CN116784978B - 手术导航系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种手术导航系统，涉及医疗技术领域，该手术导航系统包括：定位模块，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；控制模块，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将所述转换后的位置信息发送至显示模块；显示模块，用于在髋关节手术中，显示所述转换后的位置信息，其中，所述转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数，通过本申请，解决了相关技术中通过人工对手术工具进行定位以实现对假体的植入，导致定位的准确度比较低的问题。

Description

手术导航系统

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种手术导航系统。

背景技术

髋关节表面置换手术对髋臼和股骨头进行表面重修，以分别植入髋臼杯植入物和股骨头植入物。与全髋关节植入手术相比，髋关节表面置换手术去除相对少量的骨头，同时提供高水平的关节稳定性。

为了重现患者自然的或者改善后的步态和运动范围，在手术期间必须考虑植入物的位置和方向、股骨的偏移和肢体长度。医生在髋关节表面置换手术期间的工作将对这些输出值产生直接影响。

目前针对髋关节表面置换手术中假体植入定位仍然采取传统手术工具，医生通过对工具的目视来引导假体的植入。这种方式定位的准确性比较低，容易受医生主观影响，且手术一致性较差。

针对相关技术中通过人工对手术工具进行定位以实现对假体的植入，导致定位的准确度比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种手术导航系统，以解决相关技术中通过人工对手术工具进行定位以实现对假体的植入，导致定位的准确度比较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种手术导航系统。该手术导航系统包括：定位模块，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；控制模块，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将所述转换后的位置信息发送至显示模块；显示模块，用于在髋关节手术中，显示所述转换后的位置信息，其中，所述转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数。

进一步地，所述手术导航系统还包括：第一安装模块，用于将带有定位标志物的手术工具安装至校准器，其中，所述手术工具至少包括：髋臼锉、股骨头锉、髋臼杯植入器、股骨头假体植入器；校准模块，用于在所述定位模块识别到所述手术工具上的定位标志物和所述校准器上的定位标志物之后，对所述手术工具对应的参数进行校准。

进一步地，在所述髋关节手术中的髋臼点采集阶段，所述定位模块用于获取第一选取点的第一位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的髂前上棘点、髋臼内和髋臼外进行点击得到所述第一选取点；所述显示模块用于依据所述第一位置信息对参考骨盆模型进行调整，得到第一骨盆模型；所述显示模块还用于依据髋臼杯假体的第一植入位置将髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中，得到目标骨盆模型。

进一步地，所述手术导航系统还包括：第一评估模块，用于将所述髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中之后，对所述髋臼杯假体模型的摆放效果进行评估，得到第一评估结果；调整模块，用于若所述第一评估结果不符合预设要求，则对所述第一植入位置进行调整，得到目标植入位置；所述显示模块还用于依据所述目标植入位置将所述髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中，得到所述目标骨盆模型。

进一步地，在所述髋关节手术中的髋臼锉削阶段，所述定位模块用于对髋臼锉进行追踪，得到所述髋臼锉的第二位置信息；所述显示模块用于依据所述目标骨盆模型显示髋臼锉指示模型，还用于依据所述第二位置信息显示髋臼锉追踪模型，其中，所述髋臼锉依据所述髋臼锉指示模型和所述髋臼锉追踪模型，对所述目标对象的髋臼进行锉削，直至所述髋臼锉指示模型和所述髋臼锉追踪模型之间的锉削深度为第一预设数值。

进一步地，在所述髋关节手术中的髋臼杯植入阶段，所述定位模块用于对髋臼杯植入器进行追踪，得到所述髋臼杯植入器的第三位置信息；所述显示模块用于依据所述目标骨盆模型显示髋臼杯植入器指示模型，还用于依据所述第三位置信息显示髋臼杯植入器追踪模型，其中，依据所述髋臼杯植入器指示模型和所述髋臼杯植入器追踪模型，植入所述髋臼杯假体。

进一步地，在所述髋关节手术中的髋臼杯验证阶段，所述定位模块用于获取第二选取点的第四位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在所述髋臼杯假体进行点击得到所述第二选取点；所述控制模块用于依据所述第四位置信息进行计算，得到所述髋臼杯假体植入后的前倾角和外展角；所述手术导航系统还包括：第二评估模块，用于依据所述前倾角和所述外展角进行评估，得到第二评估结果。

