CN117017482B - 辅助安装假体装置和手术导航*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种辅助安装假体装置和手术导航***。该装置包括：获取模块，用于获取三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿；配准模块，用于将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，确定目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系；提示模块，用于基于假体模型的安装位姿和对应关系，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体。如此实现辅助假体快速、精确安装的效果。

Description

辅助安装假体装置和手术导航***

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体涉及一种辅助安装假体装置和手术导航***。

背景技术

机器人辅助膝关节置换手术的一般过程：在术前(手术规划阶段)对患者电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)数据进行三维重建生成三维骨骼模型，手术规划假体安装位姿以及截骨平面。术中再通过配准获取真实骨骼和三维骨骼模型的空间变换关系，并使用该空间变换关系和手术规划的截骨平面指导截骨操作，截骨完成后，便是安装假体阶段。传统的假体安装原则为轴线优先，术者通过临床经验来遵守三轴一线，完成假体的安装。

但是上述假体的安装过程，需要术者具有非常专业的经验，新手术者在安装假体时，会出现决断困难甚至假体安装效果不佳的情况。而假体安装位姿不准确，会给患者带来后遗症等痛苦和不便；假体安装时间过久，也会给患者术中带来痛苦和风险。可见，术者迅速、准确地安装假体意义重大。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种辅助安装假体装置和手术导航***，以实现辅助假体精确安装的效果。

本申请的技术方案如下：

第一方面，提供了一种辅助安装假体装置，该装置包括：

获取模块，用于获取三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿；

配准模块，用于将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，确定目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系；

提示模块，用于基于假体模型的安装位姿和对应关系，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体。

在本申请的一些实施例中，提示模块，进一步用于：

基于假体模型的安装位姿，确定标尺的位姿，其中，标尺的位姿与假体模型的安装位姿对应；

显示标尺的位姿。

在本申请的一些实施例中，提示模块，进一步用于：

基于探测器的接触部的真实位置信息和对应关系，确定接触部对应的虚拟接触部的位置信息；

显示虚拟接触部的位置信息。

在本申请的一些实施例中，其特征在于，标尺的形态包括十字线、两两相交且交于一点的三条线和轮廓中的至少一个。

在本申请的一些实施例中，配准模块，进一步用于：

获取目标骨骼的第一位姿信息，以及三维骨骼模型中虚拟目标骨骼的第二位姿信息；

基于第一位姿信息与第二位姿信息，将目标骨骼与虚拟目标骨骼进行配准，得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系。

在本申请的一些实施例中，提示模块，进一步用于：

获取假体的第三位姿信息；

基于第三位姿信息和对应关系，确定虚拟假体的第四位姿信息；

显示第四位姿信息，以基于假体模型的安装位姿与第四位姿信息，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿。

在本申请的一些实施例中，提示模块，进一步用于：

在假体的安装过程中，基于假体的当前位姿信息和假体模型的安装位姿，提示假体的移动信息，以基于移动信息移动假体，以使假体移动至目标安装位姿处。

在本申请的一些实施例中，提示模块，进一步用于：

基于三维骨骼模型和假体模型的安装位姿，确定三维骨骼模型上的虚拟目标骨骼的截骨面；

显示截骨面。

在本申请的一些实施例中，提示模块，还用于：

显示假体模型安装至截骨面上的安装结果。

在本申请的一些实施例中，装置还包括：

规划模块，规划模块用于基于三维骨骼模型和假体模型，确定假体模型的安装位姿。

第二方面，提供了一种手术导航***，该***包括：

配准模块，用于对目标骨骼和三维骨骼模型中的虚拟目标骨骼进行配准；

探测器，包括接触部，用于接触目标骨骼；

追踪器，用于追踪探测器和目标骨骼的空间方位信息；

显示器，用于显示三维骨骼模型；

其中，显示器还用于显示标尺和指针，标尺对应规划的假体的目标安装位姿，指针对应探测器的接触部；指针和三维骨骼模型之间的方位关系与探测器和目标骨骼之间的方位关系对应。

