CN111700681A - 安全截骨提示信息的生成方法、装置和终端设备 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于医疗技术领域，提供了一种安全截骨提示信息的生成方法、装置和终端设备，所述方法包括：获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。上述方法，通过设置截骨面的安全边界，并采用不同颜色对模型中的各个区域进行标记，可以在截骨手术中通过不同颜色对应的指示信息为医生提供操作提示，降低截骨手术操作的复杂度，保证截骨的安全性。
Description
技术领域
本申请属于医疗技术领域，特别是涉及一种安全截骨提示信息的生成方法、装置和终端设备。
背景技术
传统的骨科手术是采用各假体对应的四合一截骨板截骨，通过截骨时摆锯震动手感来反馈当前截骨状态。同时，截骨安全保护机制通过助手拉钩的形式避免当前截骨面周围韧带被误触，保留部分截骨量来确保锯片不触碰胫骨后侧的动脉血管等重要部分。传统手术过程中的机械定位方式操作繁琐，定位精度不高，对于韧带及动脉血管的安全保护措施也较差。
近年来，随着医学影像和人工智能技术的快速发展，医疗机器人已成为提高截骨精确性的重要解决方案。现有的机器人辅助外科手术的常规方案是通过导航定位到规划手术位置，然后由医生或手术机器人辅助医生完成手术操作。虽然借助医疗机器人降低了截骨的操作复杂度，但在手术过程的模型跟踪状态和安全防护方面仍有不足。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种安全截骨提示信息的生成方法、装置和终端设备，以实现在截骨手术中为医生提供操作提示信息，降低手术操作的复杂度，提高手术成功率。
本申请实施例的第一方面提供了一种安全截骨提示信息的生成方法，包括：
获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
本申请实施例的第二方面提供了一种安全截骨提示信息的生成装置，包括：
获取模块，用于获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
划分模块，用于根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
确定模块，用于在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
生成模块，用于根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
本申请实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并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第一方面所述的安全截骨提示信息的生成方法。
本申请实施例的第四方面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计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的安全截骨提示信息的生成方法。
本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述第一方面所述的安全截骨提示信息的生成方法。
与现有技术相比，本申请实施例包括以下优点：
本申请实施例，通过获取截骨手术信息以及与截骨手术信息相对应的待截骨模型，从而可以根据截骨手术信息，确定当前截骨面的安全边界，并将上述待截骨模型划分为至少两个模型区域，不同的模型区域可以采用不同的颜色进行标记，从而可以在截骨手术过程中，通过确定锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。本实施例通过设置安全边界和采用不同颜色对不同区域进行标记，能够根据手术过程中跟踪的数据，安全有效地实时更新当前截骨状态并将其反馈给医生，动态指引摆锯锯片的最佳截骨位置，安全、精确地辅助医生完成截骨操作，提高了医生的手术效率和精准度。其次，本实施例中的安全边界可以根据手术进程中的实时需求，动态调整，确保每一次的截骨操作均在安全边界内完成，进一步保证了截骨的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请一个实施例的一种安全截骨提示信息的生成方法的步骤流程示意图；