进一步地，在所述髋关节手术中的股骨点采集阶段，所述定位模块用于获取第三选取点的第五位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的股骨头、股骨颈和大转子处进行点击得到所述第三选取点；所述显示模块用于依据所述第五位置信息对参考股骨头模型进行调整，得到第一股骨头模型，其中，所述参考股骨头模型中包括股骨头锉削参考轴线；所述显示模块还用于依据股骨头假体的第二植入位置将股骨头假体模型摆放到所述第一股骨头模型中，得到目标股骨头模型。

进一步地，在所述髋关节手术中的股骨头导针植入阶段，所述定位模块用于对股骨导针套筒进行追踪，得到所述股骨导针套筒的第六位置信息；所述显示模块用于显示所述目标股骨头模型，还用于依据所述目标股骨头模型显示导针指示模型，以及用于依据所述第六位置信息显示导针追踪模型，其中，所述目标股骨头模型中包括进针点指示信息，所述进针点指示信息是依据所述股骨头锉削参考轴线得到的，所述进针点指示信息用于指示所述股骨头导针的植入点；所述控制模块用于计算所述导针指示模型的投影在三视图中的夹角值，得到第一夹角值，还用于计算所述导针追踪模型的头像在所述三视图中的夹角值，得到第二夹角值，其中，所述三视图为冠状面、矢状面和横截面，当所述股骨头锉削参考轴线与所述导针追踪模型中的股骨头锉削实际轴线重合，且所述第一夹角值与所述第二夹角值之间的差值为第二预设数值时，植入所述导针。

进一步地，在所述髋关节手术中的股骨头锉削阶段，所述定位模块用于对股骨头锉进行追踪，得到所述股骨头锉的第七位置信息；所述显示模块用于依据目标股骨头模型显示股骨头锉指示模型，还用于依据所述第七位置信息显示股骨头锉追踪模型，其中，将所述股骨头锉插入到所述股骨头导针中，并且所述股骨头锉依据所述股骨头锉指示模型和所述股骨头锉追踪模型，对所述目标对象的股骨头进行锉削，直至所述股骨头锉指示模型和所述股骨头锉追踪模型之间的锉削深度为第三预设数值。

进一步地，所述手术导航系统还包括：第二安装模块，用于在所述髋关节手术中的股骨头假体植入阶段，拔出股骨头导针，并安装股骨头假体试模和扩孔钻导向器；钻孔模型，用于依据所述扩孔钻导向器控制扩孔钻进行钻孔，并在钻孔后植入所述股骨头假体。

进一步地，在所述髋关节手术中的股骨头假体验证阶段，所述定位模块用于获取第四选取点的第八位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在所述股骨头假体进行点击得到所述第四选取点；所述控制模块用于依据所述第八位置信息进行计算，得到所述股骨头假体植入后的植入角度；所述手术导航系统还包括：第三评估模块，用于依据所述植入角度进行植入效果评估，得到第三评估结果。

通过本申请，采用以下模块：定位模块，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；控制模块，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将所述转换后的位置信息发送至显示模块；显示模块，用于在髋关节手术中，显示所述转换后的位置信息，其中，所述转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数，解决了相关技术中通过人工对手术工具进行定位以实现对假体的植入，导致定位的准确度比较低的问题。在本方案中，通过定位模块根据定位标志物实时采集骨盆的位置信息以及手术工具的位置信息，并通过控制模块将骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换为显示模块能够显示的位置信息，进而通过显示模块对当前骨盆位置和手术工具的位置，进而能够为髋关节手术提供手术参数，避免了医生通过对工具的目视的方式来引导假体的植入，提高了对手术工具定位的准确度，进而达到了提高假体植入质量的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的手术导航系统的示意图一；

图2是根据本申请实施例提供的手术导航系统的示意图二；

图3是根据本申请实施例提供的手术导航系统执行过程的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，本公开所涉及的相关信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。例如，本系统和相关用户或机构间设置有接口，在获取相关信息之前，需要通过接口向前述的用户或机构发送获取请求，并在接收到前述的用户或机构反馈的同意信息后，获取相关信息。

下面结合优选的实施模块对本发明进行说明，图1是根据本申请实施例提供的手术导航系统的示意图一，如图1所示，该手术导航系统包括定位模块10，控制模块20和显示模块30。

定位模块10，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；

控制模块20，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将转换后的位置信息发送至显示模块；

显示模块30，用于在髋关节手术中，显示转换后的位置信息，其中，转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数。

