下肢机械轴导航系统、下肢手术导航方法以及存储介质与流程

技术特征：
1.一种下肢机械轴导航系统，其特征在于，包括相互电连接的ndi光学跟踪仪器、操作系统和显示器；其中，所述ndi光学跟踪仪器用于术中实时追踪患者下肢结构及动态；所述操作系统中包含术前测量模块、术中追踪模块和力线实时评估模块；所述术前测量模块用于根据ct数据建立患者下肢骨骼三维模型；根据体表点标记方法在模型上定位第一初始坐标，将所述模型转换为以第一初始坐标作为坐标原点的第一坐标系；在第一坐标系上，以第一初始坐标为坐标原点，定位第二初始坐标、第三初始坐标和第四初始坐标；并根据获得的初始坐标得到两条特征轴线及其夹角，通过该夹角与正常角度值的对比，辅助医生进行可视化手术方案的规划；其中第一初始坐标与患者股骨头中心点相关联，第二初始坐标与股骨膝关节中心点相关联，第三初始坐标与胫骨膝关节中心点相关联，所述第四初始坐标与踝关节中心点相关联；术中追踪模块用于将术前规划获得的四个初始坐标与真实患骨配准，更新初始坐标；随着术中患骨的运动，利用所述ndi光学跟踪仪器将四个初始坐标转换为追踪状态下任意时刻的四个当前坐标，再转换到图像语言，从而实现患骨的动态位置追踪；力线实时评估模块用于根据术中追踪模块获取的追踪状态下四个当前坐标，连接四个当前坐标绘制特征轴线，再转换到图像语言，实时追踪术中下肢力线的变化；其中，所述四个当前坐标分别对应股骨头中心点，股骨膝关节中心点，胫骨膝关节中心点和踝关节中心点。2.一种利用下肢机械轴导航系统的下肢手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：术前测量将患者下肢全长断层扫描ct数据以dicom图像格式导入系统，然后通过图像分割及三维重建技术，建立患者下肢骨骼三维模型；基于图像分割技术和点云技术，利用体表点标记方法在模型上定位第一初始坐标，将所述模型转换为以第一初始坐标作为坐标原点的第一坐标系；在第一坐标系上，以第一初始坐标为坐标原点，定位第二初始坐标、第三初始坐标和第四初始坐标；根据四个初始坐标获得两条特征轴线及其夹角，通过该夹角与正常角度值的对比，辅助医生进行可视化手术方案的规划；其中第一初始坐标与患者股骨头中心点相关联，第二初始坐标与股骨膝关节中心点相关联，第三初始坐标与胫骨膝关节中心点相关联，所述第四初始坐标与踝关节中心点相关联；步骤二：术中追踪在手术过程中，将术前规划获得的四个初始坐标与真实患骨配准，更新初始坐标；随着术中患骨的运动，利用ndi光学跟踪仪器将四个初始坐标转换为追踪状态下任意时刻的四个当前坐标，再转换到图像语言，从而实现患骨的动态位置追踪；步骤三：实时评估力线利用单侧运动学转换方法获取髋关节中心点，根据步骤二获得的追踪状态下四个当前坐标，连接四个当前坐标绘制特征轴线，再转换到图像语言，实时追踪术中下肢力线的变化；其中，所述四个当前坐标分别对应股骨头中心点，股骨膝关节中心点，胫骨膝关节中心点和踝关节中心点。
3.根据权利要求2所述的下肢手术导航方法，其特征在于，所述第一坐标系的正向分别指向人体解剖位的内侧、前侧以及下侧；其中，所述第一坐标系包括冠状面：由股骨头中心点、股骨内侧髁最远点以及股骨外侧髁最远点三点确定的平面完全定义；矢状面：垂直于冠状面，并且通过股骨头中心点与pcl前侧1cm位置所确定的直线；水平面：垂直于冠状面和矢状面，并且通过股骨头中心。4.根据权利要求1所述的下肢机械轴导航系统，其特征在于，所述特征轴线分别是股骨机械轴和胫骨机械轴，其中连接第一初始坐标和第二初始坐标确定股骨机械轴，连接第三初始坐标和第四初始坐标确定胫骨机械轴。5.根据权利要求2所述的下肢手术导航方法，其特征在于，所述特征轴线分别是股骨机械轴和胫骨机械轴，其中连接股骨头中心点和股骨膝关节中心点确定股骨机械轴，连接胫骨膝关节中心点和踝关节中心点确定胫骨机械轴，所述两轴线夹角计算公式如下：其中l1是股骨机械轴，l2是胫骨机械轴，l1＝[l
1x l
1y l
1z
]
t
、l2＝[l
2x l
2y l
2z
]
t
为两轴线的矢量形式。6.一种计算机可读取存储介质，其上存储有计算机程序，用于实现权利要求2所述的下肢导航方法的步骤。

技术总结
本发明公开一种下肢机械轴导航系统，包括NDI光学跟踪仪、操作系统和显示器，所述操作系统中包含术前测量模块、术中追踪模块和力线实时评估模块。通过术前测量模块获得四个初始坐标绘制特征轴线，再根据追踪模块将四个初始坐标转换为追踪状态下任意时刻的四个当前坐标，再利用力线实时评估模块绘制术中的特征轴线，从而实时追踪术中下肢力线的变化。还公开了下肢手术导航方法和存储介质。肢手术导航方法和存储介质。肢手术导航方法和存储介质。


技术研发人员：马信龙 马剑雄 王颖 柏豪豪 卢斌 孙磊 王岩 董本超
受保护的技术使用者：天津市天津医院
技术研发日：2021.07.30
技术公布日：2021/11/14