[发明专利]形成关节的两骨块所成角度的测算方法与装置

权利要求书

1.一种形成关节的两骨块所成角度的测算方法，用于计算机辅助手术导航系统，其中，利用光学跟踪系统来建立3维虚拟骨骼模型的坐标系与从实际骨骼表面采集的标志的坐标系之间的转换关系，

其特征在于，

利用从所述3维虚拟骨骼模型中提取的标志点，来求取所述角度，

其中，所述标志点包括：髋关节中心H、股骨膝关节中心FK、胫骨膝关节中心TK、踝关节中心AK，

还包括如下步骤：

求取股骨机械轴方向向量：，（式3），以及

胫骨机械轴方向向量：，（式4）；

由此，作为所述角度，求取膝关节在矢状面上屈曲运动时的屈曲角度:

，（式5）。

2.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，

所述标志点还包括胫骨结节TB，

还包括如下步骤：

从所述3维虚拟骨骼模型中取一条穿过所述胫骨结节TB并在矢状面上垂直于所述胫骨机械轴的线Ld，

求所述线Ld的方向向量与所述股骨机械轴的方向向量之间的夹角α_df，以表示所述胫骨机械轴相对于所述股骨机械轴的倾斜方向。

3.根据权利要求2所述的测算方法，其特征在于，

如果所述夹角α_af为90°角，则判定胫骨机械轴朝前或后方向倾斜为零；

如果所述夹角α_df大于90°，则判定所述屈曲角度α_f为正，且所述胫骨机械轴朝后方向倾斜；

如果所述夹角α_df小于90°，则判定所述屈曲角度α_f为负，且所述胫骨机械轴向前倾斜。

4.根据权利要求1所述的测算方法，其特征在于，

所述标志点还包括外上髁LE和内上髁ME，

当所述屈曲角度在0°α_f60°或120°α_f160°范围内时，将由所述的髋关节中心H、外上髁LE、内上髁ME定义的冠状面P_c用作为投影面，

基于向量、在冠状面P_c上的投影来确定外翻角和内翻角，

所述投影基于下式进行计算：

设向量是向量的在一个具有法向量的投影面上的投影，则

，（式6）。

5.根据权利要求4所述的测算方法，其特征在于，还包括如下步骤：

如果所述外上髁LE和所述内上髁ME没有形成与所述向量垂直的向量，则寻找具有所述向量作为法线并包含所述外上髁LE和所述内上髁ME二者其中一个点的平面P_V，在该平面P_V上投影另一个点，利用所投影的点及与其成对的上述其中一个点形成一个垂直于所述向量的向量，通过该成对的点和所述向量得到投影面P_c’，

利用向量、在所述投影面P_c’上投影得到的和，来确定所述外翻角和内翻角。

6.根据权利要求4所述的测算方法，其特征在于，

当所述屈曲角度在60°≤αf≤120°的范围内时，将垂直于冠状面P_c的横切面P_V’作为通过所述外上髁LE和所述内上髁ME的投影面，

用冠状面P_c的法向量和所述向量在所述横切面P_V’上的投影来确定外翻角和内翻角。

7.一种手术机器人系统，包括具有光学跟踪系统和计算机的计算机辅助手术导航系统，通过所述计算机执行权利要求1～6中任一项所述的测算方法的步骤，用于形成关节的两骨块所成角度的测算。

8.一种存储介质，其为计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被执行来实现权利要求1～6中任一项所述的测算方法的步骤。