在本申请的一些实施例中，***还包括：

手术工具；

机器人臂，机器人臂末端被配置为与手术工具连接，以固定手术工具。

在本申请的一些实施例中，***还包括：

控制模块，控制模块与追踪器和显示器相连，控制模块被配置为根据追踪器追踪到的探测器和目标骨骼的空间方位信息，向显示器发送三维骨骼模型、标尺和指针的显示信息。

在本申请的一些实施例中，控制模块还与机器人臂相连，被配置为向机器人臂发送控制指令，以控制手术工具执行预定的手术计划。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请实施例提供了一种辅助安装假体装置，该装置包括：获取模块、配准模块和提示模块，通过获取模块获取的三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿，利用配准模块将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，确定目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系，然后可基于提示模块基于假体模型的安装位姿和对应关系，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体，如此术者无需仅凭借主观判断来确定假体的安装位置，还可参考、依照提示模块提供的信息，提升了假体安装的精确度及效率，对于患者更友好，给新手术者提供了强有力的辅助作用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本申请第一方面实施例提供的一种辅助安装假体装置的结构示意图；

图2是本申请第一方面实施例涉及的现实空间中，患者膝关节矢状面视角示意图；

图3是本申请第一方面实施例涉及的虚拟空间中，患者膝关节横断面视角示意图；

图4是本申请第二方面实施例提供的一种手术导航***的结构示意图之一；

图5是本申请第二方面实施例提供的一种手术导航***的结构示意图之二；

图6是本申请第二方面实施例涉及的胫骨三维骨骼模型的示意图；

图7是本申请第二方面实施例涉及的股骨三维骨骼模型的示意图；

图8是本申请第二方面实施例涉及的探测器相对于真实骨骼位置信息的参考点选取示意图之一；

图9是本申请第二方面实施例涉及的探测器相对于真实骨骼位置信息的参考点选取示意图之二；

图10是本申请第二方面实施例涉及的股骨截骨后效果示意图之一；

图11是本申请第二方面实施例涉及的胫骨截骨后效果示意图之一；

图12是本申请第二方面实施例涉及的股骨截骨后效果示意图之二；

图13是本申请第二方面实施例涉及的胫骨截骨后效果示意图之二。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的例子。

如背景技术部分所述，现有技术中存在假体安装过程中，通过主观判断会出现决断困难甚至假体安装效果不佳的问题，为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种辅助安装假体装置和手术导航***，该装置包括：获取模块、配准模块和提示模块，通过获取模块获取的三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿，利用配准模块将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，确定目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系，然后可基于提示模块基于假体模型的安装位姿和对应关系，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体，如此术者无需仅凭借主观判断来确定假体的安装位置，还可参考、依照提示模块提供的信息，提升了假体安装的精确度及效率，对于患者更友好，给新手术者提供了强有力的辅助作用。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的辅助安装假体装置进行详细地说明。

图1是本申请实施例所提供的一种辅助安装假体装置的流程示意图，

如图1所示，本申请实施例提供的辅助安装假体装置100可以包括：

获取模块110，用于获取三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿；

配准模块120，用于将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，确定目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系；

提示模块130，用于基于假体模型的安装位姿和对应关系，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体。

其中，三维骨骼模型可以是在三维重建模型中构建出的骨骼模型，该骨骼模型是基于软件重建出来的，是虚拟的。

假体模型可以是要安装的假体的模型，该模型也是在软件中重建出来的，是虚拟的。

目标骨骼可以是要进行假体安装的骨骼，具体的可以是股骨和/或胫骨。

目标安装位姿可以是确定的现实空间中目标骨骼的假体的安装位姿。

在本申请的一些实施例中，提示模块130可通过在现实空间中目标骨骼上显示目标安装位姿对应的形态，如轮廓样式，以辅助术者安装目标骨骼对应的假体。

在本申请的一些实施例中，提示模块130用于提示在同一空间假体的实时形态和目标安装位姿对应的假体的形态的偏差信息。示例性地，同一空间包括现实空间和虚拟空间中的至少一个。

在本申请的一些实施例中，可以通过借助软件或算法对患者CT数据进行三维重建生成三维骨骼模型。然后规划人员根据三维骨骼模型的特点，在软件中选择合适的假体型号，并规划该假体模型在三维骨骼模型上的安装位姿。

