[发明专利]用于寻找髋关节中心的骨科手术系统

说明书

本发明提供一种髋关节中心的寻找方法，能有效提高髋关节中心的近似精度。其由计算机和机械臂辅助进行，包括：在保持检测对象的髋部固定的同时，在使该检测对象的下肢围绕髋关节中心进行第一旋转的不同位置处分别使股骨以圆周方式进行第二旋转；使用导航追踪仪识别固定安装在所述股骨上的参考架，在所述计算机中利用所收集到的与所述第二旋转对应的每组点生成空间曲线图中的各个椭圆；确定组成所述各个椭圆的每组点的质心；确定分别最适合所述各个椭圆的每个平面；确定所述每个平面的穿过质心的垂线；用最小二乘法求取一个表示所有垂线中的最近点的解，用所找到的最近点代表髋关节中心。还提供通过以上方法确定了髋关节中心的膝关节植入物的放置位置设计。

技术领域

本发明涉及用于寻找髋关节中心的骨科手术系统。

背景技术

由计算机和机械臂辅助的手术是帮助外科医生进行更精确手术的尖端技术。这些技术进步正在彻底改变骨科领域，如全膝关节置换术或部分膝关节置换术。

基于这种机器人辅助技术的手术系统可以根据每个病人的解剖结构的独特形状和运动来设计膝关节植入物放置位置。

植入物的对齐和固定是根据几个参数进行的，其中包括股骨的机械轴。

股骨的机械轴定义为连接髋关节中心和膝关节股骨中心的线，其中髋关节中心定义为一个圆的中心点，该圆在冠状面、矢状面和横向面上与股骨头相匹配。

准确估计髋关节和膝关节股骨中心是使植入物与患者的解剖结构正确对齐的重要一步。

在其他已经上市的先进的膝关节置换技术系统中，髋关节中心的位置是通过围绕髋关节中心旋转股骨来确定的，期间保持髋部(髋臼)的固定。这种类型的旋转生成一组点，这些点是通过使用双目跟踪仪识别安装在股骨上的参考架来收集的。膝关节置换手术系统使用这个参考架来跟踪股骨的位置。

在一个完美的系统中，这些收集点属于一个球体，其半径对应于参考架在股骨上的相应位置，其中心为髋关节中心。但在实际系统中，这些点会受到测量误差和噪声的影响，这些误差和噪声是由股骨运动期间髋关节中心的微小变化引起的。这会导致所找到的点的位置不准确。

发明内容

鉴于上述问题而完成本发明，其目的在于提供一种髋关节中心的寻找方法，能够有效地提高髋关节中心的近似精度。

根据本发明的一方面，提供一种髋关节中心的寻找方法，其由计算机和机械臂辅助进行，包括如下步骤：在保持检测对象的髋部固定的同时，在使该检测对象的下肢围绕髋关节中心进行第一旋转的不同位置处分别使股骨以圆周方式进行第二旋转；使用导航追踪仪识别固定安装在所述股骨上的参考架，在所述计算机中利用所收集到的与所述第二旋转对应的每组点生成空间曲线图中的各个椭圆；确定组成所述各个椭圆的每组点的质心；确定分别最适合所述各个椭圆的每个平面；确定所述每个平面的穿过质心的垂线；用最小二乘法求取一个表示所有垂线中的最近点的解，用所找到的最近点代表髋关节中心。

优选地，所述不同位置是所述下肢以所述髋关节中心为原点而围绕预定中心线进行所述第一旋转时的各个位置，所述预定中心线是连接所述髋关节中心和预定中心的线。

优选地，以完成所述第一旋转一圈的期间为一个测定周期，基于该周期内在所述不同位置处的所述第二旋转来生成所述空间曲线图中的各个椭圆。

优选地，在3～15个的所述不同位置处分别进行1～10次的所述第二旋转。

优选地，通过适当的拟合来求出最适合所述各个椭圆的平面。

优选地，所述导航追踪仪包括双目光学跟踪仪。

根据本发明的另一方面，提供一种膝关节植入物，其放置位置根据包括股骨的机械轴的参数而确定，所述股骨的机械轴定义为连接髋关节中心和膝关节股骨中心的线，其中，所述髋关节中心通过以上所述的髋关节中心的寻找方法来确定。