CN111297435B - 医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质，涉及医疗设备技术领域，解决了使用目前的医疗钻孔设备的成功率稳定性较低的技术问题。该方法包括：在所述钻孔设备的运行过程中，检测所述钻孔设备的电钻的电流反馈信号；基于所述电流反馈信号确定所述电钻的实际扭矩，所述实际扭矩与所述电流反馈信号之间成正比关系；根据所述实际扭矩控制所述电钻的运行速度和运行方向。

Description

医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

随着医疗水平的不断提高，目前对医院的要求也越来越高，需要医疗高效且高成功率。

目前，在医疗钻孔手动进给式的钻孔器和电钻的使用操作过程中，需要依靠医生的经验，其操作成功性完全凭借医生利用电钻钻穿头骨时的突穿感和手感来判断是否已钻穿头骨，这种不确定性的经验造成了成功率的不确定性。因此，使用目前医疗钻孔方法的成功率稳定性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质，以解决使用目前的医疗钻孔方法的成功率稳定性较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种医用钻孔方法，应用于医用的钻孔设备，所述方法包括：

在所述钻孔设备的运行过程中，检测所述钻孔设备的电钻的电流反馈信号；

基于所述电流反馈信号确定所述电钻的实际扭矩，所述实际扭矩与所述电流反馈信号之间成正比关系；

根据所述实际扭矩控制所述电钻的运行速度和运行方向。

在一个可能的实现中，根据所述实际扭矩控制所述电钻的运行速度和运行方向的步骤，包括：

根据所述实际扭矩判断所述电钻是否钻穿目标头骨；

如果是，则控制所述电钻的运行速度降低、或停止运行、或停止运行后向反方向运行直至退出所述目标头骨。

在一个可能的实现中，所述运行速度包括钻头进给速度和钻头旋转速度。

在一个可能的实现中，还包括：

获取所述目标头骨的模型参数；

根据所述模型参数确定针对所述目标头骨的模拟钻孔数据；

基于所述模拟钻孔数据控制所述钻孔设备自动执行钻孔过程。

在一个可能的实现中，所述模型参数包括下述任意一项或多项：

密度参数、厚度参数、定位参数、结构参数。

所述模拟钻孔数据包括下述任意一项或多项：

钻孔位置、钻孔深度、钻孔步骤。

在一个可能的实现中，根据所述模型参数确定针对所述目标头骨的模拟钻孔数据的步骤之后，还包括：

基于所述模拟钻孔数据通过显示模块进行三维模型展示。

第二方面，提供了一种医用钻孔系统，应用于医用的钻孔设备，所述系统包括：

检测模块，用于在所述钻孔设备的运行过程中，检测所述钻孔设备的电钻的电流反馈信号；

确定模块，用于基于所述电流反馈信号确定所述电钻的实际扭矩，所述实际扭矩与所述电流反馈信号之间成正比关系；

控制模块，用于根据所述实际扭矩控制所述电钻的运行速度和运行方向。

在一个可能的实现中，还包括：

无框架脑立体导向仪中的机器人和/或被动机械臂，所述机器人和/或所述被动机械臂为所述钻孔设备的固定基架。

第三方面，本申请实施例又提供了一种医用钻孔设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的第一方面所述方法。

第四方面，本申请实施例又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述的第一方面所述方法。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请实施例提供的一种医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质，能够在钻孔设备的运行过程中检测钻孔设备的电钻的电流反馈信号，然后，基于该电流反馈信号确定电钻的实际扭矩，其中的实际扭矩与电流反馈信号之间成正比关，之后根据实际扭矩控制电钻的运行速度和运行方向。本方案中，利用电钻的扭矩与电流成正比的关系，通过检测到的电钻电流反馈信号确定出电钻反馈的实际扭矩，以根据该实际扭矩对电钻运行速度和运行方向进行智能控制，能够实现电钻的自停控制功能，以防止手术中误伤从而实现对头骨的保护，提高了医用钻孔设备的使用安全度，以提高成功率。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的医用钻孔方法的流程图示意图；

图2为本申请实施例提供的医用钻孔方法的另一流程图示意图；

图3为本申请实施例提供的一种医用钻孔系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种医用钻孔设备的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种医用钻孔设备的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，医疗钻孔手动进给式的钻孔器和电钻的操作使用过程中，不仅使用目前的医疗钻孔设备的成功率稳定性较低，而且，操作成功性完全凭借医生利用钻穿头骨时的突穿感和手感来判断是否已钻穿头骨，这种感觉会因为阻力判断不准确而影响医生操作稳定性，更是医生的经验时间上更是一个不确定的因素。

基于此，本申请实施例提供了一种医用钻孔方法、系统、设备以及计算机可读存储介质，可以解决使用目前的医疗钻孔设备的成功率稳定性较低的技术问题。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步地介绍。

