一种截骨诊断系统、截骨诊断方法、设备及介质转让专利
申请号 : CN202210096899.6
文献号 : CN114098969B
文献日 : 2022-05-06
发明人 : 李漠 , 燕霞 , 白剑锋 , 宋健 , 徐淮锟 , 郭振东
申请人 : 北京威高智慧科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种截骨诊断系统,所述截骨诊断系统包括用于连接机器人机械臂且用于切割被切割骨的切割摆锯,其特征在于,所述截骨诊断系统还包括激光投射器、图像采集装置以及控制装置;其中,
所述激光投射器,用于发射激光面到被切割骨上,所述激光面与所述被切割骨的目标切割面共面;
所述图像采集装置,与所述控制装置通信连接,用于获取所述激光投射器发射的激光面在所述被切割骨表面的投影图像,并将所述投影图像发送至所述控制装置;
所述控制装置,基于所述投影图像确定所述激光面在所述被切割骨表面的投影,并基于所述投影确定所述被切割骨表面的截骨结果;所述图像采集装置包括第一采集模块和第二采集模块;其中,
所述第一采集模块,用于获取所述被切割骨横截面投影图像,将所述被切割骨横截面投影图像发送至所述控制装置;
所述第二采集模块,用于获取所述被切割骨侧面投影图像,将所述被切割骨侧面投影图像发送至所述控制装置;
所述控制装置,还用于基于所述被切割骨横截面投影图像,确定所述激光面在所述被切割骨横截面上的第一投影;基于所述被切割骨侧面投影图像,确定所述激光面在所述被切割骨侧面上的第二投影;基于所述第一投影的面积占比和所述第二投影沿所述切割摆锯摆动方向的长度占比确定所述被切割骨侧面的截骨结果。
2.根据权利要求1所述的截骨诊断系统,其特征在于,所述激光投射器位于连接于所述机械臂的可移动设备上、或所述机器人的另一个机械臂上。
3.根据权利要求1所述的截骨诊断系统,其特征在于,所述截骨诊断系统还包括:位置调节装置,所述位置调节装置与所述激光投射器连接,用于调节所述激光投射器的发射位姿,使得所述激光投射器发射的激光面与所述被切割骨的目标切割面共面。
4.根据权利要求1所述的截骨诊断系统,其特征在于,所述图像采集装置位于连接于所述机械臂的可移动设备上、或所述机器人的另一个机械臂上。
说明书 :
一种截骨诊断系统、截骨诊断方法、设备及介质
技术领域
背景技术
者的被切割骨,切割摆锯安装在机器人机械臂的末端,用于控制切割摆锯上的刀片对被切
割骨上术前规划的目标骨平面进行切割。而传统机器人辅助手术中,由于各种外部因素,如
切骨过程中刀片与被切割骨的相对位置关系发生变化、切割摆锯的刀片发生形变等,会造
成最终切割出来的结果并不符合术前规划。
割出来的结果是否合适。然而,该方式存在以下弊端:在截骨之后,需要将截骨所需设备全
部撤离出截骨区域后,再将假体安装上,观察假体是否匹配,如果不匹配还需要将截骨所需
设备重新布置至截骨区域,造成整个关节置换术的过程繁杂,重复步骤过多;并且,这种将
假体放置后再观察是否匹配的方式,多为目测或者测量工具得到,如果为目测,则参数无法
量化,全凭经验重复截骨步骤,若为测量工具,则所得参数需重新布置至截骨步骤所需设
备,步骤繁杂。
发明内容
诊断的技术问题。
集装置以及控制装置;其中,
述被切割骨侧面上的第二投影;基于所述第一投影的面积占比和所述第二投影沿所述切割
摆锯摆动方向的长度占比确定所述被切割骨侧面的截骨结果。
被切割骨表面的截骨结果,包括:
面的第二投影,基于判断结果和所述第一投影的面积占比确定所述被切割骨表面的截骨结
果。
切割骨的目标切割面共面,图像采集装置用于获取激光投射器发射的激光面在被切割骨表
面的投影图像,并将投影图像发送至控制装置;控制装置用于基于投影图像确定激光面在
被切割骨表面的投影,并基于该投影确定被切割骨表面的截骨结果,该系统通过激光面在
被切割骨表面的投影实现了截骨结果的自动、实时诊断,可以实现在截骨手术过程中自动
诊断,无需撤离截骨设备并安装假体来判断截骨结果是否符合预期,解决了现有技术中需
要频繁的操作后诊断的技术问题。
附图说明
附图,而不是全部的附图,对于本领域普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可
以根据这些附图得到其他的附图。
具体实施方式
于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
械臂带动切割摆锯11移动,以便于安装在切割摆锯11上的刀片对规划的被切割骨进行切
割。