然后可将目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系，基于假体模型的安装位姿和对应关系，在软件中提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，基于该提示，可以辅助术者在现实空间中基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体，如此由于假体模型的整个位姿规划都是在软件(数字化模型)上进行的，这就保证了所规划的假体模型的安装位姿是非常理想的(因软件上可基于三维骨骼模型和假体模型的位姿确定它们的轴线以及力线等信息，遂方便规划者确定模型的规划安装位姿遵循三轴一线)，故基于该规划的位姿可精确确定出目标安装位姿，进而可精确的辅助术者在现实空间中基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体。

在本申请的一些实施例中，为了精确确定假体模型的安装位姿，上述所涉及的辅助安装假体装置还可以包括：

规划模块，用于基于三维骨骼模型和假体模型，确定假体模型的安装位姿。

在本申请的一些实施例中，可以基于规划模块自动根据三维骨骼模型和假体模型，确定假体模型的安装位姿，具体的该过程可以是在软件界面实现的。

在本申请的实施例中，通过规划模块可基于三维骨骼模型和假体模型，精确确定假体模型的安装位姿，进而可精确的辅助术者基于目标安装位姿安装目标骨骼对应的假体。

在本申请的一些实施例中，为了提升术者体验，提示模块130具体可以用于：

基于假体模型的安装位姿，确定标尺的位姿，其中，标尺的位姿与假体模型的安装位姿对应；

显示标尺的位姿。

其中，标尺可以是用于标识假体模型的安装位姿，该标尺的形态例如可以包括十字线、两两相交且交于一点的三条线和轮廓中的至少一个。

示例性地，股骨假体安装时，因截骨后的股骨已具有五个截骨面，横断面视角中在上下方向上的假***置依据截骨面确定即可，但左右方向上假体的位置不容易确定。通过标尺位姿可确定左右方向上的最佳位置。如标尺形态为竖线。

在本申请的一些实施例中，通过标尺的位姿来表示假体模型的安装位姿，将假体模型简化，且保留了位姿信息。

在本申请的实施例中，通过基于假体模型的安装位姿，确定标尺的位姿，然后显示标尺的位姿，如此可通过标尺的位姿来表示假体模型的安装位姿，将假体模型简化，且保留了位姿信息，以便可直观的基于该标尺的位姿，得到假体模型的安装位姿，以基于该安装位姿，明确假体模型相对于三维骨骼模型的位姿，可精确的指导后续假体的安装，提升了术者的体验。

在本申请的一些实施例中，为精确安装假体，提示模块130具体还可以用于：

基于三维骨骼模型和假体模型的安装位姿，确定三维骨骼模型上的虚拟目标骨骼的截骨面；

显示截骨面。

在本申请的一些实施例中，可根据三维骨骼模型和假体模型的安装位姿，确定三维骨骼模型上的虚拟目标骨骼的截骨面，然后显示该截骨面，以基于该虚拟截骨面，在安装假体之前，基于虚拟截骨面对目标骨骼进行截骨。

在本申请的一些实施例中，在安装过程中，在虚拟空间显示截骨面，将该虚拟截骨面和现实空间中的截骨面对照，可辅助假体安装。

在本申请的实施例中，通过基于三维骨骼模型和假体模型的安装位姿，确定三维骨骼模型上的虚拟目标骨骼的截骨面，然后显示截骨面，如此可使术者直观的查看到截骨面，以基于该截骨面，在安装假体之前，基于虚拟截骨面对目标骨骼进行精确截骨。

需要说明的是，上述重建三维骨骼模型，以及规划三维骨骼模型对应的假体模型的安装位姿是在术前规划阶段完成的。

在术前规划阶段，假体模型的安装位姿确定后，软件可以基于三维骨骼模型的位姿和假体模型的位姿确定出规划的截骨平面(基于股骨模型和股骨假体确定出规划股骨截骨平面，基于胫骨模型和胫骨假体确定出规划胫骨截骨平面)。该规划用于在截骨或安装假体时截骨平面或假体模型轮廓及位姿的显示，并根据假体模型位姿确定假体模型十字交叉线，在安装假体时显示。

