[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

摘要

本发明涉及一种手术器械，具体涉及一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法及系统，该系统包括参考惯性传感器、控制终端、基准固定架、调整惯性传感器、股骨远端截骨调整装置、股骨远端截骨导向器和股骨锯切槽，该方法包括：S1、建立参考惯性传感器、调整惯性传感器与控制终端之间的通信连接；步骤S2、标定参考惯性传感器和调整惯性传感器；S3、股骨注册；S4、计算股骨远端截骨调整装置的内/外翻角度及前/后倾角度；S5、通过股骨远端截骨调整装置调整其内/外翻角度和前/后倾角度，确定最终截骨平面；S6、截骨。本发明能够快速实现关节置换手术中相关轴线识别和定位，简化手术操作，缩短手术时间，降低成本价格。

主权项

1.一种基于惯性导航的关节置换手术辅助定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，建立参考惯性传感器(8)、调整惯性传感器(9)与控制终端之间的通信连接，系统初始化；步骤S2，系统初始化完成后，将参考惯性传感器(8)、调整惯性传感器(9)安装在标定装置中，进行标定；步骤S3，标定完成后,进行股骨注册，在机械力线(4)入髓点固定股骨长钉，通过基准固定架(10)将参考惯性传感器(8)固定在股骨长钉上，建立参考坐标系X1、Y1、Z1，活动下肢，参考惯性传感器(8)周期性地采集其位置坐标信息，选取分布在同一环形或星形轮廓上的N个数据采集点，坐标值分别为(x_i y_i z_i)，其中i＝1,2,3，…，N，N为正整数，利用N个稳定点坐标，通过最小二乘法获取股骨头中心点坐标，并计算机械力线(4)与解剖轴线(2)的夹角α；步骤S4，股骨注册完成后，根据步骤S3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；步骤S5，通过股骨远端截骨调整装置(12)调整其内/外翻角度和前/后倾角度，最终获得与机械力线(4)垂直的股骨远端截骨平面；步骤S6，股骨远端截骨调整装置(12)调整完成后开始截骨。