[发明专利]股骨头中心点的定位方法和系统

权利要求书

1.一种股骨头中心点的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

将定位工具固定在股骨头上；

保持所述股骨头的中心点位置不变，旋转所述股骨头；

光学定位器在所述股骨头的旋转过程中采集所述定位工具的多个位姿；

对于采集到的每一位姿，光学定位器求解定位工具坐标系和光学定位器坐标系之间的坐标变换矩阵；

根据坐标变换矩阵构造目标函数F，其中，，其中，是6行1列的矩阵，x1表示中心点在定位工具坐标系中坐标的相反数，x2表示中心点在光学定位坐标系中坐标，P_i为位姿在所述定位工具坐标系中的坐标，Q_i为P_i在所述光学定位器坐标系中的对应坐标，P_i和Q_i是3行1列的矩阵并且满足，其中，i＝1，2，…，n，n为所采集的位姿的数量；

求解使所述目标函数F最小的X，以获得所述中心点在所述定位工具坐标系中的坐标；

坐标变换矩阵包括旋转矩阵R和平移矩阵T，在所述根据坐标变换矩阵构造目标函数F的步骤中，；

所述求解使所述目标函数F最小的X的步骤包括：利用高斯塞德尔迭代法求解X。

2.如权利要求1所述的股骨头中心点的定位方法，其特征在于，在所述求解使所述目标函数F最小的X的步骤之后，所述定位方法还包括：

计算获得的所述中心点的坐标的误差e，其中，。

3.如权利要2所述的股骨头中心点的定位方法，其特征在于，在所述计算获得的所述中心点的坐标的误差e的步骤之后，所述定位方法还包括：

判断所述误差e是否小于误差阈值；

若是，则发出停止旋转所述股骨头的指令，并输出所述中心点的坐标。

4.如权利要求1所述的股骨头中心点的定位方法，其特征在于，在所述旋转所述股骨头的步骤中，所述股骨头的旋转位置与初始位置之间的夹角为30°-60°，其中，所述旋转位置为所述股骨头在旋转过程中的位置，所述初始位置为所述股骨头开始旋转的位置。

5.一种股骨头中心点的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：

定位工具，用于固定在股骨头上；

光学定位器，用于在旋转所述股骨头的过程中采集所述定位工具的多个位姿，还用于根据采集到的每一位姿分别求解定位工具坐标系和光学定位器坐标系之间的坐标变换矩阵；

目标函数构造模块，用于根据坐标变换矩阵构造目标函数F，其中，，其中，是6行1列的矩阵，x1表示中心点在定位工具坐标系中坐标的相反数，x2表示中心点在光学定位坐标系中坐标，P_i为位姿在所述定位工具坐标系中的坐标，Q_i为P_i在所述光学定位器坐标系中的对应坐标，P_i和Q_i是3行1列的矩阵并且满足，其中，i＝1，2，…，n，n为所采集的位姿的数量；

中心点坐标求解模块，用于求解使所述目标函数F最小的X，以获得所述中心点在所述定位工具坐标系中的坐标；

其中，所述股骨头的中心点在旋转过程中的位置保持不变；

坐标变换矩阵包括旋转矩阵R和平移矩阵T，在所述目标函数F中，；

所述中心点坐标求解模块利用高斯塞德尔迭代法求解X。

6.如权利要求5所述的股骨头中心点的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：

误差计算模块，用于计算所述中心点坐标求解模块获得的所述中心点的坐标的误差e，其中，。

7.如权利要6所述的股骨头中心点的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：

误差判断模块，用于判断所述误差e是否小于误差阈值；

若是，则调用中心点坐标输出模块；

所述中心点坐标输出模块用于发出停止旋转所述股骨头的指令，并输出所述中心点的坐标。

8.如权利要求5所述的股骨头中心点的定位系统，其特征在于，所述股骨头的旋转位置与初始位置之间的夹角为30°-60°，其中，所述旋转位置为所述股骨头在旋转过程中的位置，所述初始位置为所述股骨头开始旋转的位置。