在本申请的一些实施例中，在术中，为了精确确定安装假体，首先要对目标骨骼与三维骨骼模型进行配准，配准模块120具体可以用于：

获取目标骨骼的第一位姿信息，以及三维骨骼模型中虚拟目标骨骼的第二位姿信息；

基于第一位姿信息与第二位姿信息，将目标骨骼与虚拟目标骨骼进行配准，得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系。

其中，第一位姿信息可以是现实空间中，目标骨骼的位姿信息。

虚拟目标骨骼可以是三维骨骼模型中的目标骨骼，由于三维骨骼模型是在软件中重建，是虚拟的，故对应的目标骨骼在软件中也是虚拟的。

第二位姿信息可以是在软件界面上，虚拟目标骨骼的位姿信息。

可以通过第一位姿信息和第二位姿信息，将目标骨骼与虚拟目标骨骼进行配准，得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系，如此可得到软件中的虚拟骨骼与现实空间中的骨骼中的对应关系。

在本申请的一些实施例中，在手术配准阶段，获取手术规划阶段数据，如三维重建后的患者三维骨骼模型，以及规划的假体模型安装位姿、截骨平面等。然后在患者股骨和胫骨表面的合适位置分别固定股骨参考架和胫骨参考架后，术者按软件界面上骨骼特征点图示，利用探针和定位***采集患者骨骼上对应点的位置信息(采集过程中，定位***除获取探针信息，同时也会获取股骨参考架和胫骨参考架信息)，软件中配准算法会将定位***获取的信息与规划的三维骨骼模型进行配准(如将股骨或胫骨模型通过坐标变换，变换到股骨或胫骨参考架坐标系下，从而确定假体规划截骨平面在股骨或胫骨参考架坐标系下的位置和姿态)，最后得到真实骨骼和三维骨骼模型的空间变换关系(即得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系)。

在本申请的实施例中，通过获取目标骨骼的第一位姿信息，以及三维骨骼模型中虚拟目标骨骼的第二位姿信息，然后基于第一位姿信息与第二位姿信息，可将目标骨骼与虚拟目标骨骼进行配准，如此可精确得到目标骨骼与三维骨骼模型的对应关系。

在本申请的一些实施例中，在配准完成后，可执行截骨操作，具体的可以是将使用上述得到的空间变换关系和手术规划的截骨平面在追踪器的引导下指导截骨操作，完成截骨。

在本申请的一些实施例中，在完成截骨之后，可执行安装假体的操作，传统的假体安装原则为轴线优先，术者通过临床经验来遵守三轴一线，完成假体的安装，而不借助于软件等。

在本申请中，可以借助于软件界面中显示规划位姿后的假体模型，以及假体模型十字交叉线(即标尺)，术者手持探针，定位***获取探针的实时位置信息，将其位置(探针针尖在软件界面中所对应的点)显示在软件界面中(实现方式也可以是当点处在三维骨骼模型上标识的假体模型轮廓上时，显示该位置信息)，然后术者通过挪动探针，并根据软件界面探针位置的显示，在真实骨骼上做相应标记，以辅助假体安装位姿的确定。

具体的，在此过程中，提示模块130还可以用于：

基于探测器的接触部的真实位置信息和对应关系，确定接触部对应的虚拟接触部的位置信息；

显示虚拟接触部的位置信息。

其中，探测器可以是固定有固定件的物体，如探针、示踪器等。

探测器的接触部可以是探测器中与骨骼接触的部分，例如在探测器为探针的情况下，接触部可以探针的针尖。

根据探测器的接触部在现实空间中的真实位置信息，以及上述确定的软件中的虚拟骨骼与真实骨骼之间的对应关系，可以确定出软件中虚拟接触部的位置信息，然后显示出该虚拟接触部的位置信息，如此可通过软件界面直观的查看到现实空间中探测器的接触部的位置，以及虚拟接触部的位置与标尺位姿的偏差/重合信息，以用于在现实空间的目标骨骼上进行安装标记，快速、准确地辅助假体安装。在一个示例中，参考图2和图3，其中，图2为现实空间中，患者膝关节矢状面视角示意图，图2中，21为人体大腿，22为人体小腿，23为股骨远端，24为探针，25为胫骨平台。图3为在虚拟空间中，患者膝关节横断面视角示意图，即图3为图2在显示器中的显示示例图，图3中的十字线31为标尺，32为探针。

