一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法技术

本发明专利技术提供了一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，包括：通过图像分割技术从CT影像中重建髋骨三维模型；在髋骨三维模型上摆放髋臼杯的位置；在导航软件中对方案进行确认；在患者髋骨上固定反光阵列，通过配准获取反光阵列与髋骨的位姿转换关系；在机械臂末端工具上安装另一个反光阵列，获取反光阵列到机械臂末端工具以及到机械臂法兰的转换关系；将髋骨的运动接入到机械臂运动控制程序中，使机械臂能够跟随髋骨做同步运动；动态设置限制运动面的位置，防止打磨骨量超过规划假体位置。本发明专利技术所述方法将机械臂作为执行机构，可以提高系统的智能化程度，降低对医生经验的依赖，减少打磨步骤手术时间，提升髋臼打磨的准确性。提升髋臼打磨的准确性。提升髋臼打磨的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法


[0001]本专利技术涉及医疗
，具体为一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法。

技术介绍

[0002]髋臼的解剖结构为半球形，与球形的股骨头进行配合，实现髋关节的六自由度运动，当髋关节发生炎症反应或是关节的解剖结构发生物理性破坏后坏死时，病人的关节活动度会大幅降低，伴有强烈疼痛感，严重影响生活质量。
[0003]全髋关节置换是将金属、陶瓷、聚乙烯结合形成的机械假体植入到病人体内，替换原先坏死的髋关节，让病人恢复行动能力。假体在髋臼侧的部分被称为髋臼杯，髋臼杯呈半球形，植入后与人体的髋臼紧密贴合，假体厂商会提供不同尺寸的髋臼杯供临床选择。由于髋臼杯形状固定，而病人的髋臼形状各异，为了达到良好的配合效果，在安装假体前需要对病人的髋臼进行打磨，传统全髋关节手术对髋臼的打磨，采用徒手握持打磨杆进行打磨，凭借医生经验来判断打磨的深度以及角度，由于手术暴露的视野受限，机器人辅助导航手术可以帮助医生更准确地打磨髋臼窝和安装髋臼杯，近年来受到医生的追捧。
[0004]目前已有的机器人产品在传统的打磨杆上安装标记点，让视觉系统能够识别和定位打磨杆的位置和姿态，通过一系列的注册步骤，让医生在打磨和安装过程中能够实时观察打磨和安装的角度和位置。这种方式在打磨和安装步骤中，几乎不改变医生传统手术的操作习惯，因此医生需要像传统手术那样，从小号髋臼锉开始，逐步增大到合适的髋臼锉，且操作过程中需要实时观察打磨杆的角度，根据偏移手动调整打磨杆的朝向，操作费时费力，智能化程度不高，对手术效果的提升不明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中描述的现有技术方案的缺点，提供一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，所述方法将机械臂作为执行机构引入机器人导航系统，可以提高系统的智能化程度，降低对医生经验的依赖，减少打磨步骤手术时间，提升髋臼打磨的准确性。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，包括以下步骤：获取患者CT影像，并通过图像分割技术从CT影像中重建出髋骨的三维模型；结合规划软件提供的测量工具，在髋骨三维模型上摆放髋臼杯的位置，使髋臼杯能够被髋臼骨质很好地覆盖；将生成的方案导入导航软件，在导航软件中对方案进行预览并最终确认；将反光阵列通过克氏针固定在患者的髋骨上，通过配准获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系；在机械臂末端工具上安装另一个反光阵列，获取所述反光阵列到机械臂末端工具的转换关系以及所述反光阵列到机械臂法兰的转换关系；
构建末端工具位姿转换关系，将髋骨的运动接入到机械臂运动控制程序中，使机械臂能够跟随髋骨做同步运动；通过动态设置限制运动面位置的方式，在打磨深度上防止打磨骨量超过规划假体位置，并有效避免打磨过程中髋骨发生移动导致的打磨偏差。
[0007]进一步地，所述将反光阵列通过克氏针固定在患者的髋骨上，通过配准获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系，包括：将反光阵列通过克氏针经皮固定在患者的髂前上棘；在切口暴露的区域内，使用探针在髋臼上采点；将采集点的数据与重建的髋骨三维模型进行配准，获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系，使双目视觉系统通过追踪反光阵列的运动，关联到追踪髋骨的运动。
[0008]进一步地，所述反光阵列上设置有3
‑
4个反光标识点，双目视觉系统通过反光标识点可以追踪到所述反光阵列的实时位置和姿态。
[0009]进一步地，所述在机械臂末端工具上安装另一个反光阵列，获取所述反光阵列到机械臂末端工具的转换关系以及所述反光阵列到机械臂法兰的转换关系，包括：在机械臂末端工具上安装另一个反光阵列，所述反光阵列指示的是末端工具坐标系在双目视觉系统下的位置和姿态，即髋臼锉的位置和姿态；整个末端工具机械加工成型，具有高精度保证，因此可以通过使用机械参数确定所述反光阵列到所述髋臼锉的转换关系以及所述反光阵列到机械臂法兰的转换关系。
[0010]进一步地，所述构建末端工具位姿转换关系，将髋骨的运动接入到机械臂运动控制程序中，使机械臂能够跟随髋骨做同步运动，还包括：在打磨过程中，机械臂的运动还受到医生推拉力的影响，为了实现追踪的同时不影响打磨方向上的力控运动，需要对机械臂的运动进行坐标系拆解：在髋臼杯规划姿态的轴线方向上，机械臂的运动只依赖于医生施加的推拉力大小，推拉力越大运动速度越快，直到速度达到上限则不再增加；在髋臼杯规划姿态的非轴线方向上，机械臂的运动跟随髋骨进行运动，实时对打磨杆的位置和姿态进行调整，保证打磨杆的轴线始终和规划髋臼杯的轴线对齐。
