截骨导向工具的位置校正方法及骨科手术系统

摘要

本发明涉及一种截骨导向工具的位置校正方法及骨科手术系统，由安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标跟踪截骨导向工具的位置并产生工具靶标的位置信息，进而根据工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂运动而使工具靶标运动到期望位置，从而实现截骨导向工具的定位。该方式不用考虑机械臂本身的绝对位置精度，而且也不用凭借医生的经验，使得截骨导向工具的位置放置更准确，提高了截骨导向工具的定位精度。此外，截骨导向工具具有若干导向特征，能够为截骨操作提供多种导向，而使同一个截骨导向工具可以进行多种功能的截骨及打孔操作，手术过程中无需频繁更换截骨导向工具，由此可较大减少手术时间，提高手术效率。

权利要求

1.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时执行以下的步骤，包括：

执行驱动截骨导向工具运动步骤：根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制一机械臂运动，以使所述机械臂驱动所述截骨导向工具和工具靶标运动，并使所述工具靶标运动到期望位置；所述截骨导向工具包括安装接口，所述安装接口用于与所述机械臂的末端可拆卸地连接；

其中，所述工具靶标的位置用于表征所述截骨导向工具的位置；

在执行所述驱动截骨导向工具运动步骤之前，还执行校验步骤，以检测所述截骨导向工具和/或所述工具靶标是否发生变形，所述校验步骤包括：根据出厂前的安装于所述截骨导向工具上的一校验靶标相对于所述工具靶标的原始位置信息，以及使用时的所述校验靶标相对于所述工具靶标的当前位置信息，判断所述校验靶标的所述原始位置信息与所述校验靶标的所述当前位置信息是否匹配；

若匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标未发生变形，并执行所述驱动截骨导向工具运动步骤，以根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂运动；

若不匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生了变形，并执行校正步骤，以校正所述截骨导向工具和所述工具靶标之间的相对位置，且在所述校正步骤之后，执行所述驱动截骨导向工具运动步骤，以根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂运动。

2.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述校正步骤包括：获取安装于所述截骨导向工具上的至少两个校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息；

根据至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息，并据此更新所述截骨导向工具和所述工具靶标之间的相对位置。

3.根据权利要求2所述的计算机可读存储介质，其特征在于，两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息分别记为T1及T2，T1为一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示，T2为另一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示；

其中，通过执行以下步骤获取所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息：

根据至少两个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置T1及T2，得到所述截骨导块的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及所述截骨导块的一表面在工具靶标坐标系下的位置T3；

进而根据所述截骨导向工具的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及截骨导向工具的所述表面在工具靶标坐标系下的位置T3，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的位置和姿态。

4.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，在执行所述驱动截骨导向工具运动步骤之前，还包括执行以下步骤：根据所述工具靶标的实际位置和期望位置，确定所述工具靶标的期望运动路径；其中：在执行所述驱动截骨导向工具运动步骤时，根据所述工具靶标的当前位置，控制所述机械臂运动，并使所述工具靶标沿所述期望运动路径运动至期望位置。

5.根据权利要求4所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述工具靶标的期望位置通过以下方式获取：

根据所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系，以及所述截骨导向工具的目标位置，获得所述工具靶标的期望位置。

6.根据权利要求5所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系包括所述截骨导向工具上的若干导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关系。

7.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质，其特征在于，每个所述导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关系通过以下方式获取：获取所述工具靶标上的各个靶标球之间的相对位置关系，并据此建立工具靶标坐标系；

获取所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息；

根据所述导向特征相对于所述截骨导块的中心点的位置信息，以及所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息，确定所述导向特征在所述工具靶标坐标系下的位置和姿态。

8.一种骨科手术系统，其特征在于，包括控制装置、导航装置、机械臂以及截骨导向工具；所述截骨导向工具包括安装接口，所述机械臂的末端用于可拆卸地连接所述截骨导向工具的所述安装接口，所述机械臂用于调整所述截骨导向工具的位置和姿态；

所述导航装置包括跟踪仪和工具靶标，所述工具靶标安装于所述截骨导向工具或所述机械臂上，所述跟踪仪用于跟踪所述工具靶标的当前位置并产生当前位置信息，且所述工具靶标的位置用于表征所述截骨导向工具的位置；

所述控制装置用于根据所述跟踪仪反馈回的所述工具靶标的当前位置信息以及期望位置信息，控制所述机械臂运动，以使所述机械臂驱动所述截骨导向工具和工具靶标运动，并使所述工具靶标运动到期望位置；

所述骨科手术系统还包括校验装置，所述校验装置用于检测所述截骨导向工具和/或所述工具靶标是否发生变形；

其中：所述截骨导向工具包括截骨导块，所述截骨导块上设置有导向特征，所述导向特征用于为截骨操作提供导向；所述校验装置包括至少一个校验靶标，所述校验靶标用于可拆卸地安装于所述截骨导块上；

出厂前，所述跟踪仪记录所述校验靶标相对于所述工具靶标的原始位置信息，且每次手术前，所述跟踪仪记录所述校验靶标相对于所述工具靶标的当前位置信息；

所述控制装置用于判断所述校验靶标的所述原始位置信息与所述校验靶标的所述当前位置信息是否匹配；若匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标未发生变形，以根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂运动；若不匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生了变形，且在校正步骤之后，再根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂运动。

9.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述骨科手术系统还包括校正装置，当所述校验装置识别到所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生变形时，所述校正装置用于校正所述截骨导向工具与所述工具靶标之间的相对位置；所述校正装置包括至少两个校正靶标，至少两个所述校正靶标用于可拆卸地安装于所述截骨导块上；

其中：所述跟踪仪用于分别记录至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息；

所述控制装置用于根据至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息，并据此更新所述截骨导向工具和所述工具靶标之间的相对位置。

10.根据权利要求9所述的骨科手术系统，其特征在于，两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息分别记为T1及T2，T1为一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示，T2为另一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示；

其中：所述控制装置用于根据两个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置T1及T2，得到所述截骨导块的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及所述截骨导块的一表面在工具靶标坐标系下的位置T3；所述控制装置进一步根据所述截骨导向工具的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及截骨导向工具的所述表面在工具靶标坐标系下的位置T3，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的位置和姿态。

11.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述导航装置还包括基座靶标，所述基座靶标固定不动，且所述工具靶标的位置为所述工具靶标相对于所述基座靶标的位置。

12.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述控制装置用于提供由多个位置点组成的期望运动路径，所述控制装置用于控制所述机械臂运动，以使所述工具靶标沿所述期望运动路径到达所述期望位置。

13.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述骨科手术系统还包括存储装置，用于存储所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系。

14.根据权利要求13所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导向工具包括截骨导块，所述截骨导块上设置有若干导向特征，所述若干导向特征用于为截骨操作提供多种导向；其中，所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系包括若干所述导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关系。

15.根据权利要求14所述的骨科手术系统，其特征在于，每个所述导向特征相对于所述工具靶标的位姿映射关系通过以下方式获得：获取所述工具靶标上的各个靶标球之间的相对位置关系，并据此建立工具靶标坐标系；

获取所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息；

根据每个所述导向特征相对于所述截骨导块的中心点的位置信息，以及所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息，确定每个所述导向特征在所述工具靶标坐标系下的位置和姿态。

16.根据权利要求9所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导块上设置有至少一个校验孔，所述校验靶标安装于所述校验孔上；所述校验靶标具有台阶，所述台阶的台阶面与所述截骨导块的一表面平行。

17.根据权利要求16所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导块具有一上表面，若干所述导向特征设置在所述上表面；所述校验孔垂直设置在所述上表面，且所述台阶面与所述上表面相匹配。

18.根据权利要求17所述的骨科手术系统，其特征在于，所述校验孔的轴线位于所述截骨导块的对称面上，且所述校验孔的端面、所述截骨导块的上表面以及所述台阶面共面设置。

