CN109758117B - 一种骨扩孔手术的阶段判断方法 - Google Patents
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Abstract
一种骨扩孔手术的阶段判断方法，涉及骨扩孔手术辅助技术领域，其包括以下步骤：（1）通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；（2）在所述步骤（1）内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取（3）对所述步骤（2）所取得的数据进行处理，求所述受力与时间的实时函数关系；（4）通过分析所述步骤（3）中的所述函数的特征，来判断当时骨扩孔手术所处的阶段。本发明能够完善骨扩孔手术过程的提示和指引作用，减轻施术医生的心理压力和操作负担，提高手术的效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及骨扩孔手术辅助技术领域，特别是涉及一种骨扩孔手术的阶段判断方法。
背景技术
在现有的技术中，手术辅助系统在进行手术的过程中，往往通过手术导航、CT拍摄等手段来衡量手术器械的位置，但是因病人个体的差异性，手术导航的精确程度会打折扣。而且CT拍摄则会有大量的辐射，对人体有害。此外，在现有手术辅助系统的辅助下，在骨扩孔手术进行时，仅能从视觉上进行大致判断手术所处的阶段，并且扩孔过程不能得到相应的提示，因为大多数机器人没有力学反馈装置，没有具体的力学检测的分析逻辑和判断方法。因此，手术过程的操作失误会严重影响手术的效率和效果。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的手术辅助系统不能准确判断骨扩孔手术所处阶段及扩孔工具所处位置的不足之处，而提供一种可准确判断骨扩孔手术所处阶段的骨扩孔手术的阶段判断方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种骨扩孔手术的阶段判断方法，其包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时骨扩孔手术所处的阶段。
优选地，把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：Fx′(t)=Fy′(t)=Fz′(t)=0，且之前没有判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第一阶段，所述第一阶段为空切阶段。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：Fx′(t)＝Fy′(t)＝Fz′(t)＝0，且之前已经判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第三阶段，所述第三阶段为稳定扩孔阶段。
优选地，用“-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2”替代所述“Fx′(t)＝Fy′(t)＝Fz′(t)＝0”。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fy′(t)＞n,Fz′(t)＞n,其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第二阶段。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fx(t)大于在第一阶段和第二阶段的最大挤压力Fx(t)1，2max的5倍，Fy′(t)＞n,Fz′(t)＞n,其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第三阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第四阶段。
优选地，所述步骤(2)中，m大于或等于1。
优选地，4≤m≤6。
优选地，所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理以去除误差和波动点。
本发明的有益效果：
当骨扩孔手术被判断处于第一阶段，即空切阶段时，医生可以大胆放心地进行手术操作；当骨扩孔手术被判断处于第二阶段时，施术医生便可以得知扩孔工具现在已经切到髓腔了，需要进行平缓稳定的操作，而不能快速推进扩孔工具；当骨扩孔手术被判断处于第三阶段，即稳定扩孔阶段时，施术医生可以得知扩孔工具已经接近预钻孔的底部了；当骨扩孔手术被判断处于第四阶段时，施术医生可以得知扩孔工具已经到达预钻孔的底部了，应该考虑是否要进行回撤扩孔工具了。
本发明还可在此基础上，配合手术机器人的制动模块进行操作:当施术医生在骨扩孔手术过程中的推进速度过快时，本发明判断出手术快速越过多个阶段，提示制动模块及时制动。
本发明能够完善骨扩孔手术过程的提示和指引作用，减轻施术医生的心理压力和操作负担，提高手术的效率和安全性。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种骨扩孔手术的阶段判断方法的实时函数的示例图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的一种骨扩孔手术的阶段判断方法，其包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时骨扩孔手术所处的阶段。
当骨扩孔手术被判断处于第一阶段，即空切阶段时，医生可以大胆放心地进行手术操作；当骨扩孔手术被判断处于第二阶段时，施术医生便可以得知扩孔工具现在已经切到髓腔了，需要进行平缓稳定的操作，而不能快速推进扩孔工具；当骨扩孔手术被判断处于第三阶段，即稳定扩孔阶段时，施术医生可以得知扩孔工具已经接近预钻孔的底部了；当骨扩孔手术被判断处于第四阶段时，施术医生可以得知扩孔工具已经到达预钻孔的底部了，应该考虑是否要进行回撤扩孔工具了。
本实施例还可在此基础上，配合手术机器人的制动模块进行操作:当施术医生在骨扩孔手术过程中的推进速度过快时，本发明判断出手术快速越过多个阶段，提示制动模块及时制动。
把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)。
