手术导航系统、髋臼截骨的手术机器人系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手术导航系统、髋臼截骨的手术机器人系统及其控制方法，所述手术导航系统用于获取髋关节图像的图像数据并基于所述图像数据建立髋关节三维模型，进而得到髋臼窝所在球体的球心位置。本发明专利技术能够实现自动搜索并运动至髋臼窝球心，并控制机械臂系统末端的末端工具根据运动指令序列对髋臼进行旋转截骨操作，从而提高了手术的准确性；基于机械臂进行手术操作提高了截骨手术操作的稳定性；术中可在安全区域边缘部位停止，保证了手术的安全性；另外，可对旋转截骨手术进行实时导航，从而提升了手术操作的便捷性以及用户的使用体验感。

【技术实现步骤摘要】
手术导航系统、髋臼截骨的手术机器人系统及其控制方法
本专利技术涉及医疗设备
，尤其涉及一种手术导航系统、髋臼截骨的手术机器人系统及其控制方法。
技术介绍
髋臼发育不良(DDH)是引起髋关节继发性骨性关节炎的常见原因。根据统计目前在我国髋臼发育不良的发病率为0.9‰～3.8‰，晚期必须进行人工髋关节置换手术。对于年龄较大的患者是一种较为有效的治疗方法，但是对于年轻以及活动量大的患者，由于人工关节有一定的使用寿命，早期的手术干预，可以十分有效得延缓骨性关节炎的进展，避免或者推迟进行人工关节置换手术。髋臼周围截骨术(PAO)通过改变髋臼朝向，增加髋臼覆盖率，减小应力集中很好地解决了上述问题，是目前在重建髋臼术式中较为常用的一种。髋臼周围截骨术的优点在于畸形纠正彻底，解剖恢复良好；骨盆环完整，术后骨盆变形小；不破坏髋臼的血液循环，利于术后愈合；内固定坚强，术后功能恢复快等。传统的髋臼周围截骨术是医生使用骨科平摆锯手动在髋臼周围进行多边形截骨，将髋臼从周围的骨盆中分离出来，截取的髋臼可以大幅度移动，使得股骨头的覆盖率得到较大程度的矫正。但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种髋关节的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统包括手术导航模块；/n所述手术导航模块用于获取髋关节图像的图像数据，并基于所述图像数据建立髋关节三维模型；/n所述手术导航模块还用于根据所述髋关节三维模型获取髋关节中髋臼窝所在球体的球心位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种髋关节的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统包括手术导航模块；
所述手术导航模块用于获取髋关节图像的图像数据，并基于所述图像数据建立髋关节三维模型；
所述手术导航模块还用于根据所述髋关节三维模型获取髋关节中髋臼窝所在球体的球心位置。


2.如权利要求1所述的髋关节的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航模块用于获取根据所述髋关节三维模型的模型参数获取所述髋臼窝所在球体的所述球心位置；或，
所述手术导航模块用于获取所述髋关节三维模型上所述髋臼窝的患侧表面的第一目标特征点，并对所述第一目标特征点拟合处理得到所述髋臼窝所在球体的所述球心位置。


3.如权利要求1所述的髋关节的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航模块用于对所述髋关节图像进行分割处理得到多个分割图像，并根据多个所述分割图像对应的图像数据建立所述髋关节三维模型。


4.如权利要求1中所述的髋关节的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统包括显示模块；
所述显示模块与所述手术导航模块电连接；
所述手术导航模块用于将所述髋关节三维模型输出至所述显示模块进行显示；和/或，
所述手术导航系统还包括主控模块、车体结构和第一可移动支架；
其中，所述车体结构固设在所述第一可移动支架上，所述主控模块固设在所述车体结构内，所述显示模块与所述车体结构固定连接；
所述主控模块与所述手术导航模块电连接；
所述主控模块用于存储所述髋关节图像，所述手术导航模块用于从所述主控模块中获取所述髋关节图像。


5.一种髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述手术机器人系统包括权利要求1至4中任意一项所述的髋关节的手术导航系统，所述手术机器人系统还包括光学定位系统和机械臂系统；
所述光学定位系统分别与所述手术导航系统和所述机械臂系统通信连接；
所述手术导航系统用于根据所述髋关节三维模型生成运动指令序列，并将所述球心位置和所述运动指令序列发送至所述光学定位系统；
所述光学定位系统用于将所述球心位置转换为患者髋臼的中心点位置，并将所述中心点位置以及所述运动指令序列发送至所述机械臂系统；
所述机械臂系统用于将末端工具的工具中心移动至所述中心点位置，并控制所述末端工具根据所述运动指令序列对髋臼进行旋转截骨操作。


6.如权利要求5所述的髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述手术导航系统用于根据所述髋关节三维模型获取三维形态学参数、下肢力线参数、髋臼窝的直径参数、髋臼的边缘形态参数和髋臼的朝向参数；
其中，所述三维形态学参数包括髋臼的前倾角和外展角；
所述手术导航系统还用于根据所述三维形态学参数、所述下肢力线参数、所述直径参数、所述边缘形态参数和所述朝向参数确定所述末端工具的目标尺寸。


7.如权利要求6所述的髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述手术导航系统还用于根据所述球心位置、所述朝向参数以及所述末端工具的目标尺寸确定髋臼旋转截骨手术时的多个截骨线；
其中，每个所述截骨线的参数包括截骨方位参数和截骨深度参数，多个所述截骨线形成截骨区域；
所述手术导航系统还用于根据多个所述截骨线生成所述运动指令序列。


8.如权利要求7所述的髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述机械臂系统包括基座、机械臂本体、末端执行器和所述末端工具；
所述机械臂本体的底部固设在所述基座上，所述末端工具通过所述末端执行器固设在所述机械臂本体的末端；
其中，所述基座上固设有第一基准靶球，所述末端工具上固设有第二基准靶球；
所述光学定位系统用于在光学定位基准坐标系下，根据所述第一基准靶球获取所述基座的第一基准坐标系，以及根据所述第二基准靶球获取所述末端工具的工具中心的第二基准坐标系，并根据所述第一基准坐标系和所述第二基准坐标对所述机械臂系统进行手眼标定。


9.如权利要求8所述的髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述末端执行器包括球形截骨摆锯，所述末端工具包括所述目标尺寸的球形锯片；
其中，所述球形锯片的内部弧形表面的顶端位置与所述球形截骨摆锯的中心点重合。


10.如权利要求9所述的髋臼旋转截骨的手术机器人系统，其特征在于，所述机械臂系统还包括运动控制器、电气控制模块和通讯模块；
所述电气控制模块分别与所述运动控制器和所述通讯模块电连接；
所述通讯模块与所述光学定位系统通信连接；
所述通讯模块用于所述光学定位系统发送的获取所述中心点位置和所述运动指令序列并发送至所述电气控制模块；
所述电气控制模块用于根据所述中心点位置触发所述运动控制器控制所述末端工具的工具中心移动至所述中心点位置，并触发所述末...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘昕荻，朱振中，叶震，张长青，周朝政，付亚波，凌宇飞，李丹，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31