19.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述校验靶标相对于所述工具靶标的位置信息包括：所述校验靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态。

20.根据权利要求10所述的骨科手术系统，其特征在于，每个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置包括：

所述校正靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态；以及所述校正靶标的台阶面在工具靶标坐标系下的位置和姿态；

其中，所述校正靶标具有台阶，所述台阶的台阶面与所述截骨导块的一表面平行。

21.根据权利要求16所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导块上设置有校正孔，两个所述校正靶标分别安装于一个所述校正孔上，或者，两个所述校正靶标分别安装于一个所述校验孔和一个所述校正孔上。

22.根据权利要求21所述的骨科手术系统，其特征在于，每个所述校正孔的端面与截骨导块上对应的表面以及所述校正靶标的台阶面共面设置。

23.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导向工具还包括截骨导块，所述安装接口通过连接轴与所述截骨导块连接；所述截骨导块上设置有导向特征，所述导向特征用于为截骨操作提供导向。

24.根据权利要求23所述的骨科手术系统，其特征在于，所述连接轴为偏心曲柄，分别与所述截骨导块以及所述安装接口连接，且所述安装接口的旋转轴线与所述截骨导块的旋转轴线之间具有一定的偏距。

25.根据权利要求24所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导向工具还包括安装座，所述截骨导块、偏心曲柄、安装座以及安装接口依次连接，且所述安装座上设置有靶标安装孔。

26.根据权利要求24所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导块与所述偏心曲柄可拆卸地连接。

27.根据权利要求23所述的骨科手术系统，其特征在于，所述导向特征包括若干导向槽，若干所述导向槽分布在所述截骨导块的同一个表面上，或者，若干所述导向槽围绕所述截骨导块的轴线布置在不同表面上。

28.根据权利要求27所述的骨科手术系统，其特征在于，所述导向槽为0°导向槽或45°导向槽。

29.根据权利要求24所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导向工具包括两个镜像配置的截骨导块，每个截骨导块上设置有一个快换接口，分别用于与所述偏心曲柄可拆卸地连接。

30.根据权利要求24所述的骨科手术系统，其特征在于，所述截骨导向工具包括一个截骨导块，所述截骨导块上设置有两个快换接口，两个所述快换接口相对设置，所述偏心曲柄选择性地与两个所述快换接口中的一个可拆卸地连接。

31.根据权利要求8所述的骨科手术系统，其特征在于，所述骨科手术系统还包括无菌袋，套设在所述机械臂的末端，且所述无菌袋的一端覆盖了机械臂的连接端口，所述连接端口与所述截骨导向工具可拆卸地连接。

32.根据权利要求31所述的骨科手术系统，其特征在于，所述无菌袋的一端设置有让位孔。

说明书

截骨导向工具的位置校正方法及骨科手术系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人辅助手术系统和方法领域，特别涉及一种截骨导向工具的位置校正方法、计算机可读存储介质、骨科手术系统和截骨导向工具。

背景技术

[0002] 人工关节置换手术中，需要使用各种定位器、导向器等，用于人工关节安装之前的截骨，以确保截骨操作的精度。现有已提出了不同的方法来帮助外科医生实现在全膝关节
置换(TKR)手术过程中截骨导向工具的定位。

[0003] 然而，现有的用于在手术过程中进行截骨导向工具定位的设备/方法依然存在定位精度不够等缺陷。因此，有必要开发一种能够提高截骨导向工具定位精度的方法以及手
术系统。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种截骨导向工具的位置校正方法、计算机可读存储介质、骨科手术系统和截骨导向工具，其中通过跟踪反馈截骨导向工具的实时位置
和姿态，并通过机械臂控制截骨导向工具的运动，实现截骨导向工具的定位，提高截骨导向
工具的定位精度。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种截骨导向工具的位置校正方法，包括：

[0006] 根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制一机械臂运动，以使所述机械臂驱动所述截骨导向工具和工具靶标运动，并使所述工具靶标
运动到期望位置；

[0007] 其中，所述工具靶标的位置用于表征所述截骨导向工具的位置。

[0008] 可选地，在所述的位置校正方法中，在执行上述步骤之前，还执行校验步骤，以检测所述截骨导向工具和/或所述工具靶标是否发生变形，所述校验步骤包括：

[0009] 根据出厂前的安装于所述截骨导向工具上的一校验靶标相对于所述工具靶标的原始位置信息，以及使用时的所述校验靶标相对于所述工具靶标的当前位置信息，判断所
述校验靶标的所述原始位置信息与所述校验靶标的所述当前位置信息是否匹配；

[0010] 若匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标未发生变形，并执行上述步骤，以根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械
臂运动；

[0011] 若不匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生了变形，并执行校正步骤，以校正所述截骨导向工具和所述工具靶标之间的相对位置，且在所校正步骤之后，执
行上述步骤，以根据安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标的当前位置和期望位置，
控制机械臂运动。

[0012] 可选地，在所述的位置校正方法中，所述校正步骤包括：

[0013] 获取安装于所述截骨导向工具上的至少两个校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息；

[0014] 根据至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息，并据此更新所述截骨导向工具和所述工具靶标
之间的相对位置。

[0015] 可选地，在所述的位置校正方法中，两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息分别记为T1及T2，T1为一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示，T2为另一个
校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示；

[0016] 其中，通过执行以下步骤获取所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息：

[0017] 根据至少两个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置T1及T2，得到所述截骨导块的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及所述截骨导块的一表面在工具靶标坐标系
下的位置T3；

[0018] 进而根据所述截骨导向工具的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及截骨导向工具的所述表面在工具靶标坐标系下的位置T3，得到所述截骨导向工具相对于所述工具
靶标的位置和姿态。

[0019] 可选地，在所述的位置校正方法中，在执行上述步骤之前，还包括执行以下步骤：

[0020] 根据所述工具靶标的实际位置和期望位置，确定所述工具靶标的期望运动路径；其中：

[0021] 在执行上述步骤时，根据所述工具靶标的当前位置，控制所述机械臂运动，并使所述工具靶标沿所述期望运动路径运动至期望位置。

[0022] 可选地，在所述的位置校正方法中，所述工具靶标的期望位置通过以下方式获取：

[0023] 根据所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系，以及所述截骨导向工具的目标位置，获得所述工具靶标的期望位置。

[0024] 可选地，在所述的位置校正方法中，所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系包括所述截骨导向工具上的若干导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关
系。

[0025] 可选地，在所述的位置校正方法中，每个所述导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关系通过以下方式获取：

[0026] 获取所述工具靶标上的各个靶标球之间的相对位置关系，并据此建立工具靶标坐标系；

[0027] 获取所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息；

[0028] 根据所述导向特征相对于所述截骨导块的中心点的位置信息，以及所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息，确定所述导向特征在所述工具靶标坐标系
下的位置和姿态。

[0029] 为实现上述目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时执行如前任一项所述的截骨导向工具的位置校正
方法的步骤。

[0030] 为实现上述目的，本发明提供了一种骨科手术系统，包括控制装置、导航装置、机械臂以及截骨导向工具；所述机械臂的末端连接所述截骨导向工具，所述机械臂用于调整
所述截骨导向工具的位置和姿态；

[0031] 所述导航装置包括跟踪仪和工具靶标，所述工具靶标安装于所述截骨导向工具或所述机械臂上，所述跟踪仪用于跟踪所述工具靶标的当前位置并产生当前位置信息，且所
述工具靶标的位置用于表征所述截骨导向工具的位置；

[0032] 所述控制装置用于根据所述跟踪仪反馈回的所述工具靶标的当前位置信息以及期望位置信息，控制所述机械臂运动，以使所述机械臂驱动所述截骨导向工具和工具靶标
运动，并使所述工具靶标运动到期望位置。

