【技術實現步驟摘要】
本申請實施例屬于計算機輔助醫療及截骨手術，特別是涉及一種截骨控制系統、計算機輔助醫療設備及計算機程序產品。
技術介紹
1、截骨手術是常見的骨科手術術式之一。隨著計算機輔助醫療的廣泛應用，借助計算機設備來輔助進行截骨，可以減輕手術醫生的操作難度，提高手術效率。
2、計算機輔助下的截骨手術通常通過在機械臂設備的末端安裝工具，利用末端工具來實現截骨操作。相關技術中，實現上述計算機輔助的截骨操作需要采集截骨區域的邊界點集信息。例如，獲取患者ct圖像并規劃出相應的截骨邊界點。在此基礎上，計算機設備需要將上述截骨邊界點轉換至機械臂設備對應的坐標系下，然后利用機械臂設備執行相關截骨操作。由于上述過程涉及多次坐標變換，數據無法在各個設備間實時同步，嚴重影響了截骨操作的精確性。
技術實現思路
1、有鑒于此，本申請實施例提供了一種截骨控制系統、計算機輔助醫療設備及計算機程序產品，可以直接利用手術區域與機械臂末端工具在光學定位系統提供的世界坐標系下的相對位置信息進行數據處理，無需對采集的數據進行坐標變換，便于相關設備的統一計算與實時控制，有助于提高骨科手術的安全性和精準度，減少醫生的操作負擔。
2、本申請實施例的第一方面提供了一種截骨控制系統，所述截骨控制系統包括數據處理單元，以及分別與所述數據處理單元通信連接的光學定位系統和機械臂設備；其中：
3、所述光學定位系統，用于采集患者手術區域以及安裝于所述機械臂設備末端的機械臂末端工具的三維圖像信息，并將所述三維圖像信息傳
4、所述數據處理單元，用于根據所述三維圖像信息，計算得到所述機械臂末端工具與所述手術區域中截骨安全邊界之間的相對位置信息，并在根據所述相對位置信息確定所述機械臂末端工具逾越所述截骨安全邊界時生成控制指令；所述相對位置信息表示的是所述手術區域與所述機械臂末端工具在所述光學定位系統提供的世界坐標系下的相對位置；
5、所述機械臂設備，用于接收所述數據處理單元傳輸的所述控制指令，并根據所述控制指令在所述機械臂末端工具上施加作用力，阻止所述機械臂末端工具逾越所述截骨安全邊界。
6、可選地，所述光學定位系統將所述三維圖像信息傳輸至所述數據處理單元的頻率小于所述數據處理單元將生成的所述控制指令傳輸至所述機械臂設備的頻率。
7、可選地，所述截骨安全邊界由邊界點集構成；所述數據處理單元，具體用于：
8、確定所述機械臂末端工具對應的工具末端點與所述截骨安全邊界之間的位置關系，所述位置關系包括所述工具末端點位于所述截骨安全邊界的截骨側，或者，所述工具末端點位于所述截骨安全邊界的非截骨側；
9、若所述工具末端點位于所述截骨安全邊界的截骨側，則基于所述邊界點集中的各個位置點將所述截骨安全邊界構成的截骨區域劃分為多個角度區域，并確定所述工具末端點在多個所述角度區域中所處的目標區域；
10、通過將所述工具末端點與所述目標區域的各個頂點連接得到多個三角形，并根據得到的多個三角形的面積大小，確定所述相對位置信息。
11、可選地，所述確定所述機械臂末端工具對應的工具末端點與所述截骨安全邊界之間的位置關系，包括：
12、按順時針方向對所述邊界點集中的各個位置點進行排序，確定第一個位置點與最后一個位置點連線的中點；
13、基于所述中點計算得到與所述邊界點集中的各個位置點所在平面共面且垂直于由所述第一個位置點與所述最后一個位置點連線所對應向量的垂向量；
14、計算工具末端點向量與所述垂向量之間的向量夾角；所述工具末端點向量與所述垂向量的起點均為所述中點，所述工具末端點向量由所述中點指向所述工具末端點；
15、若所述向量夾角為鈍角，則確定所述工具末端點位于所述截骨安全邊界的截骨側；
16、若所述向量夾角為銳角，則確定所述工具末端點位于所述截骨安全邊界的非截骨側。
17、可選地，所述基于所述邊界點集中的各個位置點將所述截骨安全邊界構成的截骨區域劃分為多個角度區域，并確定所述工具末端點在多個所述角度區域中所處的目標區域，包括：
18、將所述邊界點集中的各個位置點與其中第一個位置點和最后一個位置點連線的中點連接，得到多個位置點向量和多個角度區域；任一位置點向量由所述中點指向所述邊界點集中對應的一個位置點；
19、依次計算每個所述位置點向量與第一位置點向量之間的夾角，并根據所述夾角的大小確定所述工具末端點在多個所述角度區域中所處的目標區域；所述第一位置點向量為所述中點指向所述第一個位置點形成的向量。
20、可選地，所述根據得到的多個三角形的面積大小，確定所述相對位置信息，包括：
21、分別計算所述目標區域對應的三角形區域的區域面積以及兩個目標三角形的三角形面積，任一所述目標三角形由所述工具末端點、所述中點與所述目標區域的一個頂點組成；
22、若所述區域面積大于或等于兩個所述三角形面積之和，則確定所述工具末端點位于所述截骨區域內側；
