[发明专利]基于机械臂的切割髋臼杯的方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于机械臂的切割髋臼杯的方法和系统，该方法包括：执行球形摆锯的旋转中心相对于用于安装球形摆锯的机械臂基座位置标定以及球形摆锯相对于机械臂基座姿态标定；确定机械臂上的球形摆锯的当前位置和姿态并将当前位置和姿态调整为切割位置和姿态；根据预先规划的切割路径旋转球形摆锯，以切割出球形髋臼杯。本发明使用机械臂自动切割出球形髋臼杯，有效地替代了人手，有效地排除振荡等原因导致的摆锯移位不稳定因素，从而提升了切割效率和稳定性，而且通过特殊的标定工具能够标定摆锯面相对机械臂端的位置和姿态，从而提升了切割精度。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，特别涉及一种基于机械臂的切割髋臼杯的方法和系统。

背景技术

先天髋关节发育不良在儿童、青少年及成人中引起疼痛、行走困难、严重畸形，甚至进而引发残疾，越来越多的医生倾向于保髋手术而不是人工关节置换，原因在于后者使得患者在余生必须面临多次人工关节翻修的结局，临床上常用两类保髋手术为：髋臼周围截骨术(Periacetabular osteotomy，PAO)、髋臼周围旋转截骨术(Periacetabularrotational osteotomy，RAO)。

髋臼周围截骨术(PAO)，在髋臼周围进行多边形截骨，将髋臼从周围的骨盆中分离出来，截取的髋臼可大幅度移动，使股骨头的覆盖得到较大程度的矫正。但是，这种术中出现大出血及重要神经损伤风险极高，术后骨不愈合及畸形矫正丢失等并发症众多。

髋臼周围旋转截骨术(RAO)，需要将髋臼杯呈球形完全离断，使带着软骨面的髋臼，能自由移动到和股骨头合适的匹配位置上。可形象的认为是在挖一个冰激凌球，这类手术具有开口小、远离重要神经、增大髋关节接触面积和股骨头稳定性、改善髋臼生物力学、后遗症少、恢复快等特点。

医生进行髋臼周围旋转截骨术(RAO)时，采用骨科球形截骨摆锯切割髋臼，需要明确球形摆锯旋转球心点在笛卡尔坐标下的位置(XYZ)、绕定轴X-Y-Z旋转(RPY角)、实体球形切面坐标体系等。这样才能控制其在空间中旋转中心点位置不变、沿着指定的旋转切割路径、使用最少的切割刀数，来精确切割出球形髋臼杯。

由于髋关节表面的不规则、骨头硬度高，用球形摆锯来复切割髋臼时受到应力分布不均匀和摆锯电动工具自身振动，切割时会产生剧烈振荡，导致医生手工把握电动工具不稳，使得摆锯中心移动。

球形摆锯旋转球心点是一个位于摆锯实体以外虚拟的点，切割时无法通过人眼和其他机械工具实时精确测量出摆锯球心点在笛卡尔坐标系中的位置，造成切割点位不精确。

医生术前规划切割髋臼杯时，要挖出完整球形髋臼杯，还需要将手术球心规划点位于髋臼杯内部，但是髋臼外围是骨头硬物，医生使用球形摆锯工具无法直接将摆锯旋转中心点送至规划位置。

球形摆锯切割髋臼杯时，会分解为多个不同的圆球面来切割，医生手工切割时没有精确的坐标体系会造成多个切割面不连续，需要增加切割次数修复不连续面，造成手术难度增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中切割髋臼杯采用人工切割的方式，导致切割精度和效率低的缺陷，提供一种基于机械臂的切割髋臼杯的方法和系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

根据本发明的一实施方式，提供一种基于机械臂的切割髋臼杯的方法，包括：

执行球形摆锯的旋转中心相对于用于安装所述球形摆锯的机械臂基座位置标定以及所述球形摆锯相对于所述机械臂基座姿态标定；

确定所述机械臂上的所述球形摆锯的当前位置和姿态并将当前位置和姿态调整为切割位置和姿态；

根据预先规划的切割路径旋转所述球形摆锯，以切割出球形髋臼杯。

可选地，所述机械臂还用于安装标定工具；