CN115300041B - 髋臼截骨矫形手术定位工具、***及计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例适用于医疗技术领域，提供了一种髋臼截骨矫形手术定位工具、***及计算机设备，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定。采用上述髋臼截骨矫形手术定位工具，可以对机器人辅助下的髋关节发育不良手术过程中的髋臼骨块实时三维位姿进行精准追踪，大幅提高髋关节发育不良手术成功率。

Description

髋臼截骨矫形手术定位工具、***及计算机设备

技术领域

本申请实施例属于医疗技术领域，特别是涉及一种髋臼截骨矫形手术定位工具、***及计算机设备。

背景技术

骨性关节炎(osteoarthritis，OA)是一种由于老龄化、创伤、关节畸形等诸多因素导致的关节软骨退化疾病，世界卫生组织(WHO)称骨性关节炎为“不死的癌症”。据不完全统计，全世界骨性关节炎患者至少有3.6亿人，我国骨性关节炎患者多达1亿人以上。2020年我国骨科慢性病产生的治疗费用增至850亿；据推算，到2050年该费用将达到18000亿元。随着人口老龄化的不断加深，骨性关节炎将会带来巨大的社会和经济负担。

髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)是一种先天性髋臼骨性发育畸形，该疾病源于髋臼对股骨头覆盖不充分，头臼接触面积减少，接触应力增大，从而使得软骨过早发生退变，导致继发性骨性关节炎，严重的DDH患者在中青年即可丧失劳动能力。据文献报道，DDH已成为继发性髋关节骨性关节炎的首要病因(发病率可高达43％)。

据不完全统计，我国DDH患者预计在300万-500万，这些患者通常需要通过髋臼截骨矫形手术治疗的方式来进行治疗。如图1所示，是一种典型的髋臼截骨矫形手术治疗的示意图，该手术过程通常包括：(a)髋臼周围截骨，使髋臼骨块呈游离状态；(b)旋转矫形复位髋臼骨块，纠正髋臼位姿；(c)螺钉固定已复位髋臼骨块；(d)髋臼骨块愈合，恢复正常髋关节解剖形态及软骨生物力学功能。图1所示的手术治疗过程由于需要截断骨盆多处毗邻血管神经的关键骨质使髋臼骨块呈游离状态，然后通过徒手旋转矫形及精细复位髋臼骨块位姿，进而纠正髋臼覆盖不足的问题，因此存在创伤大、手术风险高、操作难度大、学习曲线陡峭、术者个体差异大等难题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种髋臼截骨矫形手术定位工具、***及计算机设备，用以提高髋关节发育不良手术的成功率。

本申请实施例的第一方面提供了一种髋臼截骨矫形手术定位工具，包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定。

本申请实施例的第二方面提供了一种髋臼截骨矫形手术定位***，包括一机械臂和一计算机设备，所述机械臂的末端安装有示踪器以及如第一方面所述的髋臼截骨矫形手术定位工具，所述计算机设备用于执行如下操作：

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

本申请实施例的第三方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例，通过提供一髋臼截骨矫形手术定位工具，可以在髋臼截骨矫形手术的骨盆注册配准步骤完成后，控制机械臂将上述定位工具的支架端固定在髋臼窝内。此时，机械臂末端的示踪器可以作为髋臼骨块的示踪器，用于对髋臼骨块的注册配准。待全部的注册配准完成后，上述定位工具可以从中段解锁，将转接杆与支架分离。分离后的支架将会继续停留在髋臼窝内，转接杆则与机械臂末端同时从髋臼窝内移除。然后，医生可以按照术前规划方案进行髋臼骨块的截骨。截骨完成后，通过对定位工具进行组装，可以使转接杆与支架重新固定在一起。这样，可以通过控制机械臂末端，操纵髋臼骨块到达术前规划的位置，并使用骨钉将髋臼骨块固定在骨盆上。在解锁定位工具的支架端后，机械臂可以连带定位工具离开髋臼窝。应用本申请实施例提供的髋臼截骨矫形手术定位工具，可以实现对游离髋臼骨块实时三维位姿的精确追踪，大幅提高DDH手术的成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种典型的髋臼截骨矫形手术治疗的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种面向DDH治疗的髋臼截骨矫形辅助机器人***的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术的规划方案的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种手术导航的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具的侧视图；