机械臂,多轴机械臂为自动化领域常用的结构,在此不再赘叙。
端,切割摆锯11通过螺栓等紧固件、法兰、或卡接等连接方式安装在安装架上。于其他实施
例中,还可以在切割摆锯11上集成安装部如安装法兰等,将切割摆锯11直接通过其上集成
的安装部直接安装在机械臂末端。
至被切割骨上,并使激光面与被切割骨的目标切割面共面;图像采集装置16与控制装置15
通信连接,用于获取激光投射器13发射的激光面在被切割骨表面的投影图像,图像采集装
置16还用于将投影图像发送至控制装置15,控制装置15用于接收图像采集装置16发送的投
影图像,并基于投影图像确定激光面在被切割骨的表面的投影,并基于该投影确定被切割
骨表面的截骨结果。
装置16以及控制装置15进行具体介绍。
装激光投射器13时使激光面与被切割骨的目标切割面共面。利用切割摆锯11的往复摆动及
沿被切割骨的切割深度方向的前进实现切割,理想状况下,切割摆锯11的摆动方向和切割
深度方向形成的平面为目标切割面,该目标切割面与刀片共面。
面与被切割骨的目标切割面共面。切割摆锯11开始工作前,通过安装保证激光投射器13发
射的激光面与被切割骨的目标切割面共面。若将激光投射器13安装在切割摆锯11、或将切
割摆锯11安装在机械臂末端的安装架上、或机械臂末端上,切割摆锯11开始工作后,激光投
射器13与切割摆锯11同步动作,激光投射器13发射的激光面与被切割骨的目标切割面保持
共面。
面共面即可。其中,目标切割面可以是术前预先规划的切割面,如图1B所示,展示了一种目
标切割面与激光面的共面示意图。
摆锯11安装在安装架12上,安装架12上设有安装法兰18,用于将安装架12通过安装法兰18
安装于机械臂末端;安装架12上安装有两个激光投射器13,两个激光投射器13位于刀片17
的两侧,两个激光投射器13发出的激光面和刀片17共面。
面共面。由于实际应用中激光投射器13发射的激光束具有一个较小的厚度,若此时已经完
成对被切割骨的切割,则激光面可以在被切割骨表面留下激光投影面和/或激光投影线。其
中,被切割骨表面包括被切割骨侧面,以及被切割骨横截面。
用于基于投影图像确定激光面在被切割骨表面的投影。控制装置15在检测到完成被切割骨
的切割时,可以根据激光面在被切割骨表面的投影,确定被切割表面的截骨结果。
置。上述与机械臂相连的可移动设备可以是切割摆锯11,还可以是将切割摆锯11安装于机
械臂的安装架12,还可以是与机械臂相连的其他可移动设备。示例性地,图像采集装置16安
装在将切割摆锯11安装于机械臂的安装架12上。
臂的动作造成干涉的位置,在此对控制装置15的安装方式不做具体限定,控制装置15的安
装位置可以根据实际需求进行选择。上述控制装置15还可以是集中式或分布式的控制器,
比如,控制器可以是一个单独的单片机,也可以是分布的多块单片机构成,单片机中可以运
行控制程序,进而控制各部件实现其功能,此时为了美观效果,控制装置15可以通过法兰、
或卡接等方式安装在安装架12内部、或机械臂内部、或切割摆锯11内部等。
馈至控制装置15;控制装置15通过对投影图像进行分析,获取其中激光面的投影。具体的,
控制装置15可以通过分析参考图像中各像素点的灰度值,确定激光面的投影。
的采集方向需对准被切割骨的侧面或被切割骨的横截面。通过该可选的实施方式,可以实
现激光面在被切割骨表面的投影的自动确定,进而实现了截骨结果的自动诊断。
光面在被切割骨侧面上的投影为一条投影激光线,此时激光面在被切割骨横截面上无投
影,则控制装置15可以确定被切割骨表面的截骨结果为符合预期规划。具体的,若针对被切
割骨的切割操作面与目标切割面完全重合,则切割后在被切割骨上所形成的被切割骨横截
面中,不存在投影,且在被切割骨侧面上的投影为一条投影激光线。
会存在激光投影线段。
被切割骨的目标切割面共面;图像采集装置16与控制装置15通信连接,用于获取激光投射
器13发射的激光面在被切割骨表面的投影图像,并将投影图像发送至控制装置15;控制装
置15基于投影图像确定激光面在被切割骨表面的投影,并基于投影确定被切割骨表面的截
骨结果,该系统通过激光面在被切割骨表面的投影实现了截骨结果的自动、实时诊断,可以
实现在截骨手术过程中自动诊断,无需撤离截骨设备并安装假体来判断截骨结果是否符合
预期,解决了现有技术中需要频繁的操作后诊断的技术问题。
射位姿,使激光面与被切割骨的目标切割面共面。
被切割骨的目标切割面共面。
用于在切割过程中对切割位置进行引导。当然,位置调节装置24也可以在对被切割骨进行
切割之后,将激光投射器23调节至满足发射出的激光面与目标切割面共面的位置,并启动