在本申请的实施例中，通过基于探测器的接触部的真实位置信息和对应关系，确定接触部对应的虚拟接触部的位置信息，显示虚拟接触部的位置信息，如此可基于可通过软件界面直观的查看到现实空间中探测器的接触部的位置，即通过探测器对应的虚拟探测器在虚拟空间里，和虚拟目标骨骼的位置关系，提示在现实空间中如何基于目标骨骼移动探测器。

在本申请的一些实施例中，为了精确的安装目标骨骼的假体，提示模块130具体还可以用于：

获取假体的第三位姿信息；

基于第三位姿信息和对应关系，确定虚拟假体的第四位姿信息；

显示第四位姿信息，以基于假体模型的安装位姿与第四位姿信息，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿。

其中，第三位姿信息可以是现实场景中假体的位姿信息。

虚拟假体可以是在软件中的假体，该假体是虚拟的。

第四位姿信息可以是虚拟场景中假体的位姿信息。

在本申请的一些实施例中，可以根据现实场景中假体的第三位姿信息，以及上述确定的软件中的虚拟骨骼与真实骨骼之间的对应关系，确定虚拟假体的第四位姿信息，然后显示第四位姿信息，以基于假体模型的安装位姿与第四位姿信息，可精确提示出目标骨骼对应的假体的目标安装位姿。示例性地，若第四位姿与假体模型的安装位姿重合时，语音或视觉提示，如颜色变换等。

在本申请的实施例中，通过获取的假体的第三位姿信息，以及对应关系，可确定虚拟假体的第四位姿信息，然后显示第四位姿信息，以基于假体模型的安装位姿与第四位姿信息，提示目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，这样通过在同一空间同时显示假体模型的安装位姿与第四位姿信息，起到直观地提示作用，如此可及时查看位姿差异、方便迅速调整，以精确的安装假体。

在本申请的一些实施例中，在假体的安装过程中，可以基于假体的当前位姿信息和假体模型的安装位姿，提示假体的移动信息，以基于移动信息移动假体，以使假体移动至目标安装位姿处。

其中，移动信息可以是假体要移动至目标安装位姿处的过程中的移动情况，具体的可以包括移动距离、移动角度等。

在本申请的一些实施例中，在提示假体的移动信息时，可以是通过语音形式或文字形式，或者是上述两种形式的结合，这里不做限定。

在一个示例中，具体的可以是通过语音形式提示，如此可基于提示的移动信息移动，更迅速、便捷地移动假体的位置，直至移动至目标安装位姿处。

在本申请的实施例中，在假体的安装过程中，可以基于假体的当前位姿信息和假体模型的安装位姿，提示假体的移动信息，以基于移动信息移动假体，以使假体移动至目标安装位姿处，如此可以根据移动信息，更迅速、便捷地使假体移动至目标安装位姿处，实现了精确安装假体的目的。

基于与上述的辅助安装假体装置相同的发明构思，本申请还提供了一种手术导航***。本申请实施例中与上述实施例中相同的名词在此不再解释。

下面结合图4对本申请实施例提供的手术导航***进行详细说明。图4是根据一示例性实施例示出的一种手术导航***的结构示意图。如图4所示，该手术导航***200可以包括：

配准模块210，用于对目标骨骼和三维骨骼模型中的虚拟目标骨骼进行配准；

探测器220，包括接触部，用于接触目标骨骼；

追踪器230，用于追踪探测器和目标骨骼的空间方位信息；

显示器240，用于显示三维骨骼模型；

其中，显示器还用于显示标尺和指针，标尺对应规划的假体的目标安装位姿，指针对应探测器的接触部；指针和三维骨骼模型之间的方位关系与探测器和目标骨骼之间的方位关系对应。

在本申请的一些实施例中，标尺和指针位于软件中，指针在软件中用于表征探测器的接触部，即指针在软件中的位置即为探测器的接触部在现实场景中的位置。

在本申请的一些实施例中，指针可以显示为点、箭头、针尖、探针等样式，在此不做限定。

在一个示例中，医生可以在目标骨骼上放置探测器(如使用探针接触目标骨骼)，追踪器获取探测器与目标骨骼之间的位置关系，显示器显示与患者骨骼配准后的骨骼数字三维模型(即三维骨骼模型)和探测器数字三维模型，骨骼数字三维模型带有安装位置参考标记(标尺)，探测器与目标骨骼之间的相对位置变化也能够实时反应在安装位置参考标记和探测器数字三维模型之间。