图2是本申请一个实施例的另一种安全截骨提示信息的生成方法的步骤流程示意图；
图3是本申请一个实施例的一种安全边界的示意图；
图4是本申请一个实施例的一种安全截骨提示信息的生成过程示意图；
图5是本申请一个实施例的一种模型分层初始化算法流程图；
图6是本申请一个实施例的一种安全边界初始化算法流程图；
图7是本申请一个实施例的一种安全边界更新算法流程图；
图8是本申请一个实施例的一种截骨过程中模型分层更新算法流程图；
图9是本申请一个实施例的一种安全边界实时检测算法流程图；
图10是本申请一个实施例的一种安全截骨提示算法流程图；
图11是本申请一个实施例的一种安全截骨提示信息的生成装置的示意图；
图12是本申请一个实施例的一种终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
下面通过具体实施例来说明本申请的技术方案。
参照图1，示出了本申请一个实施例的一种截骨提示信息的生成方法的步骤流程示意图，具体可以包括如下步骤：
S101、获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
需要说明的是，本方法可以应用于终端设备中，该终端设备可以是用于为截骨手术提供辅助支持的医疗器械等设备，本实施例对终端设备的具体类型不作限定。
在本申请实施例中，截骨手术信息可以是指医生为需截骨的患者设计的手术规划方案或类似信息。通过该方案，可以指导医生的相应操作。
通常，为了提高截骨手术的成功率，降低医生手术过程中的操作难度，在正式手术之前，可以通过生成与患者待截骨处相同或类似的3D模型，来辅助医生进行截骨。
因此，与上述截骨手术信息相对应的待截骨模型可以是通过对患者待截骨处进行扫描，并构建出的3D模型。通过将截骨所用的摆锯锯片映射在该模型中，可以方便医生在截骨手术过程中通过观察锯片与待截骨处之间的相对位置关系，实时了解截骨过程是否操作得当。
S102、根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
在本申请实施例中，为了方便截骨医生通过待截骨模型直观地了解截骨的具体操作精确度，可以根据具体的手术信息，将上述模型划分为不同的区域。
例如，根据手术信息，可以将待截骨模型划分为截骨区域和保留区域等，从而便于医生根据锯片的尖端所在的区域确定该部分是否需要截骨。
S103、在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
在本申请实施例中，在正式截骨手术时，通过跟踪截骨所用的锯片，可以将其映射至待截骨模型中，以确定当前截骨的具体位置。
例如，通过跟踪锯片，可以确定锯片的尖端当前是处于截骨区域还是保留区域。
S104、根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
由于待截骨模型根据手术规划方案已经被划分为不同的区域，通过确定锯片的尖端所在的模型区域，可以确定当前的截骨操作是否合适。
例如，若锯片的尖端在模型中的位置为保留区域，则表示该区域为需要保留的骨部分，此时可以生成相应的警告信息，以提示医生当前位置禁止截骨。若锯片的尖端在模型中的位置为截骨区域，则表示该区域为需要截去的骨部分，此时可以提示医生在该区域进行截骨。
在本申请实施例中，通过获取截骨手术信息以及与截骨手术信息相对应的待截骨模型，从而可以根据截骨手术信息，将上述待截骨模型划分为至少两个模型区域，从而在截骨手术过程中，可以通过确定锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。本实施例能够根据手术过程中跟踪的数据，安全有效地实时更新当前截骨状态并将其反馈给医生，动态指引摆锯锯片的最佳截骨位置，安全、精确地辅助医生完成截骨操作，提高了医生的手术效率和精准度。
参照图2，示出了本申请一个实施例的另一种安全截骨提示信息的生成方法的步骤流程示意图，具体可以包括如下步骤：
S201、获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
需要说明的是，本方法可以应用于为截骨手术提供辅助支持的医疗设备中。即本实施例的执行主体为医疗设备，通过该医疗设备跟踪截骨手术中包括摆锯锯片的实时位姿等数据，可以在相应的待截骨模型中呈现出截骨状态示意图，用以对医生的截骨操作进行提示，提高医生的截骨效率和准确率，保证截骨安全。