可选地，上述的手术导航系统包括定位模块10，控制模块20和显示模块30，在髋关节手术的各个阶段中，定位模块用于探测及识别定位标志物（红外阵列或二维码等），可以将识别到的定位标志物的位置信息转换成空间三维坐标，用于确定和标志物固定连接的骨头或工具的位置信息。

控制模块，用于把定位模块采集到的位置数据进行统一和计算，并把控导航系统的各个阶段。在导航系统进入不同阶段后，控制模块根据读取到的骨骼和手术工具的空间位置，计算转换后的显示模型的目标位置，以及还可以计算假体的植入角度、植入深度等手术指标，并将计算后的数据传到显示模块进行显示。

显示模块，用于病人参考骨骼的显示，手术工具的参考模型和以及由定位模块追踪的实时模型的显示（即上述转换后的显示模型的目标位置信息），以及显示手术关键指标数据等。

在一可选的实施例中，定位模块可以采用无线通信的方式将采集到的位置信息传输至上述的控制模块。

在一可选的实施例中，如图2所示，上述的手术导航系统还可以包括通讯模块40，用于把定位模块的数据提供给控制模块。通讯模块40可以是一个单独的进程或一个服务器进程，随手术导航系统的启动而开启，随手术导航系统的关闭而终止，不受手术流程和控制模块的控制。通讯模块40还可以一直存储并实时更新定位模块得到的定位标志物的空间三维位置数据，在控制模块需要数据时，可通过接口从通讯模块40读取。

综上所述，通过定位模块根据定位标志物实时采集骨盆的位置信息以及手术工具的位置信息，并通过控制模块将骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换为显示模块能够显示的位置信息，进而通过显示模块对当前骨盆位置和手术工具的位置，进而能够为髋关节手术提供手术参数，避免了医生通过对工具的目视的方式来引导假体的植入，提高了对手术工具定位的准确度，进而达到了提高假体植入质量的效果。

为了提高对手术工具定位的准确性，在本申请实施例提供的手术导航系统中，手术导航系统还包括：第一安装模块，用于将带有定位标志物的手术工具安装至校准器，其中，手术工具至少包括：髋臼锉、股骨头锉、髋臼杯植入器、股骨头假体植入器；校准模块，用于在定位模块识别到手术工具上的定位标志物和校准器上的定位标志物之后，对手术工具对应的参数进行校准。

可选地，上述的手术导航系统还可以包括第一安装模块和校准模块，通过第一安装模块和校准模块实现对手术工具的校准。首先，通过第一安装模块将带有定位标志物的手术工具安装到校准器上，然后在手术工具上的定位标志物和校准器上的定位标志物同时被定位模块识别到时，通过校准模块对手术工具对应的参数进行校准。需要说明的是，上述的手术工具包括但不限于髋臼锉、股骨头锉、髋臼杯植入器、股骨头假体植入器。

通过对手术工具的参数进行校准，提高了对手术工具的定位的准确性，进而达到提高假体植入质量的技术效果。

在现有技术中，往往需要根据患者的术前影像对患者的骨盆进行建模，以及在手术过程中还需要对骨盆模型进行反复配准，而在本申请实施例提供的手术导航系统中，通过下述过程可以避免对骨盆模型的反复配准，降低了骨盆模型的构建难度，具体而言，在髋关节手术中的髋臼点采集阶段，定位模块用于获取第一选取点的第一位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的髂前上棘点、髋臼内和髋臼外进行点击得到第一选取点；显示模块用于依据第一位置信息对参考骨盆模型进行调整，得到第一骨盆模型；显示模块还用于依据髋臼杯假体的第一植入位置将髋臼杯假体模型摆放到第一骨盆模型中，得到目标骨盆模型。

可选地，在膝关节置换手术过程中，分为下述阶段：工具校准、髋臼侧操作、股骨侧操作、术后结果。其中髋臼侧操作包括髋臼点采集、髋臼锉削、髋臼杯植入和验证，股骨侧操作包括股骨点采集、股骨头导针植入、股骨头锉削、股骨头假体植入和验证。术中时，需要在骨盆和股骨上分别固定定位标志物，并准备好固定有定位标志物的探针等手术工具。