医生可以根据屏幕显示的探测器数字三维模型与安装位置参考标记的位置偏差/重合程度，直观的查看到当前目标骨骼上探测器的接触部(例如可以是探针针尖)与理想安装位置的偏差/重合程度，获知理想安装位置与探测器所指位置之间的关系。

在本申请的实施例中，通过配准模块对目标骨骼和三维骨骼模型中的虚拟目标骨骼进行配准，基于探测器的接触部接触目标骨骼，基于追踪器追踪探测器和目标骨骼的空间方位信息，然后利用显示器显示三维骨骼模型，在显示的三维骨骼模型中具有标尺和指针，该标尺对应规划的假体的目标安装位姿，指针对应探测器的接触部，指针和三维骨骼模型之间的方位关系与探测器和目标骨骼之间的方位关系对应，如此可基于该手术导航***指导假体安装。

在本申请的一些实施例中，为了进一步提升术者体验，上述所涉及的手术导航***还可以包括：

手术工具；

机器人臂，机器人臂末端被配置为与手术工具连接，以固定手术工具。

其中，手术工具可以是假体安装过程中所涉及的工具，例如可以包括截骨工具，例如可以是锯片。

在一个示例中，参考图5，图5为手术导航***的结构示意图，图5中，1为机器人臂，11为末端臂(即机器人臂末端)，12为机器人臂台车，2为定位***，21为追踪器，22为探针(即探测器)，23为股骨参考架，24为胫骨参考架，5为追踪器控制台车，6为锯片(即截骨工具)，7为末端执行器。

上述的定位***可以是指获取位姿信息的***，包括位姿采集器(如追踪器)和示踪器(如本申请中带定位件的物体，具体的可以包括探针和参考架工具，参考架工具例如包括股骨参考架和胫骨参考架)。追踪器用于识别示踪器在追踪器坐标系下的位姿，该位姿被用于计算示踪器间的变换关系、配准真实骨骼和三维骨骼模型(计算真实骨骼和三维骨骼模型的空间变换关系)、指导带示踪器的机器人臂的安全运动、精确截骨等。

在本申请实施例中，通过机器人臂末端固定手术工具，如此可基于机器人臂执行手术，减少了医生的工作量，提升了手术效率和精确性。

在本申请的一些实施例中，上述所涉及的手术导航***还可以包括：

控制模块，控制模块与追踪器和显示器相连，控制模块被配置为根据追踪器追踪到的探测器和目标骨骼的空间方位信息，向显示器发送三维骨骼模型、标尺和指针的显示信息。

在本申请的实施例中，控制模块可以根据追踪器追踪到的探测器和目标骨骼的空间方位信息，向显示器发送三维骨骼模型、标尺和指针的显示信息，以在显示器上显示上述显示信息，如此可使术者直观查看到探测器和目标骨骼的空间方位信息，以精确实现假体的安装。

在本申请的一些实施例中，控制模块还可以与机器人臂相连，被配置为向机器人臂发送控制指令，以控制手术工具执行预定的手术计划。

在本申请的一些实施例中，控制模块还可以与机器人臂相连，被配置为向机器人臂发送控制指令，例如可以是发送截骨指令，以控制截骨工具对目标骨骼进行截骨。

再例如，控制模块还可以发送假体安装指令，以控制机器人臂根据该假体安装指令，逐步安装假体。

在本申请的实施例中，控制模块还可以与机器人臂相连，被配置为向机器人臂发送控制指令，以控制手术工具执行预定的手术计划，如此可精确执行预定的手术计划，提升了手术计划的执行效率和精确性。

为了更加清楚的理解本申请的技术方案，现就软件层面对手术导航***执行假体安装过程进行介绍：

1)机器人臂控制模块(即相当于上述控制模块)