图1为本申请实施例提供的一种医用钻孔方法的流程示意图。其中，应用于医用的钻孔设备。如图1所示，该方法包括：

步骤S110，在钻孔设备的运行过程中，检测钻孔设备的电钻的电流反馈信号。

需要说明的是，检测电流反馈信号的设备可以为多种形式的电量监测装置。例如，钻孔设备以传感器作为电流测量介质，实时监测电钻的电流反馈信号。

步骤S120，基于电流反馈信号确定电钻的实际扭矩。

其中，实际扭矩与电流反馈信号之间成正比关系。需要说明的是，钻孔设备可以根据电流反馈信号通过计算得出电钻的实际扭矩。例如，通过多种形式的处理器进行实际扭矩的计算处理过程。

步骤S130，根据实际扭矩控制电钻的运行速度和运行方向。

需要说明的是，实现电钻控制功能的装置可以为单片机等多种形式的控制器，如ARM(全称Advanced RISC Machine)处理器。

本申请实施例中，医用钻孔方法可以作为一种可实现自停的头骨钻孔可视化方法，利用电钻的扭矩与电流成正比的关系，通过测量到的电钻电流反馈信号确定出电钻的实际压力扭矩的反馈，以根据该扭矩对电钻运行速度和运行方向进行智能控制，实现电钻的自停控制功能，以防止手术中误伤从而实现对头骨的保护，提高了医用钻孔设备的使用安全度。

下面对上述步骤进行详细介绍。

在一些实施例中，上述步骤S130可以包括如下步骤：

步骤a)，根据实际扭矩判断电钻是否钻穿目标头骨。

步骤b)，如果是，则控制电钻的运行速度降低、或停止运行、或停止运行后向反方向运行直至退出目标头骨。

在实际应用中，可以利用电钻直流电机的扭力与电流成正比的关系，测量电钻电流反馈信号，将其作为判断钻穿目标头骨的依据，并结合一定控制算法，实现钻穿头骨后自停，即控制电钻的运行速度降低、或停止运行、或停止运行后向反方向运行直至退出目标头骨。

本申请实施例中，在已知自停头骨钻的实际功能需求情况下，利用传感测量技术，用ARM控制的优势对其功能进行算法控制自动进给、停止及退出。因此，实现了钻穿头骨后自动停止进给、钻头停止切削并退出的功能，进而实现高效、高精度及高成功率的头骨钻孔。

在一些实施例中，上述运行速度包括钻头进给速度和钻头旋转速度。

在实际应用中，上述的实现自停的头骨钻设备中可以采用高精度的进给机构。例如，在进给速度方面进行特殊的速度调整，使穿透后的速度调到合理低速，缓解速度惯量。从而保证解决钻孔过程中突然钻穿时的惯量，防止造成头部组织的伤害，提高手术成功率。

在一些实施例中，该方法还可以包括以下步骤：

步骤c)，获取目标头骨的模型参数。

步骤d)，根据模型参数确定针对目标头骨的模拟钻孔数据。

步骤e)，基于模拟钻孔数据控制钻孔设备自动执行钻孔过程。

通过科学软件模拟的数据与硬件精密程度，在钻进给过程中能够实现自动进给，解决了现有的手动推进式钻孔器与手持式电钻的不安全性与效率的问题。再者，通过利用机器人的记忆能力定位及自停装置的程序控制，实现了高效、高精度及高成功率的头骨钻孔自停设备。

本申请实施例中，不仅提高了手术的效率、位置精确性，减轻了医生高度集中精神打孔的压力，还可解决了医生不熟练无法钻孔的困扰，由自动进给代替手动进给，完全解放医生双手，而且其精度完全可控。

基于此，模型参数包括下述任意一项或多项：密度参数、厚度参数、定位参数、结构参数。模拟钻孔数据包括下述任意一项或多项：钻孔位置、钻孔深度、钻孔步骤。

在实际应用中，通过不断的原理测试与实际测试中能够得出不同的骨密度穿透的数据，记忆并输入系统内供调用。即根据人骨密度的不同输入通过改变系统控制参数反馈至进给装置及旋转装置，从而实现智能反应用科学数据代替原有的医生经验。

本申请实施例中，对安全性实现了三重保证，即除了压力扭矩反馈自动停止的安全保护，还对正常脑膜厚度的最小值在行程上做了限制，减少不必要的误伤。通过针对不同骨密度的病人采集不同的参数，解决了控制精度较低的问题，对不同骨密度的病人更具有针对性和安全性，改善了脑部手术的实施过程。

在一些实施例中，在步骤d)之后，该方法还可以包括以下步骤：

步骤f)，基于模拟钻孔数据通过显示模块进行三维模型展示。

示例性的，可以配合CT图像、MRI图像等，结合CT、MRI等平台数据运用软件系统搭建模型库，针对原理中体量及机器人正常的使用要求结合软件应用对其重新定向设计，实现钻头打孔位置与打孔深度3D模型显示，从而搭建可视化的软件系统。通过结合应用软件可视化的模拟操作，可直观的观察到打孔钻透状态，实现可视化功能应用的自停骨钻设备，从而便于工作人员的手术过程。