[0033] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述骨科手术系统还包括校验装置，所述校验装置用于检测所述截骨导向工具和/或所述工具靶标是否发生变形；

[0034] 其中：所述截骨导向工具包括截骨导块，所述截骨导块上设置有导向特征，所述导向特征用于为截骨操作提供导向；所述校验装置包括至少一个校验靶标，所述校验靶标用
于可拆卸地安装于所述截骨导块上；

[0035] 出厂前，所述跟踪仪记录所述校验靶标相对于所述工具靶标的原始位置信息，且每次手术前，所述跟踪仪记录所述校验靶标相对于所述工具靶标的当前位置信息；

[0036] 所述控制装置用于判断所述校验靶标的所述原始位置信息与所述校验靶标的所述当前位置信息是否匹配；若匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标未发生变
形；若不匹配，则确定所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生了变形。

[0037] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述骨科手术系统还包括校正装置，当所述校验装置识别到所述截骨导向工具和/或所述工具靶标发生变形时，所述校正装置用于校正
所述截骨导向工具与所述工具靶标之间的相对位置；所述校正装置包括至少两个校正靶
标，至少两个所述校正靶标用于可拆卸地安装于所述截骨导块上；

[0038] 其中：所述跟踪仪用于分别记录至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息；

[0039] 所述控制装置用于根据至少两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息，得到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的当前位置信息，并据此更新所述截骨导向工
具和所述工具靶标之间的相对位置。

[0040] 可选地，在所述的骨科手术系统中，两个所述校正靶标相对于所述工具靶标的位置信息分别记为T1及T2，T1为一个校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示，T2为另一个
校正靶标的位置在工具靶标坐标系下的表示；

[0041] 其中：所述控制装置用于根据两个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置T1及T2，得到所述截骨导块的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及所述截骨导块的一表面
在工具靶标坐标系下的位置T3；所述控制装置进一步根据所述截骨导向工具的中心点在工
具靶标坐标系下的位置T0，以及截骨导向工具的所述表面在工具靶标坐标系下的位置T3，得
到所述截骨导向工具相对于所述工具靶标的位置和姿态。

[0042] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述导航装置还包括基座靶标，所述基座靶标固定不动，且所述工具靶标的位置为所述工具靶标相对于所述基座靶标的位置。

[0043] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述控制装置用于提供由多个位置点组成的期望运动路径，所述控制装置用于控制所述机械臂运动，以使所述工具靶标沿所述期望运
动路径到达所述期望位置。

[0044] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述骨科手术系统还包括存储装置，用于存储所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系。

[0045] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导向工具包括截骨导块，所述截骨导块上设置有若干导向特征，所述若干导向特征用于为截骨操作提供多种导向；其中，所述工
具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系包括若干所述导向特征与所述工具靶标
之间的位姿映射关系。

[0046] 可选地，在所述的骨科手术系统中，每个所述导向特征相对于所述工具靶标的位姿映射关系通过以下方式获得：

[0047] 获取所述工具靶标上的各个靶标球之间的相对位置关系，并据此建立工具靶标坐标系；

[0048] 获取所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息；

[0049] 根据每个所述导向特征相对于所述截骨导块的中心点的位置信息，以及所述截骨导块的中心点在所述工具靶标坐标系下的位置信息，确定每个所述导向特征在所述工具靶
标坐标系下的位置和姿态。

[0050] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导块上设置有至少一个校验孔，所述校验靶标安装于所述校验孔上；所述校验靶标具有台阶，所述台阶的台阶面与所述截骨导
块的一表面平行。

[0051] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导块具有一上表面，若干所述导向特征设置在所述上表面；所述校验孔垂直设置在所述上表面，且所述台阶面与所述上表面相
匹配。

[0052] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述校验孔的轴线位于所述截骨导块的对称面上，且所述校验孔的端面、所述截骨导块的上表面以及所述台阶面共面设置。

[0053] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述校验靶标相对于所述工具靶标的位置信息包括：所述校验靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态。

[0054] 可选地，在所述的骨科手术系统中，每个所述校正靶标在工具靶标坐标系下的位置包括：

[0055] 所述校正靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态；以及

[0056] 所述校正靶标的台阶面在工具靶标坐标系下的位置和姿态；

[0057] 其中，所述校正靶标具有台阶，所述台阶的台阶面与所述截骨导块的一表面平行。

[0058] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导块上设置有校正孔，两个所述校正靶标分别安装于一个所述校正孔上，或者，两个所述校正靶标分别安装于一个所述校验孔
和一个所述校正孔上。

[0059] 可选地，在所述的骨科手术系统中，每个所述校正孔的端面与截骨导块上对应的表面以及所述校正靶标的台阶面共面设置。

[0060] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导向工具包括截骨导块和安装接口，所述安装接口通过连接轴与所述截骨导块连接；所述截骨导块上设置有导向特征，所述导
向特征用于为截骨操作提供导向；所述安装接口还与所述机械臂的末端可拆卸地连接。

[0061] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述连接轴为偏心曲柄，分别与所述截骨导块以及所述安装接口连接，且所述安装接口的旋转轴线与所述截骨导块的旋转轴线之间具有
一定的偏距。

[0062] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导向工具还包括安装座，所述截骨导块、偏心曲柄、安装座以及安装接口依次连接，且所述安装座上设置有靶标安装孔。

[0063] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导块与所述偏心曲柄可拆卸地连接。

[0064] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述导向特征包括若干导向槽，若干所述导向槽分布在所述截骨导块的同一个表面上，或者，若干所述导向槽围绕所述截骨导块的轴线
布置在不同表面上。

[0065] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述导向槽为0°导向槽或45°导向槽。

[0066] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导向工具包括两个镜像配置的截骨导块，每个截骨导块上设置有一个快换接口，分别用于与所述偏心曲柄可拆卸地连接。

[0067] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述截骨导向工具包括一个截骨导块，所述截骨导块上设置有两个快换接口，两个所述快换接口相对设置，所述偏心曲柄选择性地与两
个所述快换接口中的一个可拆卸地连接。

[0068] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述骨科手术系统还包括无菌袋，套设在所述机械臂的末端，且所述无菌袋的一端覆盖了机械臂的连接端口，所述连接端口与所述截骨
导向工具可拆卸地连接。

[0069] 可选地，在所述的骨科手术系统中，所述无菌袋的一端设置有让位孔。

[0070] 为实现上述目的，本发明还提供一种截骨导向工具，用于如前所述的骨科手术系统，且该截骨导向工具包括截骨导块、连接轴和安装接口；所述截骨导块上设置有若干导向
特征，若干所述导向特征用于为截骨操作提供多种导向；所述连接轴的两端分别连接所述
截骨导块以及所述安装接口，所述安装接口用于与机械臂的末端可拆卸地连接。

[0071] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向特征包括导向槽和导向孔。

[0072] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述连接轴为偏心曲柄。

[0073] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导向工具还包括安装座，所述截骨导块、偏心曲柄、安装座以及安装接口依次连接，且所述安装座上设置有靶标安装孔。

[0074] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导块与所述偏心曲柄可拆卸地连接。

[0075] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向槽的两端与截骨导块的表面贯通以形成破口。

[0076] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向槽的形状为喇叭形。

[0077] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向槽为多个，多个所述导向槽围绕所述截骨导块的轴线布置在不同表面上。可选地，所述导向槽为0°导向槽或45°导向槽。

[0078] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向槽包括以下槽中的至少一种：0°导向槽；45°导向槽；以及滑车截骨槽；所述导向孔包括以下孔中的至少一种：股骨假体安装导向
孔；左腿胫骨工装定位导向孔；右腿胫骨工装定位导向孔；以及截骨导向工具固定孔。

[0079] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述导向槽包括0°导向槽、45°导向槽以及滑车截骨槽，所述0°导向槽、45°导向槽为以及滑车截骨槽各自为两个。

