申请/专利权人：杭州键嘉医疗科技股份有限公司

申请日：2023-10-18

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117100468B

主分类号：A61F2/48

分类号：A61F2/48;A61B34/10;A61F2/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.12.12#实质审查的生效;2023.11.24#公开

摘要：本发明提供了一种调整股骨假体和胫骨假体之间旋转角度的方法及相关设备，其中所述方法包括：获取膝关节目标位置的医学图像，生成膝关节的股骨三维模型和胫骨三维模型；通过规划软件自动生成术前规划方案；分别将胫骨假体和股骨假体按照术前规划方案植入对应的胫骨模型和股骨模型；计算伸膝位时胫骨假体相对股骨假体的位姿关系以及屈膝位时股骨假体相对胫骨假体的位姿关系，并对股骨假体和胫骨假体的旋转角进行调整。本发明通过计算伸膝位时胫骨假体相对股骨假体的位姿关系以及屈膝位时股骨假体相对胫骨假体的位姿关系，可以实现在术中准确、快捷的调整股骨假体和胫骨假体之间的旋转角度。

主权项：1.一种调整股骨假体和胫骨假体之间旋转角度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S101，获取膝关节目标位置的医学图像，其中，所述医学图像包括股骨数据和胫骨数据；S102，通过图像分割技术和三维重建技术生成膝关节的三维骨骼模型；其中，所述三维骨骼模型包括股骨三维模型和胫骨三维模型；S103，通过规划软件自动生成术前规划方案：在股骨三维模型上构建适配的股骨假体模型，获取股骨假体模型与股骨三维模型的相对位姿关系；在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型，获取胫骨假体模型与胫骨三维模型的相对位姿关系，包括：通过规划软件，在股骨三维模型上构建适配的股骨假体模型；在股骨三维模型上选取参考点，构建股骨坐标系；其中，股骨坐标系的原点为股骨三维模型的股骨外髁、股骨内髁连线的中点，股骨三维模型机械轴为z轴，股骨三维模型的通髁线向右为x*轴，z轴与x*轴叉乘得到y轴，z轴与y轴叉乘得到x轴；获取股骨假体模型与股骨三维模型的相对位姿关系，其中，股骨假体模型相对股骨三维模型的位姿关系记为femur_implant2femur；股骨三维模型相对股骨假体模型的位姿关系记为femur2femur_implant；在胫骨三维模型上构建适配的胫骨假体模型；在胫骨三维模型上选取参考点，构建胫骨坐标系；其中，胫骨坐标系的原点为胫骨三维模型的胫骨干与胫骨平台的交点，胫骨三维模型机械轴为z轴，胫骨三维模型前后轴为y*轴，z轴与y*轴叉乘得到x轴，z轴与x轴叉乘得到y轴；获取胫骨假体模型与胫骨三维模型的相对位姿关系，其中，胫骨假体模型相对胫骨三维模型的位姿关系记为tibia_implant2tibia；胫骨三维模型相对胫骨假体模型的位姿关系记为tibia2tibia_implant；S104，分别将胫骨假体和股骨假体按照术前规划方案植入对应的胫骨模型和股骨模型，实现胫骨假体和股骨假体的模拟安装；其中，胫骨假体和股骨假体植入后，股骨假体与股骨模型的相对位姿关系和股骨假体模型与股骨三维模型的相对位姿关系一致，胫骨假体与胫骨模型的相对位姿关系和胫骨假体模型与胫骨三维模型的相对位姿关系一致；S105，计算伸膝位时胫骨假体相对股骨假体的位姿关系以及屈膝位时股骨假体相对胫骨假体的位姿关系，并对股骨假体和胫骨假体的旋转角进行调整，包括：将股骨光学定位装置固定在股骨模型的股骨干并且位于双目相机视野范围内；双目相机探测股骨光学定位装置的位置，获取股骨光学定位装置与双目相机的相对位姿关系；其中，股骨光学定位装置相对双目相机的位姿关系记为femur_marker2camera；双目相机相对股骨光学定位装置的位姿关系记为camera2femur_marker；使用探针采集股骨模型的点集数据，同时将股骨模型点集数据和股骨三维模型的点云数据进行配准，获取股骨光学定位装置与股骨模型的相对位姿关系；其中，股骨光学定位装置相对股骨模型的位姿关系记为femur_marker2femur，股骨模型相对股骨光学定位装置的位姿关系记为femur2femur_marker；同理，将胫骨光学定位装置固定在胫骨模型的胫骨干并且位于双目相机视野范围内，获取胫骨光学定位装置与胫骨模型的相对位姿关系以及胫骨光学定位装置与双目相机的相对位姿关系；其中，胫骨光学定位装置相对双目相机的位姿关系记为tibia_marker2camera；双目相机相对胫骨光学定位装置的位姿关系记为camera2tibia_marker；胫骨光学定位装置相对胫骨模型的位姿关系记为tibia_marker2tibia，胫骨模型相对胫骨光学定位装置的位姿关系记为tibia2tibia_marker；计算伸膝位时胫骨假体相对股骨假体的位姿关系以及屈膝位时股骨假体相对胫骨假体的位姿关系；对股骨假体和胫骨假体的旋转角进行调整；更进一步地，所述计算伸膝位时胫骨假体相对股骨假体的位姿关系以及屈膝位时股骨假体相对胫骨假体的位姿关系，包括：记胫骨假体相对股骨假体的位姿关系为tibia_implant2femur_implant，则伸膝位时tibia_implant2femur_implant通过下式计算：tibia_implant2femur_implant=femur2femur_implant*femur_marker2femur*camera2femur_marker*tibia_marker2camera*tibia2tibia_marker*tibia_implant2tibia；记股骨假体相对胫骨假体的位姿关系为femur_implant2tibia_implant，则屈膝位时femur_implant2tibia_implant通过下式计算：femur_implant2tibia_implant=tibia2tibia_implant*tibia_marker2tibia*camera2tibia_marker*femur_marker2camera*femur2femur_marker*femur_implant2femur；更进一步地，所述对股骨假体和胫骨假体的旋转角进行调整，包括：在伸膝位时调整胫骨假体相对胫骨模型的位姿tibia_implant2tibia可间接调整tibia_implant2femur_implant；在屈膝位时调整股骨假体相对股骨模型的位姿femur_implant2femur可间接调整femur_implant2tibia_implant；实现对股骨假体和胫骨假体之间的旋转角的调整。

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