激光投射器23。
动设备上,若切割摆锯21工作过程中,与机械臂相连且除切割摆锯21之外的可移动设备能
够使激光投射器23与切割摆锯21同步动作,则此时与机械臂相连且除切割摆锯21之外的可
移动设备即为位置调节装置24;若切割摆锯21工作过程中,与机械臂相连且除切割摆锯21
之外的可移动设备不能保证激光投射器23始终与切割摆锯21动作同步,则位置调节装置24
为单独的调节器。
调节装置24;若切割摆锯21工作过程中,该机械臂不能保证激光投射器23始终与切割摆锯
21动作同步,则位置调节装置24位单独的调节器。
前位置的结构,以便于图像采集装置26获取激光投射器23发射的激光面在被切割骨表面的
投影图像。上述位置调节装置24可以是现有技术中的XYZ三轴移动装置、定型蛇管等等,位
置调节装置24和激光投射器23连接,通过位置调节装置24调节激光投射器23的发射位姿。
安装在将切割摆锯21安装于机械臂的安装架22上,激光投射器23安装在位置调节装置24
上;切割摆锯21的末端安装有刀片27,位置调节装置24设有两个,两个位置调节装置24关于
刀片27对称布设,每个位置调节装置24上安装一个激光投射器23,通过两个位置调节装置
24分别调节两个激光投射器23的位姿,使两个激光投射器23发出的激光面和刀片27共面。
安装架22上设有安装法兰28,用于将安装架22安装于机械臂;图像采集装置26安装在安装
架22上。
投射器23发射的激光面与另一目标切割面共面,进而实现对每一个目标切割面的切割过程
的诊断。
侧面投影图像,图像采集装置36包括第一采集模块361和第二采集模块362。
面投影图像发送至控制装置35;控制装置35还用于基于被切割骨横截面投影图像,确定激
光面在被切割骨表面上的第一投影;基于被切割骨侧面投影图像,判断激光面在被切割骨
侧面上是否存在第二投影,基于判断结果和第一投影的面积比确定被切割骨表面的截骨结
果。
如左侧或后侧,示例性的,第二采集模块362可以设置在切割摆锯31摆动方向的一侧,且第
二采集模块362的采集方向为被切割骨的切割方向。第一采集模块361和第二采集模块362
中包括摄像头。
取第二采集模块362发送的被切割骨侧面投影图像,通过被切割骨侧面投影图像,判断被切
割骨侧面上是否存在激光面的第二投影,例如激光面的投影线段;基于判断结果和第一投
影的面积占比确定被切割骨表面的截骨结果。
此不作限定。
第一采集模块361获取被切割骨横截面投影图像,通过第二采集模块362获取被切割骨侧面
投影图像,使得控制装置35可以根据被切割骨横截面投影图像确定激光面在被切割骨表面
上的第一投影;根据被切割骨侧面投影图像确定被切割骨侧面上是否存在激光面的第二投
影,基于判断结果和第一投影的面积占比确定被切割骨表面的截骨结果,实现了截骨结果
的自动确定,进而实现了截骨结果的自动诊断,该系统可以在截骨手术过程中实现对截骨
结果的诊断,无需多次撤离截骨设备并安装假体以判断截骨结果是否符合预期,解决了现
有技术中需要频繁的操作后诊断的技术问题,提高了截骨手术的手术效率。
施例提供的截骨诊断系统中的控制装置执行,该控制装置可以由硬件和/或软件来实现。其
中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。参见图4,本实施例提供的截骨
诊断方法包括以下步骤:
面的激光面。其中,激光投射器可以被预先固定至其发射的激光面与目标切割面共面位置
处。
过激光投射器发射的与目标切割面共面的激光面,指导目标切割面的切割,与此同时,还可
以通过该激光面在切割摆锯的刀片上的投影判断切割摆锯的刀片是否发生形变。在对被切
割骨进行切割之前,可以将激光投射器设置在发射出的激光面可以与目标切割面共面的位
置处,并将切割摆锯设置在其刀片与目标切割面共面的位置处,进而使得激光投射器发射
出的激光面可以与目标切割面、刀片共面。
摆锯返回至初始位置时,可以确定切割完成;又或者,控制装置可以在检测到用户触发截骨
诊断控件时,确定切割完成。
影图像确定激光面在被切割骨表面的投影,基于投影确定被切割骨表面的截骨结果。
像传输至控制装置,进一步的,控制装置可以根据投影图像获取激光面在被切割骨表面的
投影。
果,包括:基于被切割骨横截面投影图像,确定激光面在被切割骨表面上的第一投影,基于
被切割骨侧面投影图像,判断被切割骨侧面上是否存在第二投影,基于判断结果和第一投
影的面积占比确定被切割骨表面的截骨结果。
结果,实现了截骨结果的自动、实时诊断,可以在截骨手术过程中实现截骨结果的诊断,无