[0080] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导块为轴对称结构。

[0081] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导块上设置有两个快换接口，两个所述快换接口相对设置，所述偏心曲柄选择性地与两个所述快换接口中的一个可拆卸地连
接。

[0082] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导块上设置有校验孔。

[0083] 可选地，在所述的截骨导向工具中，所述截骨导块上设置有校正孔。

[0084] 上述位置校正方法通过跟踪并反馈截骨导向工具的实时位姿，并根据截骨导向工具的实时位姿控制机械臂的运动而实现截骨导向工具的定位，这样做不用考虑机械臂本身
的绝对位置精度，而且也不用凭借医生的经验，使得截骨导向工具的位置放置更准确，提高
了截骨导向工具的定位精度。同时，上述骨科手术系统通过机械臂来悬吊截骨导向工具，而
无需将工具固定在人体上，可避免对人体产生二次伤害。

[0085] 上述位置校正方法还通过校验靶标及时识别出截骨导向工具和/或工具靶标是否变形，这样做方便更换或者校正变形了的截骨导向工具和/或工具靶标，从而减小手术风
险，提高手术精度。例如，上述位置校正方法还通过至少两个校正靶标来校正并更新截骨导
向工具与工具靶标间的相对位置关系，校正过程简单又方便。

[0086] 上述截骨导向工具包括截骨导块，且所述截骨导块上设置有若干导向特征，这些导向特征可以是导向孔和导向槽的不同组合，可为截骨提供多种导向，从而使同一个截骨
导向工具可以进行多种功能的截骨及打孔操作，手术过程中无需频繁更换截骨导向工具，
由此可较大减少手术时间，提高手术效率。

[0087] 上述截骨导向工具优选为轴对称结构，使同一个截骨导向工具能够兼顾左右肢体，进一步降低成本，简化截骨操作，提高手术效率。

[0088] 上述截骨导向工具中的导向槽，例如45°导向槽或0°导向槽的两端与截骨导块的表面贯通以形成坡口，这样方便使截骨导向工具能够适用于不同型号的假体的截骨导向。

[0089] 上述截骨导向工具中的导向槽，例如0°导向槽或45°导向槽为喇叭形状，也方便使截骨导向工具能够适用于不同型号的假体的截骨导向。

[0090] 上述截骨导向工具中的导向槽，例如0°导向槽或45°导向槽，优选围绕截骨导块的轴线分布在不同的表面上，这样做可以减小截取不同截骨面时截骨导向工具的调整幅度，
避免靶标因转动幅度过大而导致位姿识别误差增大以及无法识别的问题，同时也可以避免
机械臂因为位姿变化过大而产生较大传动误差，从而进一步提高定位精度。

[0091] 上述截骨导向工具的旋转轴线与机械臂末端关节的旋转轴线存在偏心，当需要调整截骨导向工具的角度时，机械臂仅需要进行小幅度的线性位移进行旋转即可，可减小机
械臂的传动误差，提高定位精度。

附图说明

[0092] 本发明的实施方法以及相关实施例的特征、性质和优势将通过结合下列附图进行描述，其中：

[0093] 图1是本发明优选实施例提供的运用骨科手术系统进行膝关节置换的示意图；

[0094] 图2是本发明优选实施例提供的截骨导向工具的结构示意图；

[0095] 图3是本发明优选实施例提供的截骨导向工具进行平移而实现多个方位截骨导向的示意图；

[0096] 图4是本发明优选实施例提供的截骨导向工具进行旋转而实现截骨面调整的示意图；

[0097] 图5是沿图2所示的截骨导向工具的A‑A连线进行剖切得到的剖视图，其中0°导向槽的形状为喇叭形；

[0098] 图6是本发明优选实施例提供的利用校验靶标校验截骨导向工具和/或工具靶标是否变形的使用示意图；

[0099] 图7是本发明优选实施例提供的设置有校正孔的截骨导向工具的结构示意图；

[0100] 图8是本发明优选实施例提供的利用校正靶标对截骨导向工具进行校正的原理图；

[0101] 图9是本发明替代实施例提供的在机械臂的末端关节的外壳上安装工具靶标的示意图；

[0102] 图10是本发明替代实施例提供的两个镜像配置的截骨导向的结构示意图；

[0103] 图11是本发明替代实施例提供的在同一截骨导块上设置两个快换接口实现左右腿截骨的示意图；

[0104] 图12是本发明优选实施例提供的工具靶标的运动路径示意图；

[0105] 图13是本发明优选实施例提供的对胫骨平台截骨进行导向的示意图；

[0106] 图14是本发明优选实施例提供的对股骨前端截骨进行导向的示意图；

[0107] 图15是本发明第一种实施例提供的设置了单个0°导向槽的截骨导向工具的结构示意图；

[0108] 图16是本发明第二种实施例提供的设置了两个0°导向槽的截骨导向工具的结构示意图；

[0109] 图17是本发明第三种实施例提供的设置了两个滑车截骨槽以及两个0°导向槽的截骨导向工具的结构示意图；

[0110] 图18是本发明第四种实施例提供的设置了单个0°导向槽以及两个导向孔的截骨导向工具的结构示意图；

[0111] 图19是本发明第五种实施例提供的设置了两个0°导向槽以及两个导向孔的截骨导向工具的结构示意图；

[0112] 图20是本发明第六种实施例提供的设置了两个0°导向槽、两个滑车截骨槽以及两个导向孔的截骨导向工具的结构示意图；

[0113] 图21是本发明第七种实施例提供的设置了两个固定孔以及多个导向槽的截骨导向工具的结构示意图；

[0114] 图22是本发明第八种实施例提供的设置了方形滑车截骨槽、长导向槽以及两个导向孔的截骨导向工具的结构示意图；

[0115] 图23是本发明第九种实施例提供的将导向槽一侧开破口后的截骨导向工具的结构示意图；

[0116] 图24是本发明第十种实施例提供的直接使用胫骨处理工具作为截骨导向工具的结构示意图；

[0117] 图25是本发明第十一种实施例提供的直接使用滑车槽导向工具作为截骨导向工具的结构示意图；

[0118] 图26a是本发明一种实施例提供的无菌袋套设于机械臂末端关节的结构示意图；

[0119] 图26b是本发明一种实施例提供的无菌袋的一端设置了避让孔的局部放大图。

[0120] 图中：

[0121] 1‑手术台车；2‑机械臂；3‑工具靶标；4‑截骨导向工具；5‑手术工具；6‑跟踪仪；7‑辅助显示器；8‑主显示器；9‑导航台车；10‑键盘；11‑股骨靶标；12‑股骨；13‑胫骨靶标；14‑
胫骨；15‑基座靶标；16‑校验靶标；17‑患者；18‑医生；

[0122] 40、41、42、43、20、21、22、23、24‑截骨导块；

[0123] 401‑安装接口；402‑安装座；4021‑靶标安装孔；403‑偏心曲柄；404‑股骨假体安装导向孔；405‑右腿滑车截骨槽；406‑左腿胫骨工装定位导向孔；407‑第一0°导向槽；408‑第
一45°导向槽；409‑校验孔；410‑第二45°导向槽；411‑第二0°导向槽；412‑左腿滑车截骨槽；
413‑右腿胫骨工装定位导向孔；414a‑第一校正孔；414b‑第二校正孔；

[0124] 415、421、431、432‑快换接口；201、211‑0°导向槽；221‑滑车截骨槽；231、241、251、271‑导向孔；261‑定位孔；272‑方形槽；273‑长导向槽；281‑破口；31‑无菌袋；311‑让位孔；
312‑紧固件。

具体实施方式

[0125] 以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0126] 如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使
用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少
一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少
两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此
外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或
者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明
示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