针对在髋关节手术中的髋臼点采集阶段，上述的显示模块会预先选取一个参考骨盆模型，需要说明的是，参考骨盆模型中已经建立好了坐标系，确定了人体冠状面、矢状面和横断面。需要说明的是，参考骨盆模型可以是一个通用的骨盆模型，然后术中用带有定位标志物的探针，在患者的双侧髂前上棘点两个点，以及在髋臼内和髋臼外沿点击若干点，需要说明的是，上述的双侧髂前上棘的两个点以及在髋臼内和髋臼外沿上的若干点即为上述的第一选取点。在通过探针点击第一选取点的过程中，定位模块就会采集到第一选取点的位置信息，控制模块则会对这些第一选取点的位置信息进行转换，并将转换后的位置信息发送给显示模块，对应的显示模块可以根据这些转换后的位置信息对自动调整参考骨盆模块的大小，从而方便指导后续髋臼的跟踪。参考骨盆模块的大小调整完成后，可以根据术前选择的髋臼杯型号和位置（即上述的髋臼杯假体的第一植入位置），摆放到调整后的参考骨盆模型上，进而得到上述的目标骨盆模型。

通过上述的操作过程，可以避免对骨盆模型的反复配准的步骤，降低了骨盆模型的构建难度，提高了骨盆模型的构建效率。

为了提高髋臼杯假体的植入效果，在本申请实施例提供的手术导航系统中，第一评估模块，用于将髋臼杯假体模型摆放到第一骨盆模型中之后，对髋臼杯假体模型的摆放效果进行评估，得到第一评估结果；调整模块，用于若第一评估结果不符合预设要求，则对第一植入位置进行调整，得到目标植入位置；显示模块还用于依据目标植入位置将髋臼杯假体模型摆放到第一骨盆模型中，得到目标骨盆模型。

可选地，上述的手术导航系统还包括第一评估模块和调整模块，通过评估模块对髋臼杯假体模型的摆放效果进行评估，评估植入角度以及植入深度是否满足要求，如果不满足要求，即若第一评估结果不符合预设要求，则对髋臼杯假体模型的第一植入位置进行调整，并再次根据调整后的植入位置将髋臼杯假体模型摆放到第一骨盆模型中，进而得到上述的目标骨盆模型。

通过对髋臼杯假体的植入效果进行模拟评估，可以有效提升后续对髋臼杯假体的植入效果。

在髋关节手术中的髋臼锉削阶段，为了保证髋臼锉锉削的准确度，在本申请实施例提供的手术导航系统中，定位模块用于对髋臼锉进行追踪，得到髋臼锉的第二位置信息；显示模块用于依据目标骨盆模型显示髋臼锉指示模型，还用于依据第二位置信息显示髋臼锉追踪模型，其中，髋臼锉依据髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型，对目标对象的髋臼进行锉削，直至髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型之间的锉削深度为第一预设数值。

可选地，在髋臼锉削阶段，定位模块对带有定位标志物的骨盆和髋臼锉进行追踪，显示模块中显示髋臼锉指示模型和位置实时更新的髋臼锉追踪模型。需要说明的是，髋臼锉指示模型由上述的目标骨盆模型得到，由于目标骨盆模型中包括已放置好的髋臼杯假体模型，因此，可以根据目标骨盆模型得到上述的目标骨盆模型。需要说明的是，髋臼锉追踪模型由定位模块在对髋臼锉进行追踪时采集的第二位置信息确定。需要说明的是，显示模块中还可以显示出髋臼锉当前的前倾角、外展角和锉削深度等信息。

需要说明的是，髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型用于指示髋臼锉如何对患者的骨骼进行锉削。即髋臼锉基于髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型，对目标对象的髋臼进行锉削，直至髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型之间的锉削深度为第一预设数值（例如，0）。

通过髋臼锉指示模型和髋臼锉追踪模型能够更加准确地指引髋臼锉对目标对象的髋臼进行锉削，提高了髋臼锉的锉削精度。

在髋关节手术中的髋臼杯植入阶段，为了提高髋臼杯植入的准确性，在本申请实施例提供的手术导航系统中，定位模块用于对髋臼杯植入器进行追踪，得到髋臼杯植入器的第三位置信息；显示模块用于依据目标骨盆模型显示髋臼杯植入器指示模型，还用于依据第三位置信息显示髋臼杯植入器追踪模型，其中，依据髋臼杯植入器指示模型和髋臼杯植入器追踪模型，植入髋臼杯假体。