图7是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具与髋臼骨块固定连接的示意图；

图8是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具的支架与转接杆分离后支架固定在髋臼窝内的示意图；

图9是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具的支架与转接杆重新组装后的示意图；

图10是本申请实施例提供的一种计算机设备的操作过程的示意图；

图11是本申请实施例提供的一种计算机设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

针对图1所示的髋臼截骨矫形手术治疗过程存在创伤大、手术风险高、操作难度大、学习曲线陡峭、术者个体差异大等难题，可以借由计算机辅助，通过导航定位、精准截骨等技术手段来有效提升DDH手术的成功率。但是，目前市面上还没有成熟的产品可以用于进行DDH手术。结合骨科手术机器人在其他术式中的应用经验，如膝关节置换手术、传统的髋关节置换手术等，本申请实施例提供了一种面向DDH治疗的髋臼截骨矫形辅助机器人***。如图2所示，是面向DDH治疗的髋臼截骨矫形辅助机器人***的示意图，该机器人***主要由三大核心模块构成，即：计算机辅助截骨规划模块、机器人辅助旋转截骨模块、机器人引导矫形复位模块。

在上述功能模块中，由机器人引导矫形复位模块执行的髋臼位姿复位(Reposition)是其中的关键一环，也是髋臼截骨矫形手术中难度最大的步骤，其复位精度直接影响术后的功能恢复。因此术中对游离态髋臼骨块的动态跟踪及位姿估计至关重要。普通光学导航通常采用红外定位跟踪方式，虽然其***鲁棒性及实时性较好，但由于其只能识别植入骨盆骨块和髋臼骨块的红外标志物，使其具有侵入性。另外，在微创截骨狭小暴露术野下，这种基于探针交互式间接定位的方法也容易导致骨盆配准不精确，进而影响髋臼骨块位姿的估计精度。因此，在微创术野受限约束下，如何实现无侵入式髋臼骨块的动态跟踪及精确的位姿估计至关重要。本申请实施例提供了一种软硬件结合的方案，可对机器人辅助下的DDH手术过程中的髋臼骨块实时三维位姿进行精准追踪，大幅提高DDH手术的成功率。

DDH手术和传统的髋关节置换手术的最大区别在于，传统的髋关节置换手术是通过磨锉对患者髋臼窝进行削磨后，安装人工假体替代原本的髋臼窝骨面功能。这一类植入假体的使用寿命一般在15-20年。因此，临床上对于年轻的DDH患者，一般会选择保留髋臼部分的手术方式，即如图1所示的，将发育不良的髋臼骨块从骨盆上分离，然后调整为经医生术前评估判定为理想的位姿后再骨钉到骨盆上。这个完整的过程非常复杂，包含的技术环节众多。本申请实施例旨在解决其中的一个环节，即通过导航仪和机械臂的辅助，对游离髋臼骨块进行实时的三维位姿追踪。

下面，对本申请实施例提供的对游离髋臼骨块进行实时的三维位姿追踪的具体过程进行说明。

手术前，患者扫描CT，并根据CT进行图像分割，获得患者骨盆的三维模型。之后，医生在患者骨盆三维模型上，进行术前手术方案规划，并确定髋臼骨块的切割位置以及游离髋臼骨块在经过旋转固定后的复位位置。

如图3所示，是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术的规划方案的示意图。其中，图3中的(a)示出了重建出的患者骨盆的三维模型，在图3中的(a)中标记的A、B、C、D为区域示意符号。基于该三维模型规划的手术方案首先需要将髋臼骨块沿图3中的(a)中所示的虚线从骨盆上分离。经过分离后的髋臼骨块会进行旋转和位移，使得最终达到的位置经骨钉固定后，可恢复正常髋关节的解剖形态以及生物力学功能。图3中的(b)中示出的即是经过旋转位移后的髋臼骨块和骨盆的相对位置的一种示例。

