨，將髖臼從周圍的骨盆中分離出來，截取的髖臼可大幅度移動，使股骨頭的覆蓋得到較大程度的矯正。但是，這種術中出現大出血及重要神經損傷風險極高，術后骨不愈合及畸形矯正丟失等并發癥眾多。

髖臼周圍旋轉截骨術(RAO)，需要將髖臼杯呈球形完全離斷，使帶著軟骨面的髖臼，能自由移動到和股骨頭合適的匹配位置上。可形象的認為是在挖一個冰激凌球，這類手術具有開口小、遠離重要神經、增大髖關節接觸面積和股骨頭穩定性、改善髖臼生物力學、后遺癥少、恢復快等特點。

醫生進行髖臼周圍旋轉截骨術(RAO)時，采用骨科球形截骨擺鋸切割髖臼，需要明確球形擺鋸旋轉球心點在笛卡爾坐標下的位置(XYZ)、繞定軸X-Y-Z旋轉(RPY角)、實體球形切面坐標體系等。這樣才能控制其在空間中旋轉中心點位置不變、沿著指定的旋轉切割路徑、使用最少的切割刀數，來精確切割出球形髖臼杯。

由于髖關節表面的不規則、骨頭硬度高，用球形擺鋸來復切割髖臼時受到應力分布不均勻和擺鋸電動工具自身振動，切割時會產生劇烈振蕩，導致醫生手工把握電動工具不穩，使得擺鋸中心移動。

球形擺鋸旋轉球心點是一個位于擺鋸實體以外虛擬的點，切割時無法通過人眼和其他機械工具實時精確測量出擺鋸球心點在笛卡爾坐標系中的位置，造成切割點位不精確。

醫生術前規劃切割髖臼杯時，要挖出完整球形髖臼杯，還需要將手術球心規劃點位于髖臼杯內部，但是髖臼外圍是骨頭硬物，醫生使用球形擺鋸工具無法直接將擺鋸旋轉中心點送至規劃位置。

球形擺鋸切割髖臼杯時，會分解為多個不同的圓球面來切割，醫生手工切割時沒有精確的坐標體系會造成多個切割面不連續，需要增加切割次數修復不連續面，造成手術難度增加。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中切割髖臼杯采用人工切割的方式，導致切割精度和效率低的缺陷，提供一種基于機械臂的切割髖臼杯的方法和系統。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

根據本發明的一實施方式，提供一種基于機械臂的切割髖臼杯的方法，包括：

執行球形擺鋸的旋轉中心相對于用于安裝所述球形擺鋸的機械臂基座位置標定以及所述球形擺鋸相對于所述機械臂基座姿態標定；

確定所述機械臂上的所述球形擺鋸的當前位置和姿態并將當前位置和姿態調整為切割位置和姿態；

根據預先規劃的切割路徑旋轉所述球形擺鋸，以切割出球形髖臼杯。

可選地，所述機械臂還用于安裝標定工具；