需多次撤离截骨设备并安装假体以判断截骨结果是否符合预期,解决了现有技术中需要频
繁的操作后诊断的技术问题。
基于第一投影以及第二投影,确定被切割骨表面与目标切割面之间的偏差信息;基于偏差
信息控制调整切割摆锯的实际操作位置。其中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在
此不再赘述。参见图5,本实施例提供的截骨诊断方法包括以下步骤:
假体与被切割骨横截面之间可能存在缝隙。如,被切割骨横截面与目标切割面存在10°的夹
角,或者,被切割骨横截面在目标切割面的正下方2mm处。
骨横截面与目标切割面之间的偏差信息为被切割骨表面向下偏移1mm。若第一投影的面积
占比为零,且第二投影为被切割骨横截面上方1mm处与被切割骨横截面夹角为10°的投影线
段,此时,被切割骨横截面与目标切割面之间的偏差信息可以为被切割骨横截面向下偏移
1mm、两面夹角10°。
摆锯的控制单元,其中,切割摆锯的控制单元可以是安装有切割摆锯的机械臂的控制单元;
切割摆锯的控制单元在接收到该调整控制指令后,通过控制机械臂,调整切割摆锯的实际
操作位置。
整控制指令,以控制调整切割摆锯的实际操作位置。示例性的,控制装置可以控制调整切割
摆锯的实际操作位置至目标操作位置。
信息控制调整切割摆锯的实际操作位置,实现了截骨结果不符合预期规划时切割摆锯的自
动调整,进而实现了被切割骨表面的自动修补,解决了现有技术需要人为布置、调整截骨设
备的技术问题。
包括:控制切割摆锯移动至切割摆锯上的刀片与目标切割面共面的位置;启动切割摆锯上
的至少两个激光投射器,以使各激光投射器发射与目标切割面以及刀片共面的激光面。其
中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。参见图6,本实施例提供的截骨
诊断方法包括以下步骤:
面共面的位置。
个激光投射器在发射出与目标切割面、刀片共面的激光面时,由于激光面被刀片遮挡使得
激光面无法在被切割骨表面形成投影,因此,通过发射出至少两个与目标切割面、刀片共面
的激光面,可以扩大激光面的照射范围,保证刀片以及被切割骨表面均可形成激光面的投
影。
面与目标切割面共面的位置处,能够快速实现刀片、激光面以及目标切割面的共面。
及刀片共面的激光面,实现了刀片、激光面以及目标切割面的快速共面,无需再单独调整激
光投射器的位置,提高了关节置换术的截骨结果诊断效率;并且,避免了单个激光面被刀片
遮挡的情形,保证了激光面在被切割骨表面与刀片均可形成投影。
于激光面在刀片的刀片侧面上的投影,确定刀片是否发生形变。
在刀片侧面上的投影为全覆盖投影线段,若刀片发生形变,则激光面在刀片侧面上的投影
可以是不连续的线段。可选的,控制装置可以通过图像采集装置采集激光面在刀片的刀片
侧面上的投影。
被激光面的投影线段全覆盖,若否,则确定刀片发生形变。
一步的,控制装置判断刀片侧面图像中,刀片侧面是否被激光面的投影线段全覆盖,若是,
则确定刀片未发生形变,若否,则确定刀片发生形变。
整截骨装置,保证了截骨结果的准确性。
应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。设备710典型的是承担确定截骨结果
的诊断功能的电子设备。
72和处理单元71)的总线73。
例来说,这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry Standard
Architecture,ISA)总线,微通道体系结构(Micro Channel Architecture,MCA)总线,增强
型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association,VESA)局域
总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect,PCI)总线。
括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机存储介质723。仅作为举例,存储介质
723可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(通常称为“硬盘驱动器”),可以提供用于对
可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器,以及对可移动非易失性光盘(例如
只读光盘(Compact Disc‑Read Only Memory,CD‑ROM)、数字视盘(Digital Video Disc‑
Read Only Memory,DVD‑ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下,每个驱
动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线73相连。存储器72可以包括至少一个程序
产品724,该程序产品724具有一组程序模块7241,这些程序模块7241被配置以执行本发明
各实施例的功能。程序产品724,可以存储在例如存储器72中,这样的程序模块7241包括但
不限于一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种
组合中可能包括网络环境的实现。程序模块7241通常执行本发明所描述的实施例中的功能
和/或方法。
该电子设备710能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡,调制解调器
等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口75进行。并且,电子设备710还可以通过
网络适配器74与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network,LAN),广域网Wide
Area Network,WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图所示,网络适配器74通过总线
73与电子设备710的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备710使用
其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱
动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID)装置、磁带驱动器以
及数据备份存储装置等。
截骨结果。
截骨结果。
存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或
器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具
有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器
(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD‑
ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中,计算机可读存储
介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件
使用或者与其结合使用。
于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可
读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于
由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
+,还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码
可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执
行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执
行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网
(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网
服务提供商来通过因特网连接)。
调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较
为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以
包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。