基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法

摘要

本发明公开了一种基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法，属于微创伤外科技术领域；该方法利用CT采集的数据进行图像重构，然后在微创外科手术医疗处理软件中依据重构得到的虚拟图像进行复位配准，从而得到用于调节六自由度并联机构中每一支链的长度运动量。本方法能够解决长骨在解剖复位过程中，出现畸形愈合和创伤后关节炎等并发症，以及手术中出血量大、复位不准确的缺陷。

主权项

1.一种基于六自由度并联机构的长骨虚拟与现实复位配准方法，该长骨虚拟与现实复位配准方法利用PC机的运算能力，以及存储在PC机中的微创外科手术医疗处理软件来实现，其特征在于：长骨虚拟与现实复位配准方法包括有三维重构步骤(11)、标记拾取步骤(21)、健侧镜像步骤(30)和路径规划步骤(31)；三维重构步骤(11)用于将CT扫描设备获得的CT扫描图像进行三维重构得到重构后图像，所述重构后图像中包括有健侧三维图像、共融患侧远端三维图像和共融患侧近端三维图像；标记拾取步骤(21)用于对共融患侧远端三维图像和共融患侧近端三维图像分别进行标记点拾取，从而获得近端标记点图像和远端标记点图像；所述标记点拾取首先是在六自由度并联机构的上圆盘和下圆盘上安装12个圆球；然后将上圆盘上的六个圆球映射到六根支链一端的万向节的转动中心上，即第一支链上端点A1、第二支链上端点A2、第三支链上端点A3、第四支链上端点A4、第五支链上端点A5和第六支链上端点A6；然后将下圆盘上的六个圆球映射到六根支链另一端的万向节的转动中心上，即第一支链下端点B1、第二支链下端点B2、第三支链下端点B3、第四支链下端点B4、第五支链下端点B5和第六支链下端点B6；最后连接第一支链上端点A1与第一支链下端点B1形成A1B1线，连接第二支链上端点A2与第二支链下端点B2形成A2B2线，连接第三支链上端点A3与第三支链下端点B3形成A3B3线，连接第四支链上端点A4与第四支链下端点B4形成A4B4线，连接第五支链上端点A5与第五支链下端点B5形成A5B5线，连接第六支链上端点A6与第六支链下端点B6形成A6B6线；健侧镜像步骤(30)用于对健侧三维图像进行YZ平面镜像，获得患侧复位标准图像；路径规划步骤(31)依据接收的患侧复位标准图像，并采用平面交互显示软件对近端标记点图像和远端标记点图像进行路径复位处理，获得每一支链长度调节信息，该支链长度调节信息作为每一支链的电机驱动的进程；所述路径复位处理步骤为：第一步：利用迭代最近点算法ICP将近端标记点图像配准重合至患侧复位标准图像上，得到近端转换矩阵其中，α表示近端标记点图像沿X轴旋转的角度，β表示近端标记点图像沿Y轴旋转的角度，γ表示近端标记点图像沿Z轴旋转的角度，l表示近端标记点图像沿X轴的移动距离，m表示近端标记点图像沿Y轴的移动距离，n表示近端标记点图像沿Z轴的移动距离；第二步：利用迭代最近点算法ICP将远端标记点图像配准重合至患侧复位标准图像上，得到远端转换矩阵其中，α′表示远端标记点图像沿X轴旋转的角度，β′表示远端标记点图像沿Y轴旋转的角度，γ′表示远端标记点图像沿Z轴旋转的角度， l′表示远端标记点图像沿X轴的移动距离，m′表示远端标记点图像沿Y轴的移动距离，n′表示远端标记点图像沿Z轴的移动距离。