可选地，定位模块对带有定位标志物的骨盆和髋臼杯植入器进行追踪，显示模块显示位置实时更新的髋臼杯植入器追踪模型以及髋臼杯植入器指示模型，然后通过髋臼杯植入器指示模型和髋臼杯植入器追踪模型对髋臼杯的植入过程进行引导，实现髋臼杯假体的植入。

在完成髋臼杯假体的植入之后，为了评估髋臼杯的植入效果，在本申请实施例提供的手术导航系统中，在髋关节手术中的髋臼杯验证阶段，定位模块用于获取第二选取点的第四位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在髋臼杯假体进行点击得到第二选取点；控制模块用于依据第四位置信息进行计算，得到髋臼杯假体植入后的前倾角和外展角；手术导航系统还包括：第二评估模块，用于依据前倾角和外展角进行评估，得到第二评估结果。

可选地，在髋臼杯验证阶段，用带有定位标志物的探针在髋臼杯假体外沿上点击三个点（尽量均匀分布），需要说明的是，髋臼杯假体外沿上被点击的三个点即为上述的第二选取点，在探针点击上述的第二选取点的同时，第二选取点的位置信息会被定位模块采集到，进而控制模块可以根据上述的第四位置信息对髋臼杯植入的前倾角和外展角进行计算，得到上述的髋臼杯假体植入后的前倾角和外展角。上述的手术导航系统中的第二评估模块可以根据前倾角和外展角对髋臼杯假体的植入效果进行评估。

通过在病人骨骼上点出关键点可以快速获取实际髋臼杯假体的植入情况，省去了进行模拟模型配准过程，提高了对髋臼杯假体的植入效果评估的客观性和准确性。

为了提高目标股骨头模型的构建效率和准确性，在本申请实施例提供的手术导航系统中，在髋关节手术中的股骨点采集阶段，定位模块用于获取第三选取点的第五位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的股骨头、股骨颈和大转子处进行点击得到第三选取点；显示模块用于依据第五位置信息对参考股骨头模型进行调整，得到第一股骨头模型，其中，参考股骨头模型中包括股骨头锉削参考轴线；显示模块还用于依据股骨头假体的第二植入位置将股骨头假体模型摆放到第一股骨头模型中，得到目标股骨头模型。

可选地，在髋关节手术中的股骨点采集阶段，显示模块预先选取一个参考股骨模型，这个模型的尺寸可根据术中采集点的尺寸进行调整，即在股骨头上预设五个参考点，股骨颈上预设四个参考点，大转子处预设一个参考点。需要说明的是，股骨头上的五个参考点、股骨颈上的四个参考点以及大转子处的一个参考点即为上述的第三选取点。术中使用带有定位标志物的探针，根据顺序点击上述的第三选取点，同时通过定位模块追踪到第三选取点的第五位置信息，以便根据这些第五位置信息对参考股骨头模型进行调整，以达到尽可能模拟病人真实骨骼的效果。需要说明的是，参考股骨头模型中包括股骨头锉削参考轴线，用于指引对股骨头进行锉削。

在得到上述的第一股骨头模型之后，可以通过显示模块将股骨头假体模型摆放到第一股骨头模型中，得到目标股骨头模型。在将股骨头假体模型摆放到第一股骨头模型之后，还可以对股骨头假体的摆放效果进行评估，以及在摆放效果不佳的情况下，通过显示模块对股骨头假体位置和角度进行调整，同时股骨头锉削参考轴线也随假体位置进行调整。调整完成后，确定股骨头假体的植入位置和角度。

综上，通过术中在骨骼上点出关键点来确定后续导航基准，省去配准步骤，从而可以节约手术时间，并且不会引入配准误差从而提高手术精度。

在髋关节手术中的股骨头导针植入阶段，为了提高股骨头导针植入的准确性，在本申请实施例提供的手术导航系统中，定位模块用于对股骨导针套筒进行追踪，得到股骨导针套筒的第六位置信息；显示模块用于显示目标股骨头模型，还用于依据目标股骨头模型显示导针指示模型，以及用于依据第六位置信息显示导针追踪模型，其中，目标股骨头模型中包括进针点指示信息，进针点指示信息是依据股骨头锉削参考轴线得到的，进针点指示信息用于指示股骨头导针的植入点；控制模块用于计算导针指示模型的投影在三视图中的夹角值，得到第一夹角值，还用于计算导针追踪模型的头像在三视图中的夹角值，得到第二夹角值，其中，三视图为冠状面、矢状面和横截面，当股骨头锉削参考轴线与导针追踪模型中的股骨头锉削实际轴线重合，且第一夹角值与第二夹角值之间的差值为第二预设数值时，植入导针。