[0127] 本发明的核心思想是提供一种截骨导向工具的位置校正方法，其位置校正思路是利用安装于截骨导向工具或机械臂上的工具靶标来跟踪截骨导向工具的位置，进而只要获
取工具靶标的位置信息，即可根据工具靶标的位置信息(包括当前位置和期望位置)来控制
机械臂运动，从而使机械臂驱动其末端的截骨导向工具和工具靶标运动，并使工具靶标运
动到期望位置。由于工具靶标的位置与截骨导向工具的位置存在映射关系，因此，调整工具
靶标的位置和姿态，即相当于调整截骨导向工具的位置和姿态，也即，通过工具靶标的位置
来表征截骨导向工具的位置。这样做不用考虑机械臂本身的绝对位置精度，而且也不用凭
借医生的经验，使得截骨导向工具的位置放置更准确，提高了截骨导向工具的定位精度和
手术精度。

[0128] 为了实现截骨导向工具的精确定位，本发明的核心思想还在于提供一种骨科手术系统，其包括控制装置、导航装置、机械臂以及截骨导向工具。其中所述机械臂的末端连接
所述截骨导向工具，所述机械臂用于调整所述截骨导向工具的位置和姿态(简称位姿)。所
述导航装置包括跟踪仪和工具靶标，所述工具靶标安装于所述截骨导向工具或机械臂上，
所述跟踪仪用于跟踪所述工具靶标的当前位置并产生当前位置信息。从而实际使用时，所
述控制装置可根据所述跟踪仪反馈回的所述工具靶标的当前位置信息和期望位置信息，控
制所述机械臂运动，以使所述机械臂驱动所述截骨导向工具和工具靶标运动，并使所述工
具靶标运动到期望位置。本发明的骨科手术系统除了具备上述优点外，还能够通过机械臂
来悬吊截骨导向工具，而无需将工具固定在人体上，可避免对人体产生二次伤害。

[0129] 然而，本发明的骨科手术系统对应用环境没有特别的限制，例如可以应用于膝关节置换，也可应用于其他的骨科手术。以下描述中，以用于膝关节置换为示例对骨科手术系
统进行说明，但不应以此作为对本发明的限定。

[0130] 图1为本发明实施例提供的利用骨科手术系统进行膝关节置换的示意图。如图1所示，所述骨科手术系统包括控制装置、导航装置、机械臂2以及截骨导向工具4。所述控制装
置实际为一台计算机，该计算机配置了控制器、主显示器8和键盘10，更优选还包括辅助显
示器7。本实施例中，所述辅助显示器7和主显示器8所显示的内容一致，例如均用于显示截
骨位置图像。所述导航装置可以是电磁定位导航装置、光学定位导航装置或者电磁定位导
航装置。优选的，所述导航装置为光学定位导航装置，相比于其他的导航方式，测量精度高，
可有效提高截骨导向工具的定位精度。

[0131] 以下描述中，以光学定位导航装置作为示例进行说明，但不以此为限。

[0132] 所述导航装置具体包括导航标志物和跟踪仪6，所述导航标志物包括基座靶标15和工具靶标3，基座靶标15固定不动，例如基座靶标15被固定在手术台车1上而用于提供一
个基坐标系(或称基座靶标坐标系)，而工具靶标3安装在截骨导向工具4上而用于跟踪截骨
导向工具4的位置。所述截骨导向工具4安装在机械臂2的末端，从而通过机械臂2来支撑截
骨导向工具4，并调整截骨导向工具4的空间位置和姿态。

[0133] 实际中，利用跟踪仪6来捕捉工具靶标3反射的信号(优选光学信号)并记录工具靶标3的位置(即工具靶标在基座标系下的位置和姿态)，再由控制器内存储的计算机程序根
据工具靶标的当前位置和期望位置，控制机械臂2运动，机械臂2驱动截骨导向工具4和工具
靶标3运动，并使工具靶标3到达期望位置，工具靶标的期望位置对应于截骨导向工具4的期
望位置。

[0134] 因此，骨科手术系统的应用，可实现截骨导向工具4的自动定位，且手术过程中由工具靶标3跟踪并反馈截骨导向工具4的实时位姿，并通过控制机械臂的运动实现截骨导向
工具的位置和姿态的调整，不仅截骨导向工具的定位精度高，而且通过机械臂2来支撑截骨
导向工具4，而无需将导向工具固定在人体上，可避免对人体产生二次伤害。

[0135] 一般的，所述骨科手术系统还包括手术台车1和导航台车9。所述控制装置和一部分所述导航装置安装在导航台车9上，例如所述控制器安装在导航台车9的内部，所述键盘
10放置在导航台车9的外部进行操作，所述主显示器8、辅助显示器7和跟踪仪6均安装在一
个支架上，所述支架竖直固定在导航台车9上，而所述机械臂2安装在手术台车1上。手术台
车1和导航台车9的使用，使整个手术操作更为方便。

[0136] 在执行膝关节置换手术时，本实施例的骨科手术系统的使用过程大致包括以下操作：

[0137] 首先，将手术台车1及导航台车9移动至病床旁边合适的位置；

[0138] 然后，安装导航标志物(导航标志物还包括股骨靶标11、胫骨靶标13)、截骨导向工具4以及其他相关部件(如无菌袋)；

[0139] 之后，医生18将患者17的骨头CT/MR扫描模型导入所述计算机进行术前规划，得到截骨方案，该截骨方案例如包括截骨平面坐标、假体的型号以及假体的安装方位等信息；具
体地，根据CT/MR扫描得到的患者膝关节影像数据，创建三维膝关节数字模型，进而根据三
维膝关节数字模型创建截骨方案，以便手术医生根据截骨方案进行术前评估，更具体地，基
于三维膝关节数字模型，并结合得到的假体的尺寸规格以及截骨板的安装位置等确定截骨
方案，所述截骨方案最终以手术报告形式输出，其记录有截骨平面坐标、截骨量、截骨角度、
假体规格、假体的安装位置、手术辅助工具等一系列参考数据，特别还包括一系理论说明，
如选取该截骨角度的原因说明等，以为手术医生提供参考；其中，三维膝关节数字模型可通
过主显示器8进行显示，且医生可通过键盘10输入手术参数，以便进行术前规划；

[0140] 术前评估后，医生18再使用靶标笔在患者的股骨及胫骨上标定特征点(即医生于患者的股骨实体上标定多个股骨解剖特征点，在胫骨实体上标定多个胫骨解剖特征点)，并
通过导航装置以基座靶标15为基准，记录患者胫骨14和股骨12上所有特征点的位置，并将
所有特征点的位置发送给所述控制器，然后所述控制器通过特征匹配算法得到股骨12及胫
骨14的实际方位，并与股骨12及胫骨14上的CT/MR图像方位相对应；

[0141] 随后，通过导航装置将股骨及胫骨的实际方位与安装在股骨及胫骨上的相应靶标相联系，使得股骨靶标11和胫骨靶标13可以实时跟踪骨头的实际位置，且手术过程中，只要
靶标与骨头间的相对位置固定，骨头移动不会影响手术效果；

[0142] 进而通过导航装置将术前规划的截骨平面坐标发送给机械臂2，所述机械臂2通过工具靶标3定位截骨平面并运动到预定位置后，使机械臂2进入保持状态(即不动)，此后，医
生即可使用摆锯或电钻等手术工具5通过截骨导向工具4进行截骨和/或钻孔操作。完成截
骨及钻孔操作后，医生即可安装假体及进行其他手术操作。

[0143] 本实施例中，所述导航标志物还包括股骨靶标11和胫骨靶标13。其中股骨靶标11用于定位股骨12的空间位置和姿态，胫骨靶标13用于定位胫骨14的空间位置和姿态。如前
所说的，所述工具靶标3安装在截骨导向工具4上，但在其他实施例中，所述工具靶标3也可
以安装在机械臂2的末端关节上。

