【技术实现步骤摘要】
全膝关节置换手术机器人辅助系统、控制方法及电子设备
本专利技术涉及医疗设备
，特别涉及一种全膝关节置换手术机器人辅助系统、控制方法、电子设备以及计算机可读介质。
技术介绍
近年来,全膝关节置换术(totalkneearthroplasty,TKA)作为治疗严重膝关节疼痛、畸形、功能障碍的一种有效的临床术式,在国内外得到了广泛的开展。人工关节置换手术的操作往往根据医生的经验和估算来决定，很难保证假体与患者股骨和胫骨配合的精准度。与传统关节置换手术相比，手术机器人可术前进行个体化建模、测量和设计，保证术中精确安全操作，从而辅助完成个体化、精准化的人工关节置换，极大降低了患者因精准化问题造成的术后两腿长度不一、关节脱位、假体松动等情况的发生率。医学实践发现，目前手术机器人辅助系统尚存在很多不足，例如图像未能完全配准、光学跟踪定位偏差、机器人运动误差等，这些因素导致机器人辅助系统最终的操作不准确，不能保证良好力线的重建，造成术后患者的不适感，同时影响假体的寿命。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本申请旨在提供一种具有更高精准度的全膝关节置换手术机器人辅助系统、控制方法、电子设备以及计算机可读介质,以指导医生更准确地截骨。本申请的其该用户特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。根据本申请的一个方面，提供一种全膝关节置换手术机器人辅助系统控制方法，包括：生成术前规划，术前规划数据包括患者膝关节的图像；生成术中规划，其...
【技术保护点】
1.一种全膝关节置换手术机器人辅助系统控制方法，包括：/n生成术前规划，术前规划数据包括患者膝关节的图像；/n生成术中规划，其中，将所述术前规划的膝关节图像与术中确定的患者膝关节表面轮廓进行图像配准；获取连续屈伸角度下的膝关节动态间距力线数据；可视化显示所述动态间距力线数据图；根据所述动态间距力线数据的可视化显示，调整假体规划；/n根据调整后的假体规划控制手术机器人的操作，引导截骨引导器位于规划中的预定位置，所述截骨引导器安装于所述手术机器人的机械臂的操作端，用于对截骨锯进行定位。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种全膝关节置换手术机器人辅助系统控制方法，包括：
生成术前规划，术前规划数据包括患者膝关节的图像；
生成术中规划，其中，将所述术前规划的膝关节图像与术中确定的患者膝关节表面轮廓进行图像配准；获取连续屈伸角度下的膝关节动态间距力线数据；可视化显示所述动态间距力线数据图；根据所述动态间距力线数据的可视化显示，调整假体规划；
根据调整后的假体规划控制手术机器人的操作，引导截骨引导器位于规划中的预定位置，所述截骨引导器安装于所述手术机器人的机械臂的操作端，用于对截骨锯进行定位。
2.根据权利要求1所述的控制方法，所述获取连续屈伸角度下的膝关节动态间距力线数据，包括：
采集下肢连续屈伸过程中膝关节的运动轨迹信息；
根据所述运动轨迹信息，计算下肢连续屈伸角度下的间距和力线角度。
3.根据权利要求2所述的控制方法，所述调整假体规划包括：
接收用户交互的假体位置调整信息；
重新计算间距力线并刷新所述动态间距力线数据图。
4.根据权利要求3所述的控制方法，所述假体位置信息包括：内外翻角度、内外旋角度、前后倾角度、竖向平移距离、横向平移距离中的至少一种。
5.根据权利要求1的控制方法，还包括在生成术中规划之前对术前规划进行可视化调整。
6.根据权利要求1的控制方法，还包括：
在所述根据调整后的假体规划控制手术机器人的操作之前，在人机交互界面中模拟引导机械臂，使得所述截骨引导器到达规划位置且所述截骨引导器的通槽与相应截骨平面对准。
7.根据权利要求1所述的控制方法，还包括
在所述根据调整后的假体规划控制手术机器人的操作之前，从多个截骨平面中选定一个截骨平面，所述多个截骨平面包括第一截骨平面、第二截骨平面、第三截骨平面、第四截骨平面、第五截骨平面及第六截骨平面；
根据假体规划，控制所述机械臂，使得所述截骨引导器的通槽与选定的截骨平面对准，并使得所述截骨引导器定位于相应规划位置。
8.根据权利要求7所述的控制方法，还包括
更新假体规划数据；
从多个截骨平面中选定另一个截骨平面；
根据更新的假体规划数据，引导所述机械臂使得所述截骨引导器的通槽与选定的所述另一个截骨平面对准，并使得所述截骨引导器定位于相应规划位置。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，
