专利名称：基于图像导航的并联机器人辅助人工颈椎间盘置换手术定位方法人工颈椎间盘置换术与常规颈椎前路减压融合手术相比，在治疗颈椎病方面具有明显优势，患者恢复快，早期可以实现颈部活动，颈部僵直感少。尽管如此，人工颈椎间盘置换术开展的并不广泛，这主要是由于其手术复杂、操作困难，一般的医生难以掌握，而且手术精度不高，影响手术效果，手术并发症高。人工颈椎间盘置换手术中的最大难点是需要在正确的位置磨削出与假体吻合的骨关节面，保证假体和人骨的配合，治疗效果严重依赖于手术的精度。传统的机械定位精度主要依赖于医生的经验，这无疑增加了手术的不确定性， 影响了假体的安装精度。为了提高手术定位精度，医生经常需要使用X光机反复观察，受射线辐射严重。即使这样，就算是技术高超的脊柱外科医生，进行人工颈椎间盘置换术也难以保证每次手术都获得令人满意的结果，尤其是对于重症患者，手术难度更大。上述精度不足、辐射过多操作疲劳等问题成为人工颈椎间盘置换手术领域迫切需要解决的问题。近年来，随着机器人、医学影像、生物力学以及材料等相关技术的发展，医疗机器人已经成为机器人发展的重要方向，成为提高医疗技能的一种重要手段，也为解决上述人工颈椎间盘置换手术中的问题带来了契机。引入机器人辅助进行脊柱外科手术，能满足脊柱外科医生一系列迫切需要解决的问题，提高了手术的精确性与安全性，为开展新型手术术式提供了有力的支持。在机器人辅助人工颈椎间盘置换手术中，磨钻与患者间的定位是保证手术顺利完成并满足手术精度要求的关键一环，同时也是解决医生受辐射过多等问题的关键步骤，目前国内尚无该方面发明的报导。
本发明的目的是提供一种基于图像导航的并联机器人辅助人工颈椎间盘置换手术定位方法，以实现手术磨钻对患者病患处的定位，从而保证实际手术磨钻与患者的位姿关系符合虚拟环境中由医生确定的虚拟磨钻与患者模型的位姿关系。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的基于图像导航的并联机器人辅助人工颈椎间盘置换手术定位方法是基于光学定位系统、并联机器人、并联机器人磨钻和计算机来实现的，所述光学定位系统包含有两个反光件和一个光学定位仪和一个探针，所述的并联机器人、光学定位仪与计算机相连，并联机器人磨钻的钻柄上安装有一个反光件；所述方法的具体过程为步骤A、利用三维重建软件由所述计算机完成对患者病灶处的颈椎骨CT图像的三维重建，得到病患处颈椎骨的三维模型，同时用solidworks软件对磨钻进行建模，并将磨钻模型导入颈椎骨三维模型的图像空间内；步骤B、采用三点对刀方法，由医生在虚拟环境中设定术前磨钻相对于颈椎骨的位 姿关系并设置磨钻的进给方向；所述三点对刀方法具体步骤如下在图像空间{V}中，P1,P2 和P3是颈椎骨矢状面上不在一条直线上的三点，分別表示进刀路径的起点，进刀路径的终 点和确定刀具位姿的第三点，P” P2和P3三点确定ー个平面，以P1为刀具规划坐标系KUk， yk, zk)的原点K，沿]pf方向为刀具规划坐标系KUk，yk, zk)的ら方向，P3为刀具规划坐标 系平面上位于yk轴正方向ー侧的ー个点，该点用来确定yk轴的方向，刀具规划坐标系 &轴则由向量^f向到向量^f的向量积来确定，则刀具规划坐标系KUk，yk，zk)相对于图 像空间IV}的配准变换矩阵vTk的表达式为基于图像导航的并联机器人辅助人工颈椎间盘置换手术定位方法，它属于并联机器人在外科手术领域中的应用，为了保证实际手术磨钻与患者的位姿关系符合虚拟环境中由医生确定的虚拟磨钻与患者模型的位姿关系。技术要点利用VTK软件包对CT图像进行三维重建，得到患者病患处颈椎骨的三维模型。在图像空间中导入虚拟磨钻，然后由医生在计算机上完成虚拟定位。利用光学定位系统及ICP算法，建立“图像-患者-机器人”三者之间的位置和姿态映射关系。控制并联机器人运动，最终完成并联机器人磨钻与患者的定位。