在本申请实施例中，截骨手术信息可以是针对需截骨患者的手术规划方案或信息；待截骨模型可以是根据上述截骨手术信息生成的与患者待截骨处相同或类似的3D模型。
本实施例通过将手术过程中截骨所用的摆锯锯片映射在该模型中，可以方便医生通过观察锯片与待截骨处之间的相对位置关系，实时了解当前的截骨状态。
S202、根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为截骨区域、冗余区域和保留区域；
在本申请实施例中，根据具体的手术信息，可以将上述待截骨模型划分为多个不同的区域。例如，截骨区域、保留区域或冗余区域等等。
在具体实现中，可以首先根据截骨手术信息，确定待截骨模型中的至少一个截骨面；然后针对当前截骨面，通过分别计算上述待截骨模型中各个数据点与当前截骨面之间的距离，可以将该模型划分为截骨区域和保留区域。
例如，可以将与当前截骨面之间的距离大于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为截骨区域；而将与当前截骨面之间的距离小于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为保留区域。上述截骨区域即是需要截去的骨部分，而保留区域则是需要保留的骨部分。对于保留区域，应当禁止在该区域内进行截骨。
在本申请实施例中，在截骨区域和保留区域之间，还可以设置一冗余区域。为了提高截骨的精确度，医生可以通过在该冗余区域的中间部分进行截骨，从而使得既能完全截除需要截去的骨部分，又不会过多地截除需要保留的骨部分。
S203、将所述截骨区域标记为第一颜色，将所述冗余区域和所述保留区域标记为第二颜色；
在本申请实施例中，为了便于指导医生的截骨操作，可以基于相应的手术方案，将待截骨模型的不同区域采用不同的颜色进行标记。其中，截骨区域可以对应第一颜色，冗余区域可以对应第二颜色，保留区域可以对应第三颜色。
在本申请实施例中，针对当前截骨面，还可以设置一冗余区域，上述冗余区域可以是根据截骨手术信息而设置的保留区域中的一部分。通过设置具有一定层厚的截骨冗余量，可以指示医生在进行截骨时，尽可能地从冗余区域的中间部位进行截骨，从而保证既能完整地截去需要被截除的骨部分，又不会误碰或误截必须要保留的骨部分。
在具体实现中，初始状态时，冗余区域可以被标记为与保留区域相同的颜色，当截骨锯片触碰到保留区域时，可以实时地将保留区域显示出来，并采用与截骨区域或冗余区域不同的颜色，对其进行标记。例如，在初始化时，整个待截骨模型中的截骨区域可以显示为第一颜色，而冗余区域和保留区域此时可以显示为第二颜色。
作为本实施例的一种示例，可以设置三种颜色，如绿色、白色和红色，初始状态时，将待截骨模型中需要截除的骨部分标记为第一颜色，即绿色；将需要保留的骨部分以及保留区域中的冗余区域标记为第二颜色，即白色。通过对不同区域分层分颜色进行显示，有助于直观地通过颜色对医生的截骨状态进行显示。
然后，在截骨时，若医生截骨使用的摆锯锯片的尖端所在的模型区域为标记为第一颜色的截骨区域时，锯片颜色可以更新为绿色，提示医生当前摆锯位置的截骨量较少，需调整摆据位置至冗余区域，以确保精确截骨。若医生截骨使用的摆锯锯片的尖端所在的模型区域为标记为第二颜色的冗余区域时，锯片颜色更新为标准色，提示医生当前摆锯位置最佳，可以在此位置进行截骨。若医生截骨使用的摆锯锯片突破冗余区域，触碰到保留区域时，设备可以发送禁止截骨警告，同时，待截骨模型中的保留区域和锯片颜色也可以同步更新为第三颜色(红色)，用于提示医生当前摆锯位置为禁止截骨区域，以确保截骨安全。
S204、确定当前截骨面在所述待截骨模型中的轮廓点集；根据所述轮廓点集和预设第二距离阈值，确定所述当前截骨面的安全边界；
在本申请实施例中，为了进一步提高截骨的安全性，还可以针对每个截骨面设置相应的安全边界。该安全边界可以是围绕截骨面的轮廓点集，并与其有一定的距离的一个边界。
在具体实现中，可以针对截骨手术规划方案中的截骨面，拟合该截骨面所在待截骨模型中的轮廓点集，然后根据截骨面的轮廓点集和预设的距离阈值生成对应截骨面的安全边界。
如图3所示，是本申请的一种安全边界的示意图。在图3中，各个数据点301构成当前截骨面在3D模型中的轮廓点集，连接上述点集的线条302为模型中对应截骨面的轮廓，与该轮廓302具有一定距离的线条303即是当前截骨面的安全边界。在截骨手术过程中，摆锯锯片应当在安全边界内进行截骨操作，以保证不会碰胫骨后侧的动脉血管等重要部分。