[0144] 图2为本发明优选实施例提供的截骨导向工具的结构示意图。如图2所示，本实施例的截骨导向工具4用于膝关节置换，其包括截骨导块40，该截骨导块40上设置有导向特
征，导向特征可以包括导向槽，也可以包括导向孔，或者包括导向槽和导向孔，也就是说，截
骨导块40上的导向特征可以是导向槽与导向孔的一种或多种组合，从而为膝关节置换的截
骨操作提供一种或多种导向，优选为股骨远端、股骨前端、股骨后端、股骨前端斜切、股骨后
端斜切、滑车槽、股骨假体安装孔、胫骨平台、胫骨龙骨处理工作定位孔的截骨及钻孔操作
提供导向，从而使同一个截骨导向工具可以进行多种功能的截骨及打孔操作，手术过程中
不需要更换截骨导向工具，由此可较大减少手术时间，提高手术效率。

[0145] 如前所述，通过工具靶标的位置表征截骨导向工具的位置，为实现此目的，还需要事先标定工具靶标3与截骨导向工具4之间的位姿映射关系。本实施例中，所述工具靶标3与
截骨导向工具4之间的位姿映射关系包括所有导向特征与工具靶标3之间的位姿映射关系。
例如导向特征包括导向槽和导向孔时，所述工具靶标3与截骨导向工具4之间的位姿映射关
系便包括：每个导向槽在工具靶标坐标系下的位置信息，以及每个导向孔在工具靶标坐标
系下的位置信息。

[0146] 本实施例中，每个导向特征(如导向槽或导向孔)相对于工具靶标3的位姿映射关系可通过以下方式获得：

[0147] 步骤一：获取工具靶标3上的各个靶标球之间(主要是四个靶标球)的相对位置关系，并据此建立工具靶标坐标系；

[0148] 步骤二：获取截骨导块40的中心点(或几何中心、形心)在工具靶标坐标系下的坐标(即位置信息)；

[0149] 步骤三：根据导向特征相对于截骨导块40的中心点的位置信息，以及截骨导块40的中心点在工具靶标坐标系下的坐标信息(或称位置信息)，获得导向特征在工具靶标坐标
系下的位置信息(包括位置和姿态)，而所述导向特征在所述工具靶标坐标系下的位置信息
就是导向特征相对于工具靶标3的位姿映射关系。

[0150] 因此，需要事先标定截骨导块上所有导向特征在工具靶标坐标系下的位置和姿态并记录这些数据，以便控制器调取这些数据进行换算。优选的，可通过控制器执行上述步骤
获得每个所述导向特征与所述工具靶标之间的位姿映射关系。

[0151] 继续参阅图2，所述截骨导向工具4还包括安装接口401，所述安装接口401一方面通过连接轴与截骨导块40连接，另一方面还与机械臂2的末端可拆卸地连接，以实现截骨导
向工具4与机械臂的连接。进一步的，所述安装接口401为法兰盘，此时，可通过螺钉、定位销
等紧固件与机械臂末端的法兰进行连接。在其他实施例中，所述安装接口401为快换接口，
与机械臂2的末端快拆连接，以实现快速拆装的目的。

[0152] 所述截骨导向工具4还包括连接轴，所述连接轴的两端分别连接截骨导块40和安装接口401。如图2所示，所述连接轴优选为偏心曲柄403。通过偏心曲柄403可使安装接口
401的旋转轴线(即机械臂末端关节的自转轴线)与截骨导块40的旋转轴线之间存在一定的
偏距，当需要调整截骨导向工具4的角度截取其他截骨面时，机械臂2仅进行小幅度的线性
位移并旋转即可，从而避免工具靶标3因转动幅度过大而增大位姿识别误差以及无法识别
的问题，也可避免机械臂因为位姿变化过大而产生较大传动误差，由此进一步提高截骨导
向工具的定位精度。更优选的，所述偏心曲柄403与截骨导块40可拆卸地连接，方便通过更
换截骨导块来实现不同的截骨导向，而无需整体更换，由此降低成本。进一步的，通过快换
接口实现偏心曲柄403与截骨导块40的连接。本发明对快换接口的结构不作限定。

[0153] 如图2所示，在一个实施例中，所述截骨导向工具4还包括安装座402，用于安装工具靶标3，且所述截骨导块40、偏心曲柄403、安装座402以及安装接口401依次连接。本实施
例中，所述安装座402上设置有靶标安装孔4021，所述工具靶标3即安装于靶标安装孔4021
上，但靶标安装孔4021的数量包括但不限于两个。

[0154] 如图9所示，在一替代性实施例中，也可取消安装座402，使截骨导块40、偏心曲柄403以及安装接口401依次连接，此时，将工具靶标3直接安装于机械臂末端关节的外壳上，
从而简化截骨导向工具4的结构，同时使工具靶标3远离手术操作区，避免手术过程中触碰
靶标而影响定位。例如所述机械臂2的末端关节的外壳上设置有靶标安装孔4021，方便安装
工具靶标3。

[0155] 继续参阅图2，为了使截骨导向工具4具有多种截骨导向功能，在本发明实施例中，优选在截骨导块40上设置如下导向特征：

[0156] 股骨假体安装导向孔404；右腿滑车截骨槽405；左腿胫骨工装定位导向孔406；第一0°导向槽407；第一45°导向槽408；第二45°导向槽410；第二0°导向槽411；左腿滑车截骨
槽412；右腿胫骨工装定位导向孔413。

[0157] 实际应用时，只要通过机械臂2调整截骨导向工具4的位姿，可以仅使用该截骨导向工具便可实现对股骨远端、股骨前端、股骨后端、股骨前端斜切、股骨后端斜切、滑车槽、
股骨假体安装孔、胫骨平台、胫骨龙骨处理工装定位孔的截骨及钻孔操作提供导向，并且可
以兼容左右腿，使膝关节置换的截骨操作更为简单和方便，并较大减少手术时间，提高手术
效率。

[0158] 此外，应用本实施例的截骨导向工具4，如图3所示，由于截骨导块40上设置了0°导向槽(407及411)和45°导向槽(408及410)，在截取股骨前端、股骨前端斜切、股骨后端斜切
及股骨后端斜切时，仅需平移(即沿图3中箭头所指示的方向)截骨导向工具4即可完成这些
截骨操作，这样一来，不会使工具靶标3发生较大的位姿变化，从而可以减小机械臂2的传动
误差以及靶标位置跟踪误差，提高定位精度。

[0159] 另外，应用本实施例的截骨导向工具4，如图4所示，由于偏心曲柄403的设计，使得截骨导块40的旋转中心与安装接口401的旋转中心存在一定的偏距，且截骨导块40的旋转
中心靠近机械臂末端关节的旋转中心线(即偏距不大)。在此情况下，当截骨导向工具4需要
调整角度截取其他截骨面时，所述机械臂2仅需要进行小幅度的线性位移并旋转即可。更详
细地，当所述截骨导向工具4位于L1所指示的位置时，可通过手术工具(如摆锯)对股骨12的
远端进行截骨，而旋转截骨导向工具4至L2所指示的位置时，可通过手术工具对股骨12的前
后端以及斜切截骨。需说明的是，偏距根据假体种类以及截骨导向工具的运动范围等因素
确定，本发明对偏距的大小不作限定。

[0160] 为了增大本发明的截骨导向工具所适用假体的范围，如图5所示，0°导向槽或者45°导向槽的形状优选为喇叭形，或者，0°导向槽以及45°导向槽的形状均优选为喇叭形，以
此增大摆锯等手术工具在导向槽中的摆动范围，从而兼容更多型号假体的截骨操作。