可选地，在髋关节手术中的股骨头导针植入阶段，定位模块对带有定位标志物的股骨和股骨导针套筒进行追踪，显示模块中显示参考股骨头模型、导针指示模型和实时更新位置的导针追踪模型。需要说明的是，导针指示模型根据参考股骨头模型得到，导针追踪模型根据定位模块实时采集的股骨导针套筒的位置信息得到。

需要说明的是，目标股骨头模型中包括进针点指示信息，进针点指示信息是依据股骨头锉削参考轴线得到的，进针点指示信息用于指示股骨头导针的植入点。

需要说明的是，显示模块还可以显示股骨冠状面、矢状面、横断面三视图，并在三视图中显示策划锉削轴线，导针指示模型以及导针追踪模型在股骨冠状面、矢状面、横断面上的投影，以及导针指示模型以及导针追踪模型的投影之间的夹角值。

植入导针的过程包括以下步骤：首先，显示模块显示的参考股骨头模型上，会根据股骨头参考锉削轴线生成一个进针点。通过调整带有定位标志物的股骨导针套筒，使显示模块中实时更新位置的导针追踪模型穿过该进针点。在此状态下，为了固定进针点，使用动力将导针沿着股骨导针套筒打入股骨头约3mm，使得后续转动导针时尖端不会发生移动。在显示模块上确认进针点植入，此时显示模块中的策划锉削轴线会突出显示。在保证导针尖端不移动的情况下，通过转动导针及套筒，使得显示模块中的股骨头锉削参考轴线与导针追踪模型中的股骨头锉削实际轴线重合，并且三视图中的夹角都为0（即第一夹角值与第二夹角值之间的差值为第二预设数值时）的情况下，沿着此时的方向继续打入导针。打到合适的深度后，完成股骨头导针植入。

通过上述步骤，提高了股骨头导致植入的准确性。

在髋关节手术中的股骨头锉削阶段，在本申请实施例提供的手术导航系统中，定位模块用于对股骨头锉进行追踪，得到股骨头锉的第七位置信息；显示模块用于依据目标股骨头模型显示股骨头锉指示模型，还用于依据第七位置信息显示股骨头锉追踪模型，其中，将股骨头锉插入到股骨头导针中，并且股骨头锉依据股骨头锉指示模型和股骨头锉追踪模型，对目标对象的股骨头进行锉削，直至股骨头锉指示模型和股骨头锉追踪模型之间的锉削深度为第三预设数值。

可选地，在髋关节手术中的股骨头锉削阶段，定位模块对带有定位标志物的股骨和股骨头锉进行追踪，显示模块中显示股骨头锉的股骨头锉指示模型、股骨头锉的实时追踪模型。并且显示模块中还可以显示股骨冠状面、矢状面、横断面三视图，三视图中显示上述股骨头锉削参考轴线和股骨头锉削实际轴线，并显示两者之间的夹角。将带有定位标志物的股骨头锉安装到动力上，并插入到导针中。因为导针的指引作用，此时理想情况下三视图上的股骨头锉削参考轴线和股骨头锉削实际轴线的夹角应该为0。如果出现角度偏移，则可以根据指引微调股骨头锉的方向，并沿着参考轴线的方向向下锉削。控制模块可以根据股骨头锉指示模型和股骨头锉的实时追踪模型计算出锉削深度，并在显示模块中显示，当指示锉削深度为0时，完成股骨头锉削。

在髋关节手术中的股骨头假体植入阶段，在本申请实施例提供的手术导航系统中，手术导航系统还包括：第二安装模块，用于在髋关节手术中的股骨头假体植入阶段，拔出股骨头导针，并安装股骨头假体试模和扩孔钻导向器；钻孔模型，用于依据扩孔钻导向器控制扩孔钻进行钻孔，并在钻孔后植入股骨头假体。

可选地，在髋关节手术中的股骨头假体植入阶段，在完成股骨头锉削后，通过第二安装模块拔出股骨头导针，并安装股骨头假体试模和扩孔钻导向器，并通过钻孔模型依据扩孔钻导向器控制扩孔钻进行钻孔，以便在钻孔后植入股骨头假体。

