具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，骨科复位定位机器人包括复位机器人200、导航机器人300、定位机器人400、会阴柱500、近端固定器600、近端万向连接臂700、承合器800、远端固定器900。

手术台100设有边轨100-1，需要在边轨100-1上固定近端万向连接臂700、承合器800，在床板尾部固定会阴柱500。

复位机器人200前部为复位平台200-1，复位平台200-1是复位机器人的主要运动部分，其上固定有远端固定器900，远端固定器900上连接有参考架5。复位平台200-1的结构采用现有技术即可，比如申请公布号为CN109330686A的发明申请中的六自动度复位机器人Ⅳ，再比如授权公告号为CN104000640B的发明专利。远端参考架903固定在远端固定器900的连接侧板一A1上面。

如图5-27所示，远端固定器900包括连接基板1、活动连接板2、锁定器一3、辅助锁定器4、参考架5、固定板A5、连接侧板一A1、连接侧板一A2。连接基板1的底部设有定位孔110，连接基板1设有安装孔106、安装孔107、安装孔108、安装孔109，固定销101与定位孔110连接实现固定销101的安装，固定销101下部与复位平台200-1的顶部连接，完成了连接基板1与复位平台200-1的物理位置上的准确定位。其中螺钉102、螺钉103、螺钉104、螺钉105分别穿过连接基板1上分别对应的安装孔106、安装孔107、安装孔108、安装孔109将连接基板1固定在复位平台200-1上。为了保证将患者与设备的绝对的电气隔离，螺钉102距离活动连接板2最小间隙距离d为10毫米，其他螺钉103、螺钉1104、螺钉1105同样具有如此大的间距。连接基板1的顶面设有两条互相垂直的V型槽111、V型槽112。将连接基板1与复位平台200-1连接后，其中V型槽111与复位平台200-1的X轴重合，V型槽112与复位平台200-1的Y轴重合。这样设计的好处在于，不管什么时候都可以对复位机器人进行手眼标定。活动连接板2本体上具有孔201、孔202、第一连接面205、第二连接面206、槽207、螺纹孔208、螺纹孔209、安装孔210、安装孔211、螺纹孔212。活动连接板2和连接基板1相连。为了保证活动连接板2和连接基板1相对之间不会发生相对位移，特在连接基板1上设计了整圈的第一连接面120、第二连接面121，第二连接面121位于第一连接面120的外围。在活动连接板2上设计了设计整圈的第一连接面205、第二连接面206，第一连接面205位于第二连接面206的外围，在把活动连接板2安装在连接基板1上的时候，第一连接面120和第二连接面206完全接触，第二连接面121和第一连接面205完全接触。为了保证在复位过程中连接基板1和活动连接板2连接的稳定，设计了锁定器一3和辅助锁定器4。锁定器一3包括固定块301、锁紧块302、锁紧杆303、锁紧把手304、固定销305。其中固定块301上具有螺纹孔307、螺纹孔309、螺纹孔310。锁紧块302上具有孔308和销孔311，固定销305插入销孔311中。其中固定块301通过螺纹孔309、螺纹孔310使用穿过孔201、孔202的螺钉203、螺钉204固定在活动连接板2的槽207之内，实现固定块301与活动连接板2的安装。其中锁紧把手304与锁紧杆303相连。锁紧杆303上有螺纹可以旋入固定块301的螺纹孔307中，并且锁紧杆303的末端可以插入锁紧块302的孔308中，孔308和销孔311是相通的。在303锁紧杆插入孔308后，插入孔311的固定销305的下端就会卡在锁紧杆303的槽312处。使得在转动锁紧把手304后，锁紧块302只能沿着锁紧杆303的轴向移动，从而达到锁紧的目的。当将活动连接板2安装完毕后，需要进行锁紧的时候，顺时针转动锁紧把手304,锁紧把手304会带动锁紧杆303转动，锁紧杆303的转动会转变成锁紧块302的位移。锁紧块302向前移动，锁紧块302上的斜面306会接触到连接基板1的斜面130，从而将活动连接板2锁定。为了防止操作人员出现没有完全锁紧导致出现可能的事故。除了锁定器一3之外，还设计有辅助锁定器4。在安装活动连接板2的过程中需要用手按压辅助锁定把手402，辅助锁定把手402会往外带动拨动杆403，销杆404会同时往外运动，此时可以安装活动连接板2。当将活动连接板2安装好后，松开握持辅助锁定把手402的时候，销杆404在弹簧405的作用下自动插入连接基板1上的孔131内。完成了辅助锁定。辅助锁定器4包括活动销401、辅助锁定把手402、弹簧405、螺钉406、螺钉407。活动销401包括外壳413、销杆404和两个拨动杆403，销杆404穿过外壳413，两个拨动杆403与销杆404的后端连接，外壳413设有外部螺纹413-1。其中活动销401通过其上的外部螺纹413-1固定于活动连接板2的螺纹孔208内，使得活动销401的外壳413与活动连接板2相连接。螺钉406穿过辅助锁定把手402上的孔409并旋入活动连接板2的螺纹孔213内，将辅助锁定把手402连接在活动连接板2上，辅助锁定把手402能够以螺钉406为中心而转动。