同时检测扩孔工具所受的三个坐标方向的力，能够更为准确地对扩孔状态做出分析判断。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2，且之前没有判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第一阶段，所述第一阶段为空切阶段。
首先，当实时函数的导数约等于0，且之前没有判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则可以判断此时扩孔手术处于空切阶段。但考虑到手术中其他不确定因素的干扰，则可以认为：当之前没有判断过骨扩孔手术处于第一阶段，且-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2，和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2，即表示在力导数在此范围内波动时，则判断此时骨扩孔手术处于第一阶段。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2，且之前已经判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第三阶段，所述第三阶段为稳定扩孔阶段。
如上所述，考虑到手术中其他不确定因素的干扰，当所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2时，且之前已经判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则可以判断此时骨扩孔手术处于稳定扩孔阶段。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fy′(t)＞n,Fz′(t)＞n，其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第二阶段。
优选地，在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fx(t)大于在第一阶段和第二阶段的最大挤压力Fx(t)1，2max的5倍，Fy′(t)＞n,Fz′(t)＞n,其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第三阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第四阶段。
优选地，所述步骤(2)中，m＝5。这个取值有利于更为准确地分析判断骨扩孔手术所处的阶段。
优选地，所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理以去除误差和波动点。这些对数据的处理有利于更为准确地分析判断骨扩孔手术所处的阶段。
本实施例能够完善骨扩孔手术过程的提示和指引作用，减轻施术医生的心理压力和操作负担，提高手术的效率和安全性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种骨扩孔手术的阶段判断系统，包括传感器，以及扩孔工具，利用传感器和扩孔工具准确判断骨扩孔手术所处阶段及扩孔工具所处位置，其特征在于：骨扩孔手术的阶段判断包括以下步骤：
(1)通过传感器获取在骨扩孔手术过程中的扩孔工具的实时受力反馈；
(2)在所述步骤(1)内，在扩孔工具m个旋转周期内的受力反馈中，提取扩孔工具在每个旋转周期中受力的绝对值的最大值，m的取值根据所需要的测量精度选取；
(3)对所述步骤(2)所取得的数据进行处理，求所述受力与时间的实时函数关系；
(4)通过分析所述步骤(3)中的所述函数的特征，来判断当时骨扩孔手术所处的阶段；把扩孔工具在扩孔过程中所受的力分为空间直角坐标系的3个坐标方向上的力，其分别为：挤压力Fx、切削力Fy和Fz；所述步骤(1)中，传感器获取的实时受力反馈包括：挤压力Fx、切削力Fy和Fz，所述步骤(3)中的实时函数包括：Fx(t)、Fy(t)和Fz(t)；
若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：Fx′(t)＝Fy′(t)＝Fz′(t)＝0，且之前没有判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第一阶段，所述第一阶段为空切阶段；
在所述步骤(4)的分析判断中，若所述步骤(3)中的实时函数的导数满足：Fx′(t)＝Fy′(t)＝Fz′(t)＝0，且之前已经判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第三阶段，所述第三阶段为稳定扩孔阶段。
2.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：用“-n≤Fx′(t)≤n，n＜2，-n≤Fy′(t)≤n，n＜2和-n≤Fz′(t)≤n，n＜2”替代所述“Fx′(t)＝Fy′(t)＝Fz′(t)＝0”。
3.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fy′(t)＞n，且Fz′(t)＞n，其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第一阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第二阶段。
4.如权利要求2所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：在所述步骤(4)的分析判断中，若实时函数与其导数满足：Fx(t)大于在第一阶段和第二阶段的最大挤压力Fx(t)1，2max的5倍，Fy′(t)＞n，Fz′(t)＞n其中，n＜2，且之前刚判断过骨扩孔手术处于第三阶段，则判断此时骨扩孔手术处于第四阶段。
5.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：所述步骤(2)中，m大于或等于1。
6.如权利要求5所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：4≤m≤6。
7.如权利要求1所述的一种骨扩孔手术的阶段判断系统，其特征在于：所述步骤(3)中对所述步骤(2)所取得的数据的处理，包括去噪声和钝化处理。
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