在规划好手术方案后，则可以进入正常手术流程。

手术过程中，医生首先通过常规手术入路暴露手术位置，然后对患者骨盆进行注册配准。为方便后续说明，此处对配准原理作简单说明。

如图4所示，是本申请实施例提供的一种手术导航示意图。在图4中，手术机器人***配备有导航仪，该导航仪包含红外发射装置和红外接收装置。相应地，手术机器人***的配套工具中还包括一种名为“示踪器”的工具，该示踪器由可反射红外光线的反光球和技术骨架组成。在使用手术机器人***时，将示踪器和需定位的物体刚性固定后，导航仪通过发射红外光线及接收示踪器反射回的红外光线，即可实时读取示踪器的三维坐标。这里的三维坐标所在的坐标系，是导航仪自身预设的世界坐标系，在整个手术过程中保持不变。相应地，只要目标物体是刚性且不发生形变的，例如骨头、机械臂末端等，该目标物体上的任何一个点的实时三维坐标都可以由导航仪获取。

在实际的手术过程中，除了骨盆上会刚性固定示踪器外，机械臂末端也会刚性固定一个示踪器，用来实时追踪机械臂末端的三维位姿。此外，所有的注册配准流程都会使用到一个探针，探针上也装有四个反光球。这样，探针针尖的实时三维坐标也可被导航仪追踪到。在手术空间内，若想获取任何一个点的实时三维位置，只需使用探针针尖去点击该点就可以。

令骨盆CT三维模型所在的坐标系为C_mf，导航仪世界坐标系所在的坐标系为C_f，注册配准的目的即是寻找变换关系(R_f0，t_f0)，使得在真实世界骨盆骨面上任意标记一个点集后，点集中的点经过(R_f0，t_f0)转换后，和骨盆CT三维模型骨面上对应的点对之前的欧氏距离小于一个初始设定的阈值r。用通俗的语言来讲，即经过配准后，可以认为真实世界骨盆已经和CT三维模型的骨盆基本拟合。目前的问题是，在髋臼骨块被切割并与骨盆分离后，由于髋臼骨块不再和骨盆刚性固定，因此无法依靠骨盆上的示踪器再对游离髋臼骨块进行实时三维位姿追踪。

按照常规的机器人手术思路，最直接的解决方案是在髋臼骨块上再打一个示踪器，这样就可以在髋臼骨块处于游离状态时，继续通过与之刚性连接的示踪器进行定位了。然而这样的方案在实际手术过程中并不能实现，原因是在髋臼手术中，手术入路的开口仅能勉***露髋臼窝。若在髋臼骨块上用骨钉固定示踪器的话，由于示踪器必须全程固定在髋臼骨块上，因此会严重干扰医生操作。考虑到游离髋臼骨块除了需要被追踪实时位姿以外，还需要在其位姿和术前规划方案确认后保持和骨盆相对位置固定，以方便进行最终的“通过打骨钉把游离髋臼骨块和骨盆固定在一起“的步骤。在机器人辅助手术过程中，最合理的方式就是通过机械臂来夹持游离髋臼骨块，这样如果患者骨盆有了位移，机械臂还可以精确地调整髋臼骨块的位姿，保持与骨盆的对应。

为了实现上述功能，本申请实施例提供了一种髋臼截骨矫形手术定位工具，用于机器人辅助的髋臼截骨矫形手术定位，实现髋臼骨块在整个手术过程中的定位，并使机械臂可以在最后的置钉阶段帮助固定游离髋臼骨块和骨盆的相对位置。该工具由两部分组成，一部分可放置于髋臼窝内并与之固定连接，另一部分则安装于机械臂上。切骨前，将两端结合即可通过机械臂自身坐标计算出髋臼窝的坐标，然后分离两端并进行切骨，切骨完成后将髋臼窝端与机械臂端连接，即可通过机械臂将髋臼窝放置到预定位置。