[0161] 所述骨科手术系统还优选包括校验装置，所述校验装置用于识别截骨导向工具4以及工具靶标3中的一个或两个的变形状态。当检测到截骨导向工具4和/或工具靶标3发生
较大变形时，可以及时更换截骨导向工具4和/或工具靶标3，或者也可以通过校正装置对截
骨导向工具4和工具靶标3间的相对位置进行校正，并将校正后的截骨导向工具的位姿替换
原始记录的数据，从而以校正后的截骨导向工具的位姿控制机械臂的运动。

[0162] 如图6所示，所述校验装置包括至少一个校验靶标16，所述校验靶标16用于可拆卸地安装于截骨导块40上。例如所述截骨导块40上设置有至少一个校验孔409，所述校验靶标
16安装于校验孔409上。而且所述校验靶标16具有台阶，所述台阶的台阶面与截骨导块40的
表面平行。本实施例中，所述台阶面与截骨导块40的上表面平行(平行包括匹配)，而所述校
验孔409为通孔并优选垂直开设在截骨导块40的上表面上。

[0163] 进一步，为了简化计算过程，大部分或全部导向特征如导向槽和导向孔，均开设在截骨导块40的上表面上。更进一步，所述校验孔409的轴线位于截骨导块40的对称面上，且
所述校验孔409的端面、截骨导块的上表面以及所述台阶面共面设置，使计算过程更简化。

[0164] 具体实现校验的过程为：首先出厂之前，由跟踪仪6记录校验靶标16(已安装在截骨导块上)相对于工具靶标3的原始位置信息；然后每次手术前，亦通过跟踪仪6记录校验靶
标16相对于工具靶标3的当前位置信息；所述控制器再接收到的原始位置信息和当前位置
信息，判断两者是否匹配；若匹配，则所述控制器确定截骨导向工具4和工具靶标3均未发生
变形；若不匹配，则所述控制器确定截骨导向工具4和工具靶标3中的一个或两个发生了变
形。

[0165] 本实施例中，所述校验靶标16相对于工具靶标3的位置信息包括：所述校验靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态。如图6所示，所述校验靶标16的前端点即是校验
靶标16的尖端S。使用时，如果控制器判断校验靶标的前端点的当前位置信息与出厂记录的
原始信息不匹配，便可判断截骨导向工具4和工具靶标3中的一个或两个发生了变形。这是
因为，无论是工具靶标还是截骨导向工具4发生了变形，均会将该变形传递到校验孔409，如
果校验孔409产生了变形，则可通过校验靶标来识别该变形。

[0166] 所述骨科手术系统还优选包括校正装置，当所述校验装置识别到截骨导向工具4和工具靶标3中的至少一个发生变形时，所述校正装置用于校正截骨导向工具4与工具靶标
3之间的相对位置，而控制器再据此更新截骨导向工具4与工具靶标3之间的位姿映射关系。
如图7和图8所示，所述校正装置包括至少两个校正靶标，至少两个所述校正靶标用于可拆
卸地安装于截骨导块40上。进一步的，校正靶标可以选用校验靶标16。本实施例中，通过两
个校正靶标161及162对截骨导向工具4与工具靶标3之间的相对位置进行校正。

[0167] 更详细地，校正时，首先由跟踪仪6分别记录两个校正靶标161及162相对于工具靶标3的位置信息；然后，所述控制器根据两个校正靶标61及162相对于工具靶标3的位置信
息，计算得到截骨导向工具4相对于工具靶标3的当前位置信息，并据此更新截骨导向工具4
和工具靶标3之间的位姿映射关系即可。

[0168] 进一步来说，校正靶标161相对于工具靶标3的位置信息记为T1，并将校正靶标162相对于工具靶标3的位置信息记为及T2。其中，T1为校正靶标161的位置在工具靶标坐标系下
的表示；T2为校正靶标162的位置在工具靶标坐标系下的表示。

[0169] 本实施例中，校正过程中，所述截骨导向工具4相对于工具靶标3的位置信息通过以下方式获得：

[0170] 首先所述控制器根据两个校正靶标161及162在工具靶标坐标系下的位置T1及T2，计算得到：截骨导块40的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0；以及截骨导块40的表面(与
前述台阶面匹配的表面，如上表面)在工具靶标坐标系下的位置T3；

[0171] 进而所述控制器再根据所述截骨导向工具的中心点在工具靶标坐标系下的位置T0，以及截骨导向工具的所述表面在工具靶标坐标系下的位置T3，确定截骨导向工具4相对
于工具靶标3的位置和姿态。

[0172] 得到校正后的截骨导向工具4相对于工具靶标3的位置和姿态信息后，便可据此替换出厂时记录的原始位置信息，进而在手术过程中以校正后的位置信息跟踪截骨导向工具
的位置并控制机械臂的运动，从而实现截骨导向工具的精确定位。较佳地，所述控制装置还
包括存储装置，用于存储所述工具靶标3与所述截骨导向工具4之间的位姿映射关系。此外，
导航装置和控制装置可集成在一起而形成一个导航系统。

[0173] 如图7所示，所述截骨导块40上设置有至少两个校正孔，优选的，校验孔409可以构成一个校正孔。本实施例中，除了设置校验孔409外，还设置了其余两个校正孔，分别是第一
校正孔414a和第二校正孔414b。本发明对校正孔的位置不作特别的限定，可以开设在同一
个表面上，也可以开设在不同的表面上。通过在第一校正孔414a、第二校正孔414b以及校验
孔409中任意两个孔安装校验靶标16(即两个校正靶标)，并通过两个校验靶标16上的台阶
面与截骨导向工具的上表面匹配，则可获得两个校验靶标所在孔的位姿，即可计算得到导
向工具各导向槽及导向孔相对于工具靶标的方位，从而达到校正导向工具与工具靶标相对
位置的目的。优选的，每个所述校正孔的端面、截骨导块的上表面以及校正靶标的台阶面共
面设置，从而简化计算过程，提高校正效率。

[0174] 本实施例中，每个校正靶标在工具靶标坐标系下的位置包括：校正靶标的前端点在工具靶标坐标系下的位置和姿态；以及校正靶标的台阶面在工具靶标坐标系下的位置和
姿态。

[0175] 进一步为了兼顾左右腿的截骨操作，所述截骨导块40优选为轴对称结构。在一替代性实施例中，如图10所示，也可设置两个镜像配置的截骨导块，分别是截骨导块41和42，
截骨导块41可以实现左腿截骨导向，截骨导块42可以实现右腿截骨导向。每个截骨导块与
偏心曲柄403通过快换接口连接，拆装方便。本实施例中，截骨导块41通过快换接口415与偏
心曲柄403连接，截骨导块42通过快换接口421与偏心曲柄403连接，可选的，两个快换接口
415及421的位置相对应而不是镜像配置。

[0176] 如图11所示，在其他实施例中，还可仅设置一个截骨导块43，所述截骨导块43上设置有两个快换接口431及432，两个所述快换接口431及432设置在截骨导块43的两个相对侧
面上，所述偏心曲柄403选择性地与两个所述快换接口431及432中的一个可拆卸地连接。通
过偏心曲柄403与同一个截骨导块上的不同快换接口连接，可以分别用于左腿以及右腿的
膝关节截骨操作。但本发明对两个快换接口431及432的相对位置不作限定，可以在相对的
表面上，且轴线可以共线。进一步可选地，所述截骨导块43上也可设置一个快换接口，通过
将截骨导块43翻转180°后与偏心曲柄403连接，使截骨导块43同样可适用于左右腿的截骨
操作。总之，既可以通过一个截骨导块实现左右腿的截骨操作，也可以通过两个截骨导块实
现左右腿的截骨操作，本发明对此不作限定。当然优选同一个截骨导块来完成左右腿的截
骨操作。以左腿为例，如图13所示，应用本发明提供的截骨导向工具4时，可为胫骨平台的截
骨手术提供导向，同时如图14所示，本发明的截骨导向工具4还可为股骨截骨提供导向，因
此，术中无需更换截骨导向工具，手术更方便，效率更高。