本申请实施例中，钻孔设备可以作为自停的头骨钻孔可视系统，该系统可以由软件控制系统、硬件机构系统的部分组成，如图2所示，电钻的电机可以实现其电流的反馈，便于软件控制系统通过硬件机构系统控制该电机的进给速度和旋转速度。通过创建可实际实验的平台机构与软件系统，使本系统可以通过此平台及软件进行原理验证及系统应用。

图3提供了一种医用钻孔系统的结构示意图。该系统应用于医用的钻孔设备。如图3所示，医用钻孔系统300包括：

检测模块301，用于在钻孔设备的运行过程中，检测钻孔设备的电钻的电流反馈信号；

第一确定模块302，用于基于电流反馈信号确定电钻的实际扭矩，实际扭矩与电流反馈信号之间成正比关系；

第一控制模块303，用于根据实际扭矩控制电钻的运行速度和运行方向。

在一些实施例中，还包括：

无框架脑立体导向仪中的机器人和/或被动机械臂，所述机器人和/或所述被动机械臂为所述钻孔设备的固定基架。

示例性的，钻孔设备可以配合无框架脑立体导向仪，以无框架脑立体导向仪中机器人为基架，保证准备打孔前高精准的定位工作。通过分析手术实际使用中钻孔装置的功能需求，采用无框架脑立体导向仪中机器人作为固定基础。

通过无框架立体导向仪为自停钻孔设备创建应用平台，能够建立硬件与软件连接的基础关系。再者，通过钻孔设备与无框架式立体导向仪固定搭配使用，能够完全解放了医生双手，使钻孔的操作更加简便。

在一些实施例中，第一控制模块303具体用于：

根据实际扭矩判断电钻是否钻穿目标头骨；

如果是，则控制电钻的运行速度降低、或停止运行、或停止运行后向反方向运行直至退出目标头骨。

在一些实施例中，运行速度包括钻头进给速度和钻头旋转速度。

在一些实施例中，该系统还包括：

获取子模块，用于获取目标头骨的模型参数；

第二确定子模块，用于根据模型参数确定针对目标头骨的模拟钻孔数据；

第二控制子模块，用于基于模拟钻孔数据控制钻孔设备自动执行钻孔过程。

在一些实施例中，模型参数包括下述任意一项或多项：

密度参数、厚度参数、定位参数、结构参数；

模拟钻孔数据包括下述任意一项或多项：

钻孔位置、钻孔深度、钻孔步骤。

在一些实施例中，该系统还包括：

展示模块，用于基于模拟钻孔数据通过显示模块进行三维模型展示。

在实际应用中，如图4所示，上述钻孔设备可以包括上壳、下壳、电机、钻头、直线导轨以及传感器等，进而组成能够实现头骨打孔功能的医用钻孔设备。

本申请实施例提供的医用钻孔系统，与上述实施例提供的医用钻孔方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

如图5所示，本申请实施例提供的一种医用钻孔设备500，包括：处理器501、存储器502和总线，所述存储器502存储有所述处理器501可执行的机器可读指令，当医用钻孔设备运行时，所述处理器501与所述存储器502之间通过总线通信，所述处理器501执行所述机器可读指令，以执行如上述医用钻孔方法的步骤。

具体地，上述存储器502和处理器501能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器501运行存储器502存储的计算机程序时，能够执行上述医用钻孔方法。

其中处理器501可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器501中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器501可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器502，处理器501读取存储器502中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述医用钻孔方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述医用钻孔方法的步骤。

本申请实施例所提供的医用钻孔系统可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述医用钻孔方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种医用钻孔系统，其特征在于，应用于医用的钻孔设备，所述系统包括：

检测模块，用于在所述钻孔设备的运行过程中，检测所述钻孔设备的电钻的电流反馈信号；

确定模块，用于基于所述电流反馈信号确定所述电钻的实际扭矩，所述实际扭矩与所述电流反馈信号之间成正比关系；

控制模块，用于根据所述实际扭矩控制所述电钻的运行速度和运行方向；

还包括：

无框架脑立体导向仪中的机器人和/或被动机械臂，所述机器人和/或所述被动机械臂为所述钻孔设备的固定基架；

控制模块用于：

根据所述实际扭矩判断所述电钻是否钻穿目标头骨；

如果是，则控制所述电钻的运行速度降低、或停止运行、或停止运行后向反方向运行直至退出所述目标头骨；

医用钻孔系统还包括：

获取子模块，用于获取目标头骨的模型参数；

第二确定子模块，用于根据模型参数确定针对目标头骨的模拟钻孔数据；

第二控制子模块，用于基于模拟钻孔数据控制钻孔设备自动执行钻孔过程；

所述模型参数包括下述任意一项或多项：

密度参数、厚度参数、定位参数、结构参数；

所述模拟钻孔数据包括下述任意一项或多项：

钻孔位置、钻孔深度、钻孔步骤。

2.一种医用钻孔设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1所述的医用钻孔系统。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行所述权利要求1所述的医用钻孔系统。

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