如图5和图6所示，是本申请实施例提供的一种髋臼截骨矫形手术定位工具的示意图。其中，图6示出的是该髋臼截骨矫形手术定位工具的侧视图。结合图5和图6可见，该髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆501和支架502。其中，该支架可以为球形支架，球形支架上包括一锥形螺母503和至少三颗固定钉504，锥形螺母503与支架502可以通过螺纹连接并可继续转动；固定钉504位于支架502的导向孔中并可沿轴向移动。当锥形螺母503被转动时，将向下运动并挤压固定钉504。此时，受挤压的固定钉504可沿轴向从导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现支架502与髋臼窝的固定。

在本申请实施例中，转接杆501的一端具有导向轴及销钉，支架502上具有销钉槽。这样，转接杆501上的导向轴及销钉可以与支架502上的销钉槽配合实现定位。在转接杆501上导向轴及销钉的同一端，还具有一接合螺母505，该接合螺母505可以连接在转接杆501上并可自由转动。当接合螺母505与支架502上的外螺纹配合锁紧后，可以实现转接杆501与支架502之间的固定。

在注册流程结束后，CT三维模型坐标系与现实世界坐标系之间的转换关系便已确认。这时，将上述髋臼截骨矫形手术定位工具安装在机械臂末端后，控制机械臂末端可以使工具球形支架502侧固定在髋臼窝内。如图7所示，是一种髋臼截骨矫形手术定位工具与髋臼骨块固定连接的示意图(图7中未示出机械臂末端)。此时，机械臂末端、定位工具、髋臼骨块三者全部为固定且刚性的连接，图7中的定位工具即是前述示例中包括转接杆及球形支架等结构的定位工具。在该连接状态下，可以理解为机械臂末端的示踪器同时扮演了髋臼骨块的示踪器的角色。这样，以机械臂末端示踪器为参考，可以对髋臼骨块(即图3中虚线划出的部分)作一次注册配准。

注册配准完成后，定位工具可以从中段进行分离。这样，球形支架502和转接杆501分离后，球形支架502可以继续固定在髋臼窝内，转接杆501则固定在机械臂末端，如图8所示。在具体实现中，当支架502与髋臼窝按照图7固定后，图5中的接合螺母505可以与转接杆501分离，从而可以实现转接杆501与支架502的分离。相较于图7所示，图8中仅有定位工具的支架部分仍固定在髋臼窝中，定位工具的转接杆已与支架分离。

然后，可以按照术前规划方案进行髋臼骨块的截骨。截骨过程中，由于转接杆501已经与球形支架502分离，因此留在髋臼窝内的球形支架502并不会影响截骨过程。截骨完成后，可以再次控制机械臂，使球形支架502和转接杆501恢复连接。这样就相当于机械臂通过工具和髋臼骨块固定在了一起，如图9所示。图9中示出的即是髋臼骨块在截骨后，定位工具的转接杆与球形支架恢复连接的示意图。即，机械臂可以通过控制末端的位姿来引导髋臼骨块，使髋臼骨块和骨盆的相对位置与术前规划方案中保持一致。达到规划位置后，将机械臂锁定，然后通过骨钉将髋臼骨块和骨盆固定在一起。整个过程中，骨盆的实时三维位置可由骨盆上的示踪器实时确定，髋臼骨块的实时三维位置则可由机械臂末端的示踪器实时确定，确保规划的手术方案执行的准确性。

在将髋臼骨块固定在骨盆上之后，球形支架502可以从髋臼窝内取出，手术便部分完成了。

在本申请实施例中，通过提供一髋臼截骨矫形手术定位工具，可以在髋臼截骨矫形手术的骨盆注册配准步骤完成后，控制机械臂将上述定位工具的支架端固定在髋臼窝内。此时，机械臂末端的示踪器可以作为髋臼骨块的示踪器，用于对髋臼骨块的注册配准。待全部的注册配准完成后，上述定位工具可以从中段解锁，将转接杆与支架分离。分离后的支架将会继续停留在髋臼窝内，转接杆则与机械臂末端同时从髋臼窝内移除。然后，医生可以按照术前规划方案进行髋臼骨块的截骨。截骨完成后，通过对定位工具进行组装，可以使转接杆与支架重新固定在一起。这样，可以通过控制机械臂末端，操纵髋臼骨块到达术前规划的位置，并使用骨钉将髋臼骨块固定在骨盆上。在解锁定位工具的支架端后，机械臂可以连带定位工具离开髋臼窝。应用本申请实施例提供的髋臼截骨矫形手术定位工具，可以实现对游离髋臼骨块实时三维位姿的精确追踪，大幅提高DDH手术的成功率。

