[发明专利]基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位系统，其特征在于，包括参考惯性传感器(8)、控制终端、基准固定架(10)、调整惯性传感器(9)、股骨远端截骨调整装置(12)、股骨远端截骨导向器(11)和股骨锯切槽(14)，其中，参考惯性传感器(8)和调整惯性传感器(9)通过无线通信模块与控制终端进行通信，基准固定架(10)用于固定参考惯性传感器(8)和股骨远端截骨调整装置(12)，股骨远端截骨导向器(11)用于固定调整惯性传感器(9)和股骨锯切槽(14)，股骨远端截骨导向器(11)固定股骨锯切槽(14)的一端与股骨远端截骨调整装置(12)固定连接；所述控制终端用于通过参考惯性传感器(8)和调整惯性传感器(9)得到股骨远端截骨调整装置(12)的内/外翻角度和前/后倾角度，具体算法如下：

S3.1、获取参考惯性传感器(8)数据采集点坐标(x_i y_i z_i)，其中，i＝1,2,3，…，N，N为正整数；

S3.2、步骤S3.1获取的参考惯性传感器(8)数据采集点为一组分散在球面上的数据，根据球面方程其中，L₁为参考惯性传感器(8)中心到股骨头(1)中心点的距离，采用最小二乘法获得股骨头(1)中心点坐标(x₀,y₀,z₀)；

S3.3、获取机械力线(4)，参考惯性传感器(8)初始点坐标(x',y',z')，沿股骨长钉移动L₂的距离坐标变为(x”,y”,z”)，L₂为参考惯性传感器(8)中心到机械力线(4)入髓点的距离，机械力线(4)入髓点到股骨头中心点的距离L₀计算公式为：

S3.4、通过三角余弦函数变换，获得股骨长钉与机械力线(4)夹角β的值，通过获得的β值，获得机械力线(4)与解剖轴线(2)的夹角α，具体公式如下：

L₁²＝L₀²+L₂²-2L₀L₂cosβ

机械力线与解剖轴线的夹角α＝180°-β；

步骤S4，根据步骤S3.4的计算结果建立股骨坐标系X0、Y0、Z0，将调整惯性传感器(9)通过股骨远端截骨导向器(11)的固定端固定，建立相应的角度调整坐标系X2、Y2、Z2，股骨远端截骨导向器(11)的导向端固定有股骨锯切槽(14)并与股骨远端截骨调整装置(12)固定连接，调整股骨坐标系和角度调整坐标系对齐，通过一阶龙格库塔更新四元数获得从角度调整坐标系到股骨坐标系的旋转矩阵，进而获得用方向余弦表示的欧拉角并通过控制终端显示，其中，表示股骨远端截骨调整装置的内/外翻角度，θ表示股骨远端截骨调整装置的远/近端角度，ψ表示股骨远端截骨调整装置的前/后倾角度。

2.根据权利要求1所述的基于惯性导航的关节置换手术辅助定位系统，其特征在于，所述基准固定架(10)包括固定连接的传感器基座(15)和导向套筒(16)，导向套筒(16)远离传感器基座(15)的一端设置固定片(17)，固定片(17)两端设置固定孔(18)，两固定孔(18)之间设置对正片(19)。

3.根据权利要求1所述的基于惯性导航的关节置换手术辅助定位系统，其特征在于，所述股骨远端截骨调整装置包括参考固定基座(20)、股骨远端对正规(21)、前后倾调节件和内外翻调节件，所述参考固定基座(20)上通过轴承座固定内外翻调节轴(22)，参考固定基座(20)上设有内外翻调节轴紧定螺钉(43)，内外翻调节轴(22)上设置小齿轮(23)，扇形轮(24)的圆弧面对应小齿轮(23)设有啮合齿，扇形轮(24)上设置前后倾调节槽(25)，股骨远端对正规(21)设置顶面通过螺纹孔连接球头螺杆(27)，球头螺杆(27)的球头与前后倾调节槽(25)滑动连接，扇形轮(24)远离啮合齿的一端通过销轴(26)与股骨远端对正规(21)铰接。