一种全髋关节置换手术机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全髋关节置换手术机器人系统，包括：光学定位仪、影像系统和机械臂，还包括：目标影像图获取步骤，测量报告形成步骤，手眼标定步骤、三维髋骨模型得到步骤，磨锉定位路径得到步骤，移动到定位磨锉位置步骤，通过锁定角度线性移动进行磨锉作业步骤。本全髋关节置换手术机器人系统可以实现髋关节置换手术过程中的磨锉的自动化和精准化，辅助医生进行手术，提升了整个医生手术的效率。本发明专利技术主要用于医疗机械技术领域。明主要用于医疗机械技术领域。明主要用于医疗机械技术领域。

A robot system for total hip replacement surgery

【技术实现步骤摘要】
一种全髋关节置换手术机器人系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，具体是一种全髋关节置换手术机器人系统。

技术介绍

[0002]人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)指使用金属或高分子聚乙烯陶瓷等材料，根据人体关节的形态以及功能制成人工假体，再利用外科手术将人工髋关节假体植入患者体内，替代被疾病或损伤破坏的关节面、股骨头、髋臼，以达到缓解疼痛，恢复关节原有的功能等效果，广泛适用于治疗关节强直，股骨头坏死，骨性关节炎，类风湿关节炎等髋关节疾病。
[0003]随着微创外科手术和智能外科手术的快速发展，关节置换手术机器人技术代表了关节精准治疗的未来方向。使用关节置换手术机器人可制定出更具有个性化的手术方案，定位精准，从而有效降低手术对医生经验和技巧的依赖，提升手术质量，缩短术后康复周期，并从总体上降低医疗费用，满足患者对完成高效、安全的骨科手术的需求，从而促进微创化、智能化等先进临床理念的应用和推广。
[0004]市面上现有的髋关节手术置换机器人的产品Mako，该产品利用光学定位仪NDI以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，包括：光学定位仪、影像系统和机械臂，还包括：步骤一、通过影像系统拍摄髋骨的医学影像，得到目标影像图；步骤二、利用深度学习网络模型对所述目标影像图进行医学诊断关键点识别，智能识别出医学影像中的关键点，对髋关节发育不良诊断的相关参数进行测量，形成测量报告；步骤三、通过光学定位仪对机械臂进行手眼标定，得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系；步骤四、放置对髋骨进行定位的光学定位球，通过影像系统对具有光学定位球的髋骨进行CT扫描，得到多张髋骨CT图像，并用三维重构软件对所述多张髋骨CT图像进行重建，得到三维髋骨模型；步骤五、从所述三维髋骨模型中获取髋臼磨锉的合适外展角、前倾角和软骨厚度值，并规划出基于图像空间坐标系的磨锉定位路径；步骤六、根据所述三维髋骨模型计算得到图像空间坐标系与光学定位仪坐标系之间的转换关系；步骤七、结合转换公式(1)求解出图像空间坐标系与机械臂基座坐标系的转换关系：结合转换公式(1)求解出图像空间坐标系与机械臂基座坐标系的转换关系：为图像空间坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系，为图像空间坐标系到光学定位仪坐标系的转换关系，为光学定位仪坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系；步骤八、根据图像空间坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系，将所述基于图像空间坐标系的磨锉定位路径转换成基于机械臂基座坐标系的磨锉定位路径；步骤九、所述机械臂的末端装载髋臼磨锉的锉头，所述机械臂的末端根据基于机械臂基座坐标系的磨锉定位路径执行移动到定位磨锉位置；步骤十、所述机械臂的末端对髋臼磨锉的锉头进行锁定角度，所述机械臂的末端带动髋臼磨锉的锉头通过线性移动进行磨锉作业。2.根据权利要求1所述的一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，通过光学定位仪对机械臂进行手眼标定，得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系具体包括：通过机械设计并加工出可用于光学定位仪的标定工具，将标定工具通过螺纹连接固定在机械臂的末端，所述标定工具设有目标光学标定球，机械臂按照规划的步长智能运动带动目标光学标定球移动，以进行多次手眼标定过程移动，在手眼标定过程移动中，得到目标光学标定球的轨迹点在机械臂基座坐标系的坐标点信息和在光学定位仪坐标系下的坐标点信息；根据kd
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tree算法快速搜索出手眼标定过程移动中手眼误差最优的坐标点信息，重新设定机械臂的初始位置，使其满足目标光学标定球在光学定位仪视野中间位置，重新进行手眼标定移动过程；通过多次手眼标定移动过程，得到多个手眼误差最优的轨迹点；根据数学表达式Y＝AX求最优解方式得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：范衠，宁为博，朱家祺，周伟骏，何树星，陈庆航，吴嘉丽，胡军，陈洪江，陈栩聪，张志纲，
申请(专利权)人：汕头大学医学院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：