结合上述介绍，本申请实施例还提供了一种髋臼截骨矫形手术定位***，该***可以包括一导航仪、一机械臂和一计算机设备。其中，机械臂的末端可以安装有示踪器以及如前述介绍的髋臼截骨矫形手术定位工具；上述导航仪可以包含红外线发射装置和红外线接收装置，红外线发射装置可以用于在手术过程中发射红外光线，红外线接收装置可以用于接收经机械臂末端的示踪器和骨盆上的示踪器反射的红外光线，以确定骨盆以及髋臼骨块的实时位姿。

如图10所示，该***中的计算机设备可以用于执行如下操作：

S1001、控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内。

需要说明的是，图10所示的计算机设备所执行的操作仅仅是手术过程中涉及对游离髋臼骨块实时三维位姿的精确追踪的部分过程。在进行髋臼截骨矫形手术时，还需要通过计算机设备辅助进行手术方案的规划等。

具体地，在手术前，可以对患者骨盆进行CT扫描，通过三维重建的方式得到骨盆三维模型，医生可以在患者骨盆三维模型上进行手术方案的规划。然后，啊照规划的手术方案进行手术。

在手术过程中，需要进行骨盆注册配准，求得骨盆三维模型坐标系与真实世界坐标系之间的变换关系。在完成骨盆注册配准后，计算机设备可以将髋臼截骨矫形手术定位工具安装在机械臂末端，然后执行S1001中的操作，控制机械臂将定位工具的支架端固定在患者的髋臼窝内。

S1002、利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准。

在控制机械臂将定位工具的支架端固定在患者的髋臼窝内之后，髋臼骨块、定位工具以及机械臂末端为固定刚性连接。此时，可以利用机械臂末端的示踪器，进行髋臼骨块的注册配准步骤。

S1003、控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离。

在注册配准全部完成后，计算机设备可以控制机械臂将定位工具从中段解锁，使得定位工具的转接杆和支架分离。分离后的支架将继续保留在髋臼窝内，分离后的转接杆则固定于机械臂的末端。

然后，医生可以在计算机设备的辅助下，按照术前规划方案进行正常截骨，截骨后的髋臼骨块将处于游离状态，髋臼骨块上固定有定位工具的支架。

S1004、在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置。

在截骨完成后，计算机设备可以控制机械臂将定位工具的转接杆与固定在髋臼骨块上的支架重新组装固定在一起。这样，被截下的髋臼骨块的实时三维位姿可以由机械臂末端的示踪器确定，骨盆的三维位姿可以有骨盆上安装的示踪器确定，计算机设备可以根据各自的实时三维位姿，调整机械臂，将其移动中术前规划方案中确定的位置。

在本申请实施例中，若骨盆发生移动，则计算机设备可以利用骨盆上的示踪器确定移动后的骨盆的实时位姿，然后再控制机械臂调整被机械臂夹持的髋臼骨块的位姿，以使髋臼骨块与骨盆的相对位姿符合术前规划要求。

将髋臼骨块移动至规划位置后，可以通过骨钉，将髋臼骨块固定在骨盆上。

S1005、在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除。

完成髋臼骨块的固定后，已基本完成髋臼位姿复位的步骤。此时，可以控制机械臂将定位工具整体从髋臼窝中移除。

需要说明的是，由于上述实施例中计算机设备执行的各步骤的具体操作与前述实施例中介绍的操作过程较为类似，所以描述得比较简单。相关细节可以参见前述实施例的详细介绍。

参照图11，示出了本申请实施例提供的一种计算机设备的示意图。如图11所示，本申请实施例中的计算机设备1100包括：处理器1110、存储器1120以及存储在所述存储器1120中并可在所述处理器1110上运行的计算机程序1121。所述处理器1110执行所述计算机程序1121时实现上述各个实施例中的步骤，例如图10所示的计算机设备所执行的操作步骤S1001至S1005。