为了能够使辅助锁定把手402在按压后能够自动复位，通过螺钉407旋入辅助锁定把手402上的螺纹孔410将弹簧405压在弹簧固定座412上。弹簧固定座412通过螺纹结构固定在活动连接板2上的螺纹孔209内。其中辅助锁定把手402上的槽411位于两个拨动杆403之间。在按压辅助锁定把手402时，就会带动活动销401进行解锁动作。当松开辅助锁定把手402后，在弹簧405的作用下，活动销401就会自动锁定。参考架5包括支撑杆501、球架502、标识球503、球架锁紧螺钉504、支撑杆锁紧螺钉505，参考架5主要起到在手术过程中实时跟踪复位机器人运动位置的作用。其中支撑杆501上具有定位轴一511、定位轴二512，定位轴一511、定位轴二512能分别插入活动连接板2上的孔210和孔211，其中孔210为长圆孔主要限制参考架5绕定位轴二512的旋转。孔211为圆孔限制了参考架5在上述孔的面方向上的移动。通过孔210和孔211的限位作用，限制了参考架5在整个复位机器人XY平面方向的移动。其中定位轴一511上有V型槽513，其中支撑杆锁紧螺钉505前部具备和V型槽513相对应的V型头。支撑杆锁紧螺钉505从活动连接板2的螺纹孔212旋入后，可以旋入活动连接板2上的螺纹孔211内，支撑杆锁紧螺钉505的V型头卡入定位轴一511的V型槽513，可以对定位轴一511进行锁紧。在定位轴一511、定位轴二512分别完全插入孔210和孔211后。V型槽513的中心线略高于支撑杆锁紧螺钉505的中心线。这样在旋入支撑杆锁紧螺钉505的时候，会通过V型槽513形成向下的拉力F，使得支撑杆501下端的底面510更能贴紧活动连接板2的上表面，从而更好的锁定参考架5。其中球架502与支撑杆501的连接结构也采用支撑杆501通过定位轴一511、定位轴二512与活动连接板2的连接方式。支撑杆501上端具有的安装孔514、安装孔515、螺纹孔516与活动连接板2上安装孔210、安装孔211、螺纹孔212结构相同。球架502上连接的定位轴三521、定位轴四522与支撑杆501上的定位轴二512、定位轴一511结构相同，定位轴四522设有V型槽。定位轴三521、定位轴四522分别插入安装孔514、安装孔515中。其中定位轴二522使用球架锁紧螺钉504锁紧，球架锁紧螺钉504旋入螺纹孔516，球架锁紧螺钉504设有V型头，球架锁紧螺钉504的V型头卡入定位轴四522的V型槽。球支座523与球架502连接，用于安装能够让红外导航设备识别的标识球503。应用远端固定器时，固定板A5固定安装在活动连接板2上，然后将连接侧板一A1、连接侧板一A2固定安装在固定板A5。连接侧板一A1上具有第一螺纹孔A102、第二螺纹孔A101。第二螺纹孔A101用来固定髁的，这个比较好确定。在设计第一螺纹孔A102时花费了很多时间，其中一部时间用于查各种文献以便能够确定如何在髁附近避开血管和神经，一部分时间进行了大量的骨模型试验。经过大量人体骨骼实验数据分析得到第一螺纹孔102距离第二螺纹孔101为100～200毫米，偏向上7-10°为最佳，能满足手术的同时，对股骨的固定也比较好。为了能够实施左右两侧股骨的手术，相应的连接侧板一A2上也设置第一螺纹孔A202、第二螺纹孔A201，第一螺纹孔A202和第一螺纹孔A102同轴线，第二螺纹孔A201和第二螺纹孔A101同轴线。固定套筒一A3的后端具有外六角形端部A301，可以起到使用扳手加力固定的作用。固定套筒一A3设有外螺纹A302，外螺纹A302与第一螺纹孔A102上的螺纹可以配合使用能够旋入使得固定套筒一A3能够将股骨夹紧。为了防止在固定套筒一A3的旋转过程中对组织和股骨的伤害，其前端具有圆角A303(如图25和26所示)，能够最大程度的降低给组织和股骨带来的伤害。同样的，固定套筒二A4也具有和固定套筒一A3相同的结构。固定套筒二A4设有外螺纹(该外螺纹与第二螺纹孔A101连接配合)，固定套筒二A4的前端设有圆角，固定套筒二A4的后端设有外六角形端部。固定套筒三A8、固定套筒四A9与固定套筒一A3的结构相同，固定套筒三A8设有外螺纹(该外螺纹与第一螺纹孔A202连接配合)，固定套筒三A8的前端设有圆角，固定套筒三A8的后端设有外六角形端部。固定套筒四A9设有外螺纹(该外螺纹与第二螺纹孔A201连接配合)，固定套筒四A9的前端设有圆角，固定套筒四A9的后端设有外六角形端部。在固定套筒一A3、固定套筒二A4夹持住股骨远端后，可以分别打入固定针一A6、固定针二A7对股骨远端进行一步固定。固定针一A6穿过固定套筒一A3，固定针二A7穿过固定套筒二A4。同理，固定针三A10穿过固定套筒三A8，固定针四A11穿过固定套筒四A9。其中连接侧板一A1设有髓内钉锁钉专用孔A103，此孔的位置及大小也是根据市面上现有不同尺寸的髓内钉穿入相应长度的股骨确定的。连接侧板一A2也设有髓内钉锁钉专用孔A203。连接侧板一A1设有X光透视区域(虚线框内的部分)，连接侧板一A2也同样设有X光透视区域。手术过程中，先将病人腿部放置在连接侧板一、连接侧板二之间；然后用固定套筒一、固定套筒二、固定套筒三、固定套筒四夹持住股骨远端后，分别打入固定针一、固定针二、固定针三、固定针四对股骨远端进行一步固定。