所述第一截骨平面、第二截骨平面、第三截骨平面、第四截骨平面、第五截骨平面及第六截骨平面分别为胫骨远端截骨平面、股骨远端截骨平面、股骨前髁斜截骨平面、股骨后髁斜截骨平面、股骨前髁截骨平面、股骨后髁截骨平面中的一个。
10.一种全膝关节置换手术机器人辅助系统，包括：
术前规划系统，用于制定术前规划，术前规划数据包括膝关节图像；
术中规划系统，用于制定术中规划，其中，将所述术前规划中的膝关节图像与术中确定的患者膝关节表面轮廓进行图像配准；获取连续屈伸角度下的膝关节动态间距力线数据；可视化显示动态间距力线数据图；根据所述动态间距力线数据图的可视化显示，调整假体规划，得到术中规划；
执行系统，其中，根据所述术中规划，引导安装于手术机器人机械臂操作端的截骨引导器位于规划中的预定位置，所述截骨引导器用于对截骨锯进行定位。
11.根据权利要求10所述的辅助系统，其中，所述术前规划系统和术中规划系统设置于上位控制器中，所述执行系统设置于手术机器人中，所述上位控制器将所述术中规划发送给所述手术机器人，使得手术机器人能够根据规划执行相应操作。
12.根据权利要求11所述的辅助系统，其中，所述术中规划系统包括定位系统，所述定位系统包括股骨示踪器、胫骨示踪器和导航相机，所述股骨示踪器和胫骨示踪器分别设置在患者膝关节的股骨以及胫骨处，所述导航相机与所述胫骨示踪器和胫骨示踪器配合，采集并记录下肢连续屈伸过程中膝关节的运动轨迹信息；
所述上位控制器与所述股骨示踪器、胫骨示踪器、导航相机通信连接，并且所述上位控制器配置为：根据所述运动轨迹信息，计算下肢连续屈伸角度下的间距和力线角度，从而获取所述连续屈伸角度下的膝关节动态间距力线数据。
13.根据权利要求12所述的辅助系统，其中，所述定位系统还包括扫描探针，所述扫描探针的一端具有扫描针尖，对患者膝关节进行扫描，另一端设置有多个示踪元件，所述多个示踪元件能够被所述导航相机识别，获得所述扫描针尖的运动轨迹；
所述上位控制器与所述扫描探针、导航相机通信连接，并且所述上位控制器配置为：根据所述扫描针尖的运动轨迹，得到膝关节表面轮廓数据，并将所述术前规划中的膝关节图像与术中得到的患者膝关节表面轮廓进行图像配准。
14.根据权利要求13所述的辅助系统，其中，所述股骨示踪器与所述导航相机配合，采集并记录膝关节的位置信息；
所述上位控制器配置为：根据所述膝关节的位置数据制定所述术中规划。
15.根据权利要求14所述的辅助系统，其中，所述定位系统还包括截骨引导器示踪器，所述截骨引导器示踪器安装在机械臂的操作端，所述截骨引导器可拆卸地安装在所述截骨引导器示踪器上，所述导航相机与所述截骨引导器示踪器配合，采集并记录截骨引导器的位置信息；
所述上位控制器与所述截骨引导器示踪器、导航相机通信连接，并且所述上位控制器配置为：根据所述截骨引导器的位置数据制定所述术中规划。
16.根据权利要求14所述的辅助系统，其中，所述上位控制器包括人机交互装置，用于显示所述动态间距力线数据图，并响应用户操作显示假体规划的调整。
17.根据权利要求10所述的辅助系统，其中，所述截骨引导器包括第一通槽和与所述第一通槽交叉的第二通槽，所述通槽用于容纳所述截骨锯。
18.根据权利要求16所述的辅助系统，其中，所述上位控制器配置为：
在置换操作各阶段响应用户利用所述人机交互装置的操作分别从多个截骨平面中选定一个截骨平面，所述多个截骨平面包括第一截骨平面、第二截骨平面、第三截骨平面、第四截骨平面、第五截骨平面及第六截骨平面；
将包含选定截骨平面信息的术中规划发送给所述手术机器人；
所述手术机器人根据所述术中规划，控制所述机械臂运动，使得所述截骨引导器的通槽与选定的截骨平面对准，并使得所述截骨引导器定位于相应规划位置。
19.根据权利要求18所述的辅助系统，其中所述上位控制器还配置为：
更新假体规划数据得到新的术中规划；
响应用户利用所述人机交互装置的操作从多个截骨平面中选定另一个截骨平面；
将包含选定的另一截骨平面信息的术中规划发送给所述手术机器人；
所述手术机器人根据所述术中规划，控制所述机械臂运动，使得所述截骨引导器的通槽与选定的所述另一个截骨平面对准，并使得所述截骨引导器定位于相应规划位置。
技术研发人员：徐子昂，刘春燕，王战，韩佳奇，邓明明，张淼，徐进，周一新，杨德金，唐浩，
申请(专利权)人：北京天智航医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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