示例性的，所述计算机程序1121可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器1120中，并由所述处理器1110执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段可以用于描述所述计算机程序1121在所述计算机设备1100中的执行过程。例如，所述计算机程序1121可以实现如下功能：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

所述计算机设备1100可以是桌上型计算机、云端服务器等计算设备。所述计算机设备1100可包括，但不仅限于，处理器1110、存储器1120。本领域技术人员可以理解，图11仅仅是计算机设备1100的一种示例，并不构成对计算机设备1100的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备1100还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器1110可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器1120可以是所述计算机设备1100的内部存储单元，例如计算机设备1100的硬盘或内存。所述存储器1120也可以是所述计算机设备1100的外部存储设备，例如所述计算机设备1100上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等等。进一步地，所述存储器1120还可以既包括所述计算机设备1100的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1120用于存储所述计算机程序1121以及所述计算机设备1100所需的其他程序和数据。所述存储器1120还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，包括一机械臂和一计算机设备，所述机械臂的末端安装有示踪器以及髋臼截骨矫形手术定位工具，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定，所述计算机设备用于执行如下操作：

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

2.根据权利要求1所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，还包括导航仪，所述导航仪包含红外线发射装置和红外线接收装置，所述红外线发射装置用于在手术过程中发射红外光线，所述红外线接收装置用于接收经所述机械臂末端的示踪器和所述骨盆上的示踪器反射的红外光线，以确定所述骨盆以及所述髋臼骨块的实时位姿。

3.根据权利要求1所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，在操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置之后，所述计算机设备还用于执行如下操作：

若所述骨盆发生移动，则利用所述骨盆上的示踪器确定移动后的所述骨盆的实时位姿；

控制所述机械臂调整被所述机械臂夹持的所述髋臼骨块的位姿，以使所述髋臼骨块与所述骨盆的相对位姿符合术前规划要求。

4.根据权利要求1所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，所述转接杆的一端具有导向轴及销钉，所述支架上具有销钉槽，所述转接杆上的所述导向轴及所述销钉与所述支架上的所述销钉槽配合实现定位。

5.根据权利要求4所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，所述转接杆的一端还具有一接合螺母，所述接合螺母连接在所述转接杆上并可自由转动，所述接合螺母与所述支架上的外螺纹配合锁紧，实现所述转接杆与所述支架的固定。

6.根据权利要求5所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，在所述支架与所述髋臼窝固定后，所述接合螺母与所述转接杆可分离，实现所述转接杆与所述支架的分离。

7.根据权利要求1所述的髋臼截骨矫形手术定位***，其特征在于，所述支架为球形支架。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现：

控制机械臂将髋臼截骨矫形手术定位工具的支架一端固定在髋臼窝内，所述机械臂的末端还安装有示踪器，所述髋臼截骨矫形手术定位工具包括固定连接且可分离的转接杆和支架，所述支架上包括一锥形螺母和至少三颗固定钉，所述锥形螺母与所述支架通过螺纹连接并可继续转动，所述固定钉位于所述支架的导向孔中并可沿轴向移动，所述锥形螺母被转动时将向下运动并挤压所述固定钉，受挤压的所述固定钉可沿轴向从所述导向孔中伸出并扎入髋臼窝骨面，实现所述支架与髋臼窝的固定；

利用所述机械臂末端的示踪器对髋臼骨块进行注册配准；

控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具的转接杆和所述支架分离；其中，分离后的所述支架保留在所述髋臼窝内，分离后的所述转接杆固定于所述机械臂的末端；

在完成所述髋臼骨块的截骨后，控制所述机械臂对所述转接杆与所述支架进行组装固定，并操纵固定有所述髋臼截骨矫形手术定位工具的所述髋臼骨块移动至规划位置；

在所述髋臼骨块被固定至骨盆上之后，控制所述机械臂将所述髋臼截骨矫形手术定位工具从所述髋臼窝中移除；其中，所述骨盆上固定有示踪器。

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