[0011]进一步地，所述通过动态设置限制运动面位置的方式，在打磨深度上防止打磨骨量超过规划假体位置，并有效避免打磨过程中髋骨发生移动导致的打磨偏差，包括：设置规划髋臼杯底部所在切平面为限制运动面的位置；通过获取髋骨实时的运动情况，将运动数据更新到机械臂运动控制系统中，实现限制运动面的实时更新；当髋臼锉接近限制运动面时，限制运动面会对机械臂的运动控制系统产生预警，使机械臂发生减速运动，髋臼锉最终在限制运动面前停止，此时再施加打磨方向的力，由机械臂提供反向作用力，阻止髋臼锉进一步打磨髋臼。
[0012]与现有技术相比较，本专利技术提供的一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法具有以下技术优点：1.采用机械臂作为执行机构，辅助医生执行髋臼打磨的操作，可以提升手术执行精度，降低对医生经验的依赖，使手术过程更加智能化，同时减少手术中医生的体力消耗；2.利用双目视觉系统实时追踪髋骨的位姿数据，连接机械臂运动控制系统，使机
械臂系统具备动态追踪髋骨移动的能力，由于人体被软组织包裹，无法实现稳定的夹持，手术过程中出现小范围移动在所难免，并且，在打磨进行中，髋臼锉对髋臼施加的下压力也会导致髋骨的移动，因此，让打磨杆的动态追踪髋骨移动可以大大减小医生手术操作难度，并且能够提升假体安装的精度；3.打磨深度会直接影响安装的精度与假体稳定性，是临床上评估手术结果的重要指标，本专利技术所述方法通过动态设置限制运动面位置的方式，控制机械臂在接近限制运动面时发生减速，可以有效地通过力反馈提示医生达到预期打磨深度，防止打磨骨量超过规划假体位置，另外动态更新限制运动面可以避免打磨过程中髋骨发生移动导致的打磨偏差。
附图说明
[0013]下面将参考附图来描述本专利技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
[0014]图1是本专利技术实施例提供的全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法流程示意图。
具体实施方式
[0015]下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开 的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开， 而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体 细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本 公开的示例来提供对本公开更好的理解。
[0016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中的髋臼打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：S101，获取患者CT影像，并通过图像分割技术从CT影像中重建出髋骨的三维模型；S102，结合规划软件提供的测量工具，在髋骨三维模型上摆放髋臼杯的位置，使髋臼杯能够被髋臼骨质很好地覆盖；S103，将生成的方案导入导航软件，在导航软件中对方案进行预览并最终确认；S104，将反光阵列通过克氏针固定在患者的髋骨上，通过配准获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系；S105，在机械臂末端工具上安装另一个反光阵列，获取所述反光阵列到机械臂末端工具的转换关系以及所述反光阵列到机械臂法兰的转换关系；S106，构建末端工具位姿转换关系，将髋骨的运动接入到机械臂运动控制程序中，使机械臂能够跟随髋骨做同步运动；S107，通过动态设置限制运动面位置的方式，在打磨深度上防止打磨骨量超过规划假体位置，并有效避免打磨过程中髋骨发生移动导致的打磨偏差。2.根据权利要求1所述的一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，其特征在于，S104中所述将反光阵列通过克氏针固定在患者的髋骨上，通过配准获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系，包括：将反光阵列通过克氏针经皮固定在患者的髂前上棘；在切口暴露的区域内，使用探针在髋臼上采点；将采集点的数据与重建的髋骨三维模型进行配准，获取所述反光阵列与髋骨的位姿转换关系，使双目视觉系统通过追踪反光阵列的运动，关联到追踪髋骨的运动。3.根据权利要求2所述的一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，其特征在于，所述反光阵列上设置有3
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4个反光标识点，双目视觉系统通过反光标识点可以追踪到所述反光阵列的实时位置和姿态。4.根据权利要求1所述的一种全髋关节置换手术中的髋臼打磨方法，其特征在于，S105中所述在机械臂末端工具上安装另一个反...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘博涵，乔天，杜思傲，
申请(专利权)人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：