导航机器人300最上端为光学定位仪300-1，用于术中确定每个运动部件的及患者断骨的实时位置。导航机器人300的中后部为显示器300-2，用于规划、显示等。

定位机器人400上部安装有机械臂400-1，连接体400-2与机械臂400-1连接，末端定位套筒400-5安装在连接体400-2上，用于确定末端定位套筒400-5末端工具位置的末端参考架400-4与连接体400-2连接，用于确定定位机器人位置的定位机器人参考架400-3与连接体400-2连接。

手术时，患者需要躺在手术台100上。患者的会阴部需要贴紧固定于上述手术台的会阴柱500上。将近端固定器600与近端万向连接臂700的上端连接。近端万向连接臂700的末端通过承合器800连接在手术台100的边轨100-1上面。近端抓持器601与近端固定器600连接，近端抓持器601设有孔602。在患者需要固定的股骨大腿处切2公分左右的切口，将近端抓持器601通过上述切口将长骨牢固抓持，并经孔602使用克氏针固定。

此时调整复位机器人200的位置，并锁地。将患者的腿部放置在连接侧板一、连接侧板二之间。通过远端固定器900上的套筒工具及克氏针将患者的股骨远端进行固定。此时患者的断骨两侧完全固定。为了能在手术中实时跟踪患者股骨的状态，需要在股骨的断骨两侧固定近端参考架603、远端参考架903。

但是为了能够减轻对患者的伤害。在设计近端固定器600、远端固定器900的时候就已经考虑到这点。通过在模型骨上的不断试验改进，近端固定器600、远端固定器900与股骨的连接非常稳定。可以认为它们与股骨的连接是刚性的。因此可以将近端参考架603固定在近端固定器600上面，远端参考架903固定在远端固定器900的上面。这样就解决了在导航手术中参考架对患者带来的创伤。