为了确定股骨头假体的植入效果，在本申请实施例提供的手术导航系统中，在髋关节手术中的股骨头假体验证阶段，定位模块用于获取第四选取点的第八位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在股骨头假体进行点击得到第四选取点；控制模块用于依据第八位置信息进行计算，得到股骨头假体植入后的植入角度；手术导航系统还包括：第三评估模块，用于依据植入角度进行植入效果评估，得到第三评估结果。

可选地，在髋关节手术中的股骨头假体验证阶段，在股骨头假体植入后，定位模块对带有定位标志物的股骨和探针进行追踪，用探针在股骨头假体边缘选取三个点（在球头下沿上尽量均匀选取）。显示模块根据三个点将股骨头植入位置显示出来，控制模块计算出假体植入角度以及实际植入的角度与策划角度的在角度上的偏移以及在轴向上的偏移。通过假体植入角度以及上述的偏移可以准确对股骨头假体的植入效果评估。

在一可选的实施例中，手术导航系统的执行过程如图3所示，手术流程分为下述阶段：工具校准、髋臼侧操作、股骨侧操作、术后结果。其中，髋臼侧操作包括髋臼点采集、髋臼锉削、髋臼杯植入和验证，股骨侧操作包括股骨点采集、股骨头导针植入、股骨头锉削、股骨头假体植入和验证。术中时，需要在骨盆和股骨上分别固定定位标志物，并准备好固定有定位标志物的探针等手术工具。

本申请实施例提供的手术导航系统，通过定位模块，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；控制模块，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将所述转换后的位置信息发送至显示模块；显示模块，用于在髋关节手术中，显示所述转换后的位置信息，其中，所述转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数，解决了相关技术中通过人工对手术工具进行定位以实现对假体的植入，导致定位的准确度比较低的问题。在本方案中，通过定位模块根据定位标志物实时采集骨盆的位置信息以及手术工具的位置信息，并通过控制模块将骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换为显示模块能够显示的位置信息，进而通过显示模块对当前骨盆位置和手术工具的位置，进而能够为髋关节手术提供手术参数，避免了医生通过对工具的目视的方式来引导假体的植入，提高了对手术工具定位的准确度，进而达到了提高假体植入质量的效果。

所述手术导航系统包括处理器和存储器，上述单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来（本发明的目的）。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种手术导航系统，其特征在于，包括：

定位模块，用于在髋关节手术中，根据定位标志物采集骨盆的位置信息和手术工具的位置信息；

控制模块，用于在髋关节手术中，根据骨盆的位置信息和手术工具的位置信息进行转换，得到转换后的位置信息，并将所述转换后的位置信息发送至显示模块；

显示模块，用于在髋关节手术中，显示所述转换后的位置信息，其中，所述转换后的位置信息用于为髋关节手术提供手术参数；

其中，在所述髋关节手术中的髋臼点采集阶段，所述定位模块用于获取第一选取点的第一位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的髂前上棘点、髋臼内和髋臼外进行点击得到所述第一选取点；

所述显示模块用于依据所述第一位置信息对参考骨盆模型进行调整，得到第一骨盆模型；

所述显示模块还用于依据髋臼杯假体的第一植入位置将髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中，得到目标骨盆模型；

在所述髋关节手术中的髋臼锉削阶段，所述定位模块用于对髋臼锉进行追踪，得到所述髋臼锉的第二位置信息；

所述显示模块用于依据所述目标骨盆模型显示髋臼锉指示模型，还用于依据所述第二位置信息显示髋臼锉追踪模型，其中，所述髋臼锉依据所述髋臼锉指示模型和所述髋臼锉追踪模型，对所述目标对象的髋臼进行锉削，直至所述髋臼锉指示模型和所述髋臼锉追踪模型之间的锉削深度为第一预设数值。

2.根据权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统还包括：

第一安装模块，用于将带有定位标志物的手术工具安装至校准器，其中，所述手术工具至少包括：髋臼锉、股骨头锉、髋臼杯植入器、股骨头假体植入器；

校准模块，用于在所述定位模块识别到所述手术工具上的定位标志物和所述校准器上的定位标志物之后，对所述手术工具对应的参数进行校准。

3.根据权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，

所述手术导航系统还包括：

第一评估模块，用于将所述髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中之后，对所述髋臼杯假体模型的摆放效果进行评估，得到第一评估结果；