根据当前机器人臂上示踪器、目标位姿参考架工具(目标位姿可以理解为如要截股骨，截股骨时机器人臂的待刀位或操作位就是目标位姿。目标位姿参考架工具就是股骨参考架)和机器人臂运动坐标系的关系，计算出机器人臂运动的目标位姿。

2)截骨模块(完成截骨操作)

追踪器获取机器人臂和目标位姿上参考架工具的位姿，指导机器人臂运动，带动锯片到指定的截骨平面，并将锯片的运动固定在该截骨平面上，通过给末端执行器上电和术者辅助推拉机器人臂完成截骨操作；或通过导板和刀具完成手术截骨操作。

3)假体安装引导模块

主要功能包括显示假体模型十字交叉线，如下面的a)和b)；显示假体安装效果，如c)和d)；将探针(探测器)位置显示在真实骨骼的三维骨骼模型上，如f)。

完成截骨操作后，术者通过点击截骨页面工具栏上的【胫骨假体模型十字交叉线】和【股骨假体模型十字交叉线】按钮，可以分别查看胫骨或股骨假体模型在三维骨骼模型上的安装效果以及假体模型十字交叉线效果。此外，通过探测器在真实骨骼上移动，并将该探测器位置变换到三维骨骼模型上显示，用于指导术者安装假体。详细实现过程如下：

a)胫骨假体模型十字交叉线

如图6所示，显示胫骨三维骨骼模型，并分别以胫骨假体X、Y方向和假体原点为参数，在胫骨模型坐标系下画指定长度的十字交叉线61，图6中62为胫骨假体的安装位姿。

b)股骨假体模型十字交叉线

如图7所示，显示股骨三维骨骼模型，并分别以股骨假体X、Y方向和假体原点为参数，在胫骨模型坐标系下画指定长度的十字交叉线71，图7中72为股骨假体的安装位姿。

c)胫骨假体安装位姿

显示胫骨三维骨骼模型，获取假体规划中选择的胫骨假体模型，并以胫骨骨骼模型的坐标系为胫骨假体模型的坐标系，利用假体规划中胫骨假体模型在胫骨三维骨骼模型上的位姿参数，显示胫骨假体的安装效果(轮廓及位姿)，如图6中所示的62。

d)股骨假体安装位姿

显示股骨三维骨骼模型，获取假体规划中选择的股骨假体模型，并以股骨骨骼模型的坐标系作为股骨假体模型的坐标系，利用假体规划中股骨假体模型在股骨三维骨骼模型上的位姿参数，显示股骨假体的安装效果(轮廓及位姿)，如图7中所示的72。

f)将探测器在真实骨骼上的位置显示在三维骨骼模型上

首先，从追踪器数据中筛选出股骨、胫骨参考架工具和探测器的数据，数据均在追踪器坐标系下，且每个数据均包括了它在追踪器坐标系下的位置信息以及该工具自身坐标系到追踪器坐标系的变换关系(进一步求出探测器与股骨、胫骨参考架工具的变换关系)，用于计算探测器到真实骨骼的变换关系。

其次，将探测器的点位置减去股骨、胫骨参考架工具的点位置，求得探测器指向股骨、胫骨的向量(可以理解为通过探测器的绝对位置与股骨、胫骨参考架工具的绝对位置得到相对向量)；该向量左乘探测器与股骨、胫骨参考架工具变换关系的逆，进一步求得探测器相对于真实骨骼的位置。

最后，利用配准求得的真实骨骼与三维骨骼模型的变换关系，将探测器相对于真实骨骼位置信息显示到三维骨骼模型坐标系下，如图8-图9中点A(即将参考点选在十字交叉线的交叉点)。