将参考架5固定在远端固定器900上。参考图28，在导航机器人300上进行术前(以及术中)Dicom数据的编辑进行三维重建，等配准完成后，通过光学定位仪300-1能够在显示器300-2上显示股骨的实时位置。需要在导航机器人300上进行复位路径规划。规划完成进行路径模拟，保证复位路径的正确性后，将路径信息发给复位机器人200，复位机器人按照此信息进行断骨的复位。通过显示器300-2能够实时观察到复位的情况。

经过确认复位位置正确。进行股骨髓内钉植入的手术。髓内钉的植入分为两大部，第一插入髓内钉，第二将髓内钉与骨头连接称为锁钉。完成第一步需要规划髓内钉的入钉点的位置及方向。这时需要在导航机器人300上进行入钉点及入钉方向的规划。规划完成后，将规划数据发送给定位机器人400，定位机器人上的机械臂400-1就会按照规划的路径进行运动。此时会在显示器300-2上观察到一条红色的线在逐渐靠近规划的入钉点，直到末端定位套筒400-5与入钉点及入钉方向完全重合，此时上述红线会变成绿色。说明入钉位置已经定位完成。医生可以按照这个定位点进行髓内钉的植入。等髓内钉植入完成后，需要进行髓内钉的固定。通过导航机器人300进行规划锁钉的位置。末端定位套筒400-5再次进行定位锁定的位置。医生进行置钉手术完成。

处理过程算法的具体过程是：

Dicom数据处理：

系统导入图像数据，将数据按类型存入相应的文件夹中。可以对图像数据进行逐图显示、平移、缩放、旋转、修改窗宽窗位等图像处理操作。对图像数据进行重建，以体绘制、面绘制等方式显示，并提供轴矢冠视图。

通过阈值分析，区域增长，盒切等方式对图像进行分割，生成3D对象以用于配准。可以对3D对象进行平移、缩放、旋转等显示，以及保存截图。对象生成公式如下：

Pd＝Spd(Dmq(Dm，Di))

其中，Dm为图层数据集，Dm为原图像数据集，Dmq为DxMarchingCubes,Spd为vtkSmoothPolyDataFilter，Pd为polydata。

可以对生成的3D对象进行编辑，包括填充和擦除等，以适应具体的配准等手术需求。以可视化的方式进行健侧和患侧骨骼的配准，根据医生在图像上选择的骨骼结构特征点，以及在相应部位选取的点云等进行配置。公式如下：

S(T)＝S(A(x),B(T(x)))

T’＝arg max S(T)

其中，S为相似性测度，为寻求最佳空间变换的过程。需要由迭代过程实现。医生可以选择迭代次数。增量可以用计算梯度的方法实现。对于配准结果，可以由医生选择平移旋转的方式进行微调，微调的步幅可设置。

手术开始需要进行术中配准，接收X光设备的Dicom数据图像。也可以根据实际需要导入存储设备中的相应图像数据。为使配准结果更精细，医生在图像上给出相关骨骼的轮廓，软件将之前生成的3D对象与之配准。公式如下：

Pt＝T*PtO

T’＝LT(Pt1,Pts2)

其中，PtO为3D对象点，T为变换矩阵，Pts1为源图像点集，Pts2为目标图像点集，LT为vtkLinearTransform。

患侧复位的路径规划可以使医生以可视化方式设计复位运动路径，包括平移控制和旋转控制等，可对移动步幅进行微调，逐步添加每一段移动路径。软件能够对路径的合法性进行监测，避免发生碰撞。公式如下：

Tf＝R(angle,A)

T＝Tn*Tf

其中，R用于计算按角度的变换矩阵，A为轴。Tn为患侧近端变换矩阵，Tf为患侧远端变换矩阵。

连接复位机器人后，上位机软件向下位机软件发送运动命令，同过控制卡接口使复位机沿路径移动，可单步移动，或者以启用定时器的方式间隔发送命令来达到连续复位的效果。

对于入钉点和路径的设计，也可通过可视化的方式进行。可在图像上点取入钉点，或者在NDI光学跟踪定位器辅助下使用进行实际探针选择。在连接定位机器人之后，通过发送定位命令，使机器人手臂移动到指定位置，继而完成固定操作。

对每一步操作都可以实时保存状态，以备在异常退出之后做现场恢复。也可以让医生自主选择保存当前操作状态到文件中，以便在必要时恢复到指定状态。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。