【技术实现步骤摘要】
术前空间配准方法及装置、计算机设备、存储介质
优先权申请
[0001]本申请要求2022年9月19提交的中国专利技术专利申请【2022111369349】“【一种踝关节手术系统术前空间配准方法、装置】”的优先权,以及2022年 9月19日提交的中国专利技术专利申请【2022111362405】“【一种踝关节手术机器人系统】”的优先权,该两个优先权专利技术专利申请以引用方式全文并入。
[0002]本专利技术涉及一种骨科手术机器人,尤其是一种应用于踝关节手术机器人系统的术前空间配准方法及装置、术前空间配准的计算机设备及存储介质。
技术介绍
[0003]踝关节的距骨骨软、骨损伤是运动医学中常见的疾病,常见的手术治疗方案括关节镜下骨髓刺激、自体软骨细胞植入、自体骨膜与骨复合体移植、同种异体骨软骨移植或同种异体青少年软骨微粒移植等。关节镜下骨髓刺激技术(特别是微骨折)适用于较小的病灶,自体骨膜、骨复合体移植常用于伴有较大囊性病变的距骨骨软骨损伤患者。
[0004]针对目前医疗手术规划系统功能较为单一、对于关节等复杂解剖结构分割重建的模型精度以及病灶识别的精度较低、手术过程规划严重依赖医生经验,自动化处理能力不强、且无法对手术方案进行自主分析评价等问题。因此,需要一种可提高准确性、安全性及可重复性的新方法引入到踝关节手术中。随着计算机性能、人工智能技术的提高与医学影像技术的发展,使得基于光学图形导航的技术广泛应用于各种疾病治疗中;而机器人具有精度高、定位准、稳定性好及重复性好等优点,其广泛应用于医疗过程。 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种踝关节手术机器人系统的术前空间配准方法,其特征在于,包括步骤:分别获取光学定位仪的坐标系{O}、第一定位工具E1的坐标系{P}、第二定位工具E2的坐标系{E}与机械臂的基坐标系{B};计算所述第二定位工具E2的坐标系{E}与所述机械臂的基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BE
;其中,所述第二定位工具E2预先安装在执行踝关节手术方案的所述机械臂的末端,且所述第二定位工具E2的坐标系与所述机械臂的基坐标系之间的欧拉角为N
×
90
°
,整数N取值范围为[
‑
3,3];计算所述光学定位仪的坐标系{O}与所述第二定位工具E2的坐标系{E}之间的变换矩阵T
EO
,并基于所述第二定位工具E2的坐标系{E}分别与所述机械臂的基坐标系{B}和所述光学定位仪的坐标系{O}之间的变换矩阵T
BE
、T
EO
,计算所述光学定位仪的坐标系{O}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BO
=T
BE
T
EO
;计算所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述光学定位仪的坐标系{O}之间的变换矩阵T
OP
;并基于所述光学定位仪的坐标系{O}分别与所述机械臂的所述基坐标系{B}和所述第一定位工具E1的坐标系{P}之间的变换矩阵T
BO
、T
OP
,计算所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BP
=T
BE
T
EO
T
OP
;其中,所述第一定位工具E1安装在预先打在患者病灶所在脚的胫骨上的克氏针上;获取患者足部三维图像中的所述第一定位工具E1的虚拟坐标系{V},并计算所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述三维图像中的所述第一定位工具E1的所述虚拟坐标系{V}之间的变换矩阵T
PV
,并计算所述虚拟坐标系{V}与所述机械臂的所述基坐标系之间的变换矩阵T
BV
=T
BE
T
EO
T
OP
T
PV
;其中,所述三维图像是预先对打入所述克氏针的患者病灶所在脚和所述第一定位工具E1进行CT扫描后,基于CT数据重建的三维图像。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一定位工具E1的支架为非金属材料。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二定位工具E2的支架为金属支架或者非金属支架。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,计算第一定位工具E1的坐标系{P}与光学定位仪的坐标系{O}之间的变换矩阵T
OP
的步骤之前,还包括步骤:保持患者病灶、所述机械臂与所述光学定位仪相对位置固定,且直至手术结束。5.一种踝关节手术机器人系统的术前空间配准装置,其特征在于,包括:数据获取模块,用于分别获取光学定位仪的坐标系{O}、第一定位工具E1的坐标系{P}、第二定位工具E2的坐标系{E}与机械臂的基坐标系{B};第一计算模块,用于计算所述第二定位工具E2的坐标系{E}与所述机械臂的基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BE
;其中,所述第二定位工具E2预先安装在执行踝关节手术方案的所述机械臂的末端,且所述第二定位工具E2的坐标系与所述机械臂的所述基坐标系的欧拉角为N
×
90
°
,整数N取值范围为[
‑
3,3];第二计算模块,用于计算所述光学定位仪的坐标系{O}与所述第二定位工具E2的坐标系{E}之间的变换矩阵T
EO
,以及计算所述光学定位仪的坐标系{O}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BO
=T
BE
T
EO
;第三计算模块,用于计算所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述光学定位仪的坐标
系{O}之间的变换矩阵T
OP
;病灶定位模块,基于所述光学定位仪的坐标系{O}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BO
、所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述光学定位仪的坐标系{O}之间的变化矩阵T
OP
,计算所述第一定位工具E1的坐标系{P}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BP
=T
BE
T
EO
T
OP
,从而实现病灶定位;其中,所述第一定位工具E1安装在预先打在患者病灶所在脚的胫骨上的克氏针上;图像配准模块,用于计算用于定位真实空间病灶的所述第一定位工具E1的坐标系{P}与患者足部三维图像中的所述第一定位工具E1的虚拟坐标系{V}之间的变换矩阵T
PV
,并计算所述虚拟坐标系{V}与所述机械臂的所述基坐标系{B}之间的变换矩阵T
BV
=T
BE
T
EO
T
OP
T
PV
,从而实现图像配准;其中,所述三维图像是预先对打入所述克氏针的患者病灶所在脚和所述第一定位工具E1进行CT扫描后,基于CT数据重建的三维图像。6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第一定位工具E1的支架为非金属材料。7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第二定位工具E2的支架为金属支架或者非金属支架...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴文杰,谢海琼,周忠娇,
申请(专利权)人:重庆生物智能制造研究院,
类型:发明
国别省市:
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