调整模块，用于若所述第一评估结果不符合预设要求，则对所述第一植入位置进行调整，得到目标植入位置；

所述显示模块还用于依据所述目标植入位置将所述髋臼杯假体模型摆放到所述第一骨盆模型中，得到所述目标骨盆模型。

4.根据权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的髋臼杯植入阶段，所述定位模块用于对髋臼杯植入器进行追踪，得到所述髋臼杯植入器的第三位置信息；

所述显示模块用于依据所述目标骨盆模型显示髋臼杯植入器指示模型，还用于依据所述第三位置信息显示髋臼杯植入器追踪模型，其中，依据所述髋臼杯植入器指示模型和所述髋臼杯植入器追踪模型，植入所述髋臼杯假体。

5.根据权利要求4所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的髋臼杯验证阶段，所述定位模块用于获取第二选取点的第四位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在所述髋臼杯假体进行点击得到所述第二选取点；

所述控制模块用于依据所述第四位置信息进行计算，得到所述髋臼杯假体植入后的前倾角和外展角；

所述手术导航系统还包括：

第二评估模块，用于依据所述前倾角和所述外展角进行评估，得到第二评估结果。

6.根据权利要求1所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的股骨点采集阶段，所述定位模块用于获取第三选取点的第五位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在目标对象的股骨头、股骨颈和大转子处进行点击得到所述第三选取点；

所述显示模块用于依据所述第五位置信息对参考股骨头模型进行调整，得到第一股骨头模型，其中，所述参考股骨头模型中包括股骨头锉削参考轴线；

所述显示模块还用于依据股骨头假体的第二植入位置将股骨头假体模型摆放到所述第一股骨头模型中，得到目标股骨头模型。

7.根据权利要求6所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的股骨头导针植入阶段，所述定位模块用于对股骨导针套筒进行追踪，得到所述股骨导针套筒的第六位置信息；

所述显示模块用于显示所述目标股骨头模型，还用于依据所述目标股骨头模型显示导针指示模型，以及用于依据所述第六位置信息显示导针追踪模型，其中，所述目标股骨头模型中包括进针点指示信息，所述进针点指示信息是依据所述股骨头锉削参考轴线得到的，所述进针点指示信息用于指示所述股骨头导针的植入点；

所述控制模块用于计算所述导针指示模型的投影在三视图中的夹角值，得到第一夹角值，还用于计算所述导针追踪模型的头像在所述三视图中的夹角值，得到第二夹角值，其中，所述三视图为冠状面、矢状面和横截面，当所述股骨头锉削参考轴线与所述导针追踪模型中的股骨头锉削实际轴线重合，且所述第一夹角值与所述第二夹角值之间的差值为第二预设数值时，植入所述导针。

8.根据权利要求7所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的股骨头锉削阶段，所述定位模块用于对股骨头锉进行追踪，得到所述股骨头锉的第七位置信息；

所述显示模块用于依据目标股骨头模型显示股骨头锉指示模型，还用于依据所述第七位置信息显示股骨头锉追踪模型，其中，将所述股骨头锉插入到所述股骨头导针中，并且所述股骨头锉依据所述股骨头锉指示模型和所述股骨头锉追踪模型，对所述目标对象的股骨头进行锉削，直至所述股骨头锉指示模型和所述股骨头锉追踪模型之间的锉削深度为第三预设数值。

9.根据权利要求6所述的手术导航系统，其特征在于，所述手术导航系统还包括：

第二安装模块，用于在所述髋关节手术中的股骨头假体植入阶段，拔出股骨头导针，并安装股骨头假体试模和扩孔钻导向器；

钻孔模型，用于依据所述扩孔钻导向器控制扩孔钻进行钻孔，并在钻孔后植入所述股骨头假体。

10.根据权利要求9所述的手术导航系统，其特征在于，

在所述髋关节手术中的股骨头假体验证阶段，所述定位模块用于获取第四选取点的第八位置信息，其中，通过带有定位标志物的探针在所述股骨头假体进行点击得到所述第四选取点；

所述控制模块用于依据所述第八位置信息进行计算，得到所述股骨头假体植入后的植入角度；

所述手术导航系统还包括：

第三评估模块，用于依据所述植入角度进行植入效果评估，得到第三评估结果。