23、若所述區域面積小于兩個所述三角形面積之和，則確定所述工具末端點位于所述截骨區域外側。
24、可選地，所述數據處理單元，還用于：
25、計算垂直于所述目標區域中截骨邊界線段的法向量，所述截骨邊界線段由連接所述邊界點集中位于所述目標區域中的兩個位置點得到；
26、基于所述法向量生成所述控制指令，并將所述控制指令傳輸至所述機械臂設備。
27、可選地，所述機械臂設備根據所述控制指令在所述機械臂末端工具上施加的作用力大小為15-25牛。
28、本申請實施例的第二方面提供了一種計算機輔助醫療設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，當所述處理器執行所述計算機程序時，使得所述計算機輔助醫療設備實現如下的方法：
29、通過光學定位系統采集患者手術區域以及安裝于所述機械臂設備末端的機械臂末端工具的三維圖像信息；
30、根據所述三維圖像信息，計算得到所述機械臂末端工具與所述手術區域中截骨安全邊界之間的相對位置信息；
31、在根據所述相對位置信息確定所述機械臂末端工具逾越所述截骨安全邊界時生成控制指令；所述相對位置信息表示的是所述手術區域與所述機械臂末端工具在所述光學定位系統提供的世界坐標系下的相對位置；
32、將所述控制指令傳輸至所述機械臂設備；所述機械臂設備用于根據所述控制指令在所述機械臂末端工具上施加作用力，阻止所述機械臂末端工具逾越所述截骨安全邊界。
33、本申請實施例的第三方面提供了一種計算機程序產品，包括計算機程序，當所述計算機程序運行時，使得如下的方法被執行：
34、通過光學定位系統采集患者手術區域以及安裝于所述機械臂設備末端的機械臂末端工具的三維圖像信息；
35、根據所述三維圖像信息，計算得到所述機械臂末端工具與所述本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種截骨控制系統，其特征在于，所述截骨控制系統包括數據處理單元，以及分別與所述數據處理單元通信連接的光學定位系統和機械臂設備；其中：
2.根據權利要求1所述的截骨控制系統，其特征在于，所述光學定位系統將所述三維圖像信息傳輸至所述數據處理單元的頻率小于所述數據處理單元將生成的所述控制指令傳輸至所述機械臂設備的頻率。
3.根據權利要求1或2所述的截骨控制系統，其特征在于，所述截骨安全邊界由邊界點集構成；所述數據處理單元，具體用于：
4.根據權利要求3所述的截骨控制系統，其特征在于，所述確定所述機械臂末端工具對應的工具末端點與所述截骨安全邊界之間的位置關系，包括：
5.根據權利要求3所述的截骨控制系統，其特征在于，所述基于所述邊界點集中的各個位置點將所述截骨安全邊界構成的截骨區域劃分為多個角度區域，并確定所述工具末端點在多個所述角度區域中所處的目標區域，包括：
6.根據權利要求5所述的截骨控制系統，其特征在于，所述根據得到的多個三角形的面積大小，確定所述相對位置信息，包括：
7.根據權利要求6所述的截骨控制系統
8.根據權利要求1-2或4-7任一項所述的截骨控制系統，其特征在于，所述機械臂設備根據所述控制指令在所述機械臂末端工具上施加的作用力大小為15-25牛。
9.一種計算機輔助醫療設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，當所述處理器執行所述計算機程序時，使得所述計算機輔助醫療設備實現如下的方法：
10.一種計算機程序產品，包括計算機程序，其特征在于，當所述計算機程序運行時，使得如下的方法被執行：
...【技術特征摘要】
1.一種截骨控制系統，其特征在于，所述截骨控制系統包括數據處理單元，以及分別與所述數據處理單元通信連接的光學定位系統和機械臂設備；其中：
2.根據權利要求1所述的截骨控制系統，其特征在于，所述光學定位系統將所述三維圖像信息傳輸至所述數據處理單元的頻率小于所述數據處理單元將生成的所述控制指令傳輸至所述機械臂設備的頻率。
3.根據權利要求1或2所述的截骨控制系統，其特征在于，所述截骨安全邊界由邊界點集構成；所述數據處理單元，具體用于：
4.根據權利要求3所述的截骨控制系統，其特征在于，所述確定所述機械臂末端工具對應的工具末端點與所述截骨安全邊界之間的位置關系，包括：
5.根據權利要求3所述的截骨控制系統，其特征在于，所述基于所述邊界點集中的各個位置點將所述截骨安全邊界構成的截骨區域劃分為多個角度區域，并確定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟李艾俐，劉婷婷，譚志強，王夢龍，
申請(專利權)人：骨圣元化機器人深圳有限公司，
類型：發明
國別省市：
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