[发明专利]胫骨假体与胫骨的拟合方法及机器人手术系统

权利要求书

1.一种机器人手术系统，包括：用于建立胫骨坐标系的计算机装置，和用于获取拟植入人体的胫骨假体的胫骨假体坐标系的数据采集装置，其特征在于，能够实现如下一种膝关节假体胫骨组件与胫骨的拟合方法的步骤，该胫骨组件（1）作为胫骨假体形成有与胫骨近端的截骨平面接触的底面（3），其中，

当所述胫骨假体与所述胫骨近端接合成对齐状态时，满足以下条件：

Ⅰ）所述截骨平面上AP线的投影与胫骨内外侧线的投影的交点O₁对应于所述胫骨假体的中心O，所述胫骨内外侧线是指由最适合所述截骨平面的矩形的内侧和外侧的中点之间的第二连线ML；

Ⅱ）所述底面的左右平分线即胫骨假体中线上的一个点I₁与另一个点I₂位于AP线在所述截骨平面上的投影线L₃上；和

Ⅲ）所述截骨平面的单位法矢量垂直于所述底面，

所述拟合方法包括如下步骤：

1）在所述计算机装置中生成所述胫骨的三维图像模型，基于所述胫骨上的特征点的位置信息，建立胫骨坐标系，

其中，所述特征点选自：踝关节中心AK点、膝关节胫骨中心K、PCL胫骨止点、胫骨结节中内1/3点、内侧平台和外侧平台；

2）获取胫骨假体坐标系，其中，设要向所述胫骨坐标系转换的胫骨假体坐标为X；

3）基于所述条件，求解所述胫骨坐标系与所述胫骨假体坐标系之间的变换矩阵F（x）=Q + TX，得出变换矩阵T、平移矢量Q，

其中，T是3×3矩阵，允许在所述条件下从所述胫骨假体坐标系到所述胫骨坐标系的矢量转换； Q是3×1矢量，表示必要的平移用以匹配所述胫骨的点和所述胫骨假体的底面，

选择胫骨假体上的胫骨假体中线的单位定向矢量，使得该单位定向矢量等于代表AP线在所述截骨平面上投影的单位定向矢量；

选择胫骨假体底面的单位法矢量，使得该单位法矢量等于垂直于截骨平面的单位法矢量，

设 -------（式9）和

--------（式10），

定义变换矩阵T以使得：

--------（式11），

由此求解得出变换矩阵T，

其中，i=1，2，3 …n，n为自然数，

基于所述截骨平面上AP线的投影与所述胫骨内外侧线的投影的交点O₁与所述胫骨假体的底面的中心点O，以满足

--------（式12）

的方式确定平移矢量Q。

2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其特征在于，

通过选择确定所述截骨平面所经过的胫骨机械轴上的第一点P₁，以及所述截骨平面的单位法矢量，来确定所述截骨平面的平面方程式：

ax+by+cz+d=0 --------（式0）

设为某一平面的法矢量，d是该平面的坐标系原点到该平面的距离。