[0177] 本实施例中，所述控制器能够提供由多个位置点组成的期望运动路径，所述控制器用于控制所述机械臂2运动，以驱动所述截骨导向工具4和工具靶标3运动，并使工具靶标
3沿所述期望运动路径到达期望位置，由此进一步提高定位的精度。进一步，所述控制器根
据工具靶标3的实际位置和期望位置，获得工具靶标的期望运动路径。其中，所述控制器根
据所述工具靶标与所述截骨导向工具之间的位姿映射关系，以及所述截骨导向工具的目标
位置，确定所述工具靶标的期望位置。

[0178] 更详细地，如图12所示，开始截骨操作时，首先所述控制器根据机械臂2的注册信息(包括工具靶标与截骨导向工具之间的位姿映射关系)，可以获得工具靶标3的实际位置
A，并根据人体骨头注册信息(如三维膝关节数字模型与CT/MR扫描图像的关联信息)以及适
用假体信息等可以获得工具靶标3的期望位置B，进而根据逆运动学原理可规划工具靶标3
的期望运动路径，所述控制器向各个机械臂关节的驱动器发出运动指令，通过机械臂关节
运动实现控制工具靶标3运动，运动过程中，通过跟踪仪6跟踪并反馈工具靶标3的实时位置
A’和A”给所述控制器，所述控制器可计算工具靶标3的实时位置与期望位置之间的偏差，从
而更新工具靶标3的运动路径，最终控制工具靶标3运动到期望位置B，从而实现截骨导向工
具4的精确定位。

[0179] 接下来结合具体实施例对截骨导块上的导向特征做进一步的说明。

[0180] 如图15所示，在第一种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块20，可用于股骨远端及胫骨平台的截骨导向。具体的，所述截骨导块20上的导向特征仅包括一个
0°导向槽201，该0°导向槽201开设在截骨导块20的上表面，并通过旋转截骨导向工具可实
现股骨远端及胫骨平台的截骨。应知晓，本文中，0°导向槽是指，导向槽的开设方向与截骨
导块的一侧面平行而呈现夹角为0°的情况，例如0°导向槽贯通截骨导块的上下表面时。类
似的，45°导向槽是指，导向槽的开设方向与截骨导块的侧面呈现夹角为45°的情况，例如
45°导向槽从上而下贯穿截骨导块的上下表面时。

[0181] 如图16所示，在第二种实施例中，提供一种导向工具，其包括截骨导块21，可用于股骨远端及胫骨平台的截骨导向。所述截骨导块21上的导向特征包括两个0°导向槽211，布
置在截骨导块21的不同面上，例如一个在上表面，另一个在与上表面邻接的侧面，但该两个
0°导向槽211围绕截骨导块21的旋转轴线布置，该布置可减少手术工具5截取不同截骨平面
时的转动角度，避免靶标运动范围过大产生较大识别偏差，也避免机械臂因为位姿变化过
大而产生较大传动误差。

[0182] 如图17所示，在第三种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块22，可用于股骨远端、胫骨平台及滑车槽的截骨导向。具体的，在第二种实施例的截骨导块21的基
础上，另增加了两个滑车截骨槽221，用于实现左右腿的滑槽截骨。

[0183] 如图18所示，在第四种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块23，可用于股骨远端及胫骨平台的截骨导向。在第一种实施例的截骨导块20的基础上，增加了若
干导向孔231(如两个)，若干所述导向孔231可用于股骨假体安装孔及胫骨工具安装孔的导
向。

[0184] 如图19所示，在第五种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块24，可用于股骨远端及胫骨平台的截骨导向，其除了包括类似于第二种实施例中的双导向槽之
外，还包括导向孔241，例如两个导向孔241，其可用于股骨假体安装孔及胫骨工具安装孔的
导向。

[0185] 如图20所示，在第六种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块25，其在第三种实施例的基础上增设了若干导向孔251(如两个)，使得截骨导块25可用于股骨远
端、胫骨平台及滑车槽的截骨导向，还可用于股骨假体安装孔及胫骨工具安装孔的导向。

[0186] 如图21所示，在第七种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块26，该截骨导块26除了必要的导向特征外，还包括定位孔261，由机械臂2将截骨导向工具放置在
预定位置后，通过截骨导块26上的定位孔261，可使用定位钉将截骨导向工具固定在骨头
上，然后一次性截取股骨前端、股骨前端斜切、股骨后端、股骨后端斜切及滑车槽。该方法可
以避免由于机械臂刚度不足引起的截骨导向工具手术过程中的移动，减小导向偏差。

[0187] 如图22所示，在第八种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块27，该截骨导块27为前述第五种实施例的双导向槽与双导向孔的截骨导向工具的变型结构，其中
方形槽272用于滑车槽的截骨导向，长导向槽273用于截取股骨及胫骨的其他截骨面，导向
孔271用于股骨假体安装孔及胫骨工具安装孔导向。

[0188] 如图23所示，在第九种实施例中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块28，该截骨导块28上的导向槽的一侧或两侧形成破口281。开破口的导向槽可以是0°导向槽或45°
导向槽。摆锯等手术工具5可以沿破口281进行大范围摆动，从而可以减小导块的长度。该形
式可以减小对手术创口的要求，减少对病人组织的伤害。应知晓的，所述“破口”是指，导向
槽的一端或两端延伸至截骨导块的表面而与该表面贯通，从而形成一侧或两侧开放的导向
槽。

[0189] 如图24所示，在第十种实施例中，提供一种截骨导块29，与前述不同的是，可将胫骨处理工具作为截骨导块29，实现胫骨处理工具的自动定位。如图25所示，在十一种实施例
中，提供一种截骨导向工具，其包括截骨导块30，与前述不同的是，将滑车槽截骨导向工具
作为截骨导块30，实现滑车槽截骨导向工具的自动定位。

[0190] 因此，本发明实施例提供的截骨导块上可以根据需要设置不同组合的导向特征，在优选的实施例中，在截骨导块上同时设置导向槽和导向孔，但在截骨导块上导向槽的数
量和位置不作限定，同理，导向孔的数量和位置也作限定。其中，在截骨导块上可以设置0°
导向槽、45°导向槽及滑车截骨槽中的一种或多种组合，而在截骨导块上可以设置股骨假体
安装导向孔、左腿胫骨工装定位导向孔、右腿胫骨工装定位导向孔以及截骨导向工具固定
孔中的一种或多种组合。

[0191] 图26a提供了一种无菌袋31，但为了清楚，仅显示了机械臂所用无菌袋31的局部部分。通过在机械臂的末端关节上套设无菌袋31，且所述无菌袋31的一端覆盖了机械臂的连
接端口(如法兰)，所述连接端口与所述截骨导向工具可拆卸地连接。如此，可以隔离手术
区，确保手术环境的无菌操作。优选的，所述无菌袋31的末端与机械臂法兰连接的部分采用
具有一定硬度的材料，例如可以选用PEEK等医用塑料，并设置相应的让位孔311，用于避开
截骨导向工具上锁紧用的紧固件312，如螺钉及定位销。该无菌袋31可以满足手术工具的安
装需求并最大限度减少机械臂有菌部分的暴露。

[0192] 进一步，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其可存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行如上所述控制器所执行方法的步骤。

[0193] 本发明较佳实施例如上所述，但并不局限于上述实施例所公开的范围，例如本发明对截骨导块上导向特征的数量和类型不作限定，如果将骨科手术系统应用于其他骨科手
术，则导向槽和导向孔的种类便区别于上述列举的，另外，本发明对校验孔的位置不作限
定，以及对校正孔的位置不作限定，此外，导向孔优选在截骨导块的同一表面上开设，以此
保证导向的准确性并减小截骨导块的厚度，而且上述靶标均优选为光学靶标，用于发射光
学信号。

[0194] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护
范围。