示例性地，点击【假体安装效果】按钮(图6和图7中未示出)后，假体规划中选择的假体模型将被透明地显示在三维骨骼模型上，如图6中所示的62和图7中所示的72。术者根据假体规划中假体安装位置效果图，使用探测器在真实骨骼上移动，软件将探测器当前位置信息变换到股骨、胫骨参考架工具坐标系下后，投影到胫骨或股骨三维骨骼模型的截骨面上显示，方便术者查看假体安装过程中参考点在真实骨骼上的位置，用于指导术者进行假体安装。如图10-图13所示，其中，图10为股骨截骨后效果，显示假体模型十字交叉线101，不显示假体模型安装位姿(具体的可以是通过点击【显示截骨后，不显示假体模型安装位姿】按钮实现(图10中未示出))。图11为胫骨截骨后效果，显示假体模型十字交叉线111，不显示假体模型安装位姿(具体的可以是通过点击【显示截骨后，不显示假体模型安装位姿】按钮实现(图11中未示出))。图12为只有股骨121截骨后效果，没有假体模型十字交叉线和假体模型安装位姿的效果图。图13为只有胫骨131截骨后效果，没有假体模型十字交叉线和假体模型安装位姿的效果图。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的***、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种辅助安装假体装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取三维骨骼模型，以及假体模型的安装位姿；

配准模块，用于将目标骨骼与所述三维骨骼模型进行配准，确定所述目标骨骼与所述三维骨骼模型的对应关系；

提示模块，用于基于所述假体模型的安装位姿和所述对应关系，提示所述目标骨骼对应的假体的目标安装位姿，以辅助术者基于所述目标安装位姿安装所述目标骨骼对应的假体；

所述提示模块，进一步用于：

基于所述假体模型的安装位姿，确定标尺的位姿，其中，所述标尺的位姿与所述假体模型的安装位姿对应；所述标尺的形态包括十字线、两两相交且交于一点的三条线和轮廓中的至少一个；

显示所述标尺的位姿；

所述提示模块，进一步用于：

基于探测器的接触部的真实位置信息和所述对应关系，确定所述接触部对应的虚拟接触部的位置信息；

显示所述虚拟接触部的位置信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述配准模块，进一步用于：

获取所述目标骨骼的第一位姿信息，以及三维骨骼模型中虚拟目标骨骼的第二位姿信息；

基于所述第一位姿信息与所述第二位姿信息，将所述目标骨骼与所述虚拟目标骨骼进行配准，得到所述目标骨骼与所述三维骨骼模型的对应关系。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提示模块，进一步用于：

获取所述假体的第三位姿信息；

基于所述第三位姿信息和所述对应关系，确定虚拟假体的第四位姿信息；

显示所述第四位姿信息，以基于所述假体模型的安装位姿与所述第四位姿信息，提示所述目标骨骼对应的假体的目标安装位姿。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提示模块，进一步用于：

在所述假体的安装过程中，基于所述假体的当前位姿信息和所述假体模型的安装位姿，提示所述假体的移动信息，以基于所述移动信息移动所述假体，以使所述假体移动至所述目标安装位姿处。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提示模块，进一步用于：

基于所述三维骨骼模型和所述假体模型的安装位姿，确定所述三维骨骼模型上的虚拟目标骨骼的截骨面；

显示所述截骨面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述提示模块，还用于：

显示所述假体模型安装至所述截骨面上的安装结果。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

规划模块，所述规划模块用于基于所述三维骨骼模型和所述假体模型，确定所述假体模型的安装位姿。

8.一种手术导航***，其特征在于，包括：

配准模块，用于对目标骨骼和三维骨骼模型中的虚拟目标骨骼进行配准；

探测器，包括接触部，用于接触所述目标骨骼；

追踪器，用于追踪所述探测器和所述目标骨骼的空间方位信息；

显示器，用于显示所述三维骨骼模型；

其中，所述显示器还用于显示标尺和指针，所述标尺对应规划的假体的目标安装位姿，所述指针对应所述探测器的接触部；所述指针和所述三维骨骼模型之间的方位关系与所述探测器和所述目标骨骼之间的方位关系对应，所述标尺的形态包括十字线、两两相交且交于一点的三条线和轮廓中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述***还包括：

手术工具；

机器人臂，所述机器人臂末端被配置为与所述手术工具连接，以固定所述手术工具。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述***还包括：

控制模块，所述控制模块与所述追踪器和所述显示器相连，所述控制模块被配置为根据所述追踪器追踪到的所述探测器和所述目标骨骼的空间方位信息，向所述显示器发送所述三维骨骼模型、所述标尺和所述指针的显示信息。

11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，所述控制模块还与所述机器人臂相连，被配置为向所述机器人臂发送控制指令，以控制所述手术工具执行预定的手术计划。