在本申请实施例中，在截骨手术过程中，还可以根据实际需要，更新当前截骨面的安全边界。更新安全边界可以通过两种方式来实现。
例如，可以在截骨手术过程中，调整第二距离阈值，以同步更新当前截骨面的安全边界。由于安全边界是距离轮廓点集一定位置的那些数据点来构成的，通过调整上述距离阈值，对应的安全边界也将随之更新。
或者，也可以直接调整构成当前截骨面的安全边界的各个数据点的位置，然后根据调整后的各个数据点的位置，更新安全边界。本实施例对如何调整安全边界不作限定。
S205、在截骨手术过程中，跟踪锯片的实时位姿，根据所述锯片的实时位姿，确定所述锯片的尖端所在的模型区域；
在基于计算机辅助医生进行导航截骨时，可以实时跟踪摆锯锯片和待截骨模型的动态位姿，根据摆锯锯片和当前截骨面的相对位置关系，确定该锯片的尖端所在的模型区域。
S206、检测所述锯片的尖端是否触碰到所述当前截骨面的安全边界；
在本申请实施例中，根据锯片的尖端所在的模型区域，可以判断当前锯片是否可以安全截骨。
在具体实现中，可以首先判断锯片的尖端是否触碰到当前截骨面的安全边界，如果锯片的尖端触碰到当前截骨面的安全边界，则提示禁止截骨，并可向医生发送禁止截骨警告。此时医生需调整摆锯位置，确保摆锯在安全边界内部。
若锯片的尖端未触碰到当前截骨面的安全边界，则可以根据锯片的尖端所在的模型区域，生成截骨提示信息，以指示医生安全截骨。
S207、当所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第一颜色的截骨区域时，生成第一提示信息并将所述锯片的颜色更新为第一颜色，以指示将所述锯片向冗余区域移动；
在本申请实施例中，可以基于截骨手术规划方案，在截骨过程中生成动态提示视图，采用对应于分层显示的三种颜色来设计对应色条，用色条拟合当前截骨面对应在模型中的位置。然后通过指针的上下位置提示当前摆锯对应当前截骨面的骨模型分层位置，并可采用上、下、左、右的箭头图标和赞手势图标等动态提示当前摆锯位置是否需要微调。
在本申请实施例中，在对模型的不同区域进行颜色标记的基础上，还可以根据锯片的尖端所处的模型区域，对锯片颜色进行更新。例如，当锯片的尖端处于第一颜色对应的截骨区域时，可以同步将锯片颜色更新为第一颜色，通过模型区域的颜色和锯片的颜色，同时来对医生的操作进行提示。
在具体实现中，若摆锯锯片未触碰到截骨面的安全边界，则表示摆锯锯片在待截骨面的截骨操作区域内。此时，如果锯片尖端在当前截骨面对应的第一颜色分层位置时，安全截骨提示视图可以通过显示上、下、左、右的箭头图标来提示摆锯需向第二颜色分层区域微调，即向上、向下、向左或向右移动摆锯位置，使其处于第二颜色对应的区域或分层位置。
S208、当所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第二颜色的冗余区域时，生成第二提示信息并将所述锯片的颜色更新为标准色，以指示当前位置为最佳截骨位置；
若摆锯锯片在截骨操作区域，当锯片尖端在当前截骨面对应的第二颜色分层位置时，安全截骨提示视图可以显示赞手势图标，提示医生当前摆锯位置为最佳截骨位置，无需调整摆锯位置可放心截骨。同时，锯片颜色也可以被更新为标准色。标准色可以根据实际需求确定，本实施例对此不作具体限定。
S209、当所述锯片的尖端触碰到所述保留区域时，生成第三提示信息并将所述保留区域和所述锯片的颜色更新为第三颜色，以指示当前位置为保留区域，禁止截骨。
若摆锯锯片在允许截骨的操作区域内，保留区域显示为与冗余区域相同的颜色。当锯片尖端触碰到保留区域时，保留区域可以实时地被变更为第三颜色，安全截骨提示视图可以显示对应箭头图标来提示摆锯向第二颜色分层区域的方向移动，使其处于第二颜色分层位置，确保安全截骨。
需要说明的是，在截骨过程中，模型的截骨分层显示效果可以根据截骨状态实时更新，摆锯锯片实时截去的骨部分对应在视图的3D模型中该部分将会消失，而未截去部分分层效果则实时更新。即，当摆锯锯片的尖端所在的模型区域为显示第一颜色的截骨区域时，表示截骨量不够，需继续截骨；当摆锯锯片的尖端所在的模型区域为显示第二颜色的冗余区域时，表示精准截骨；当摆锯锯片的尖端突破设置于冗余区域和保留区域之间的边界线，触碰到保留区域时，保留区域可以由初始化状态下的第二颜色更新为第三颜色，表示当前为过截状态，系统将会提示禁止截骨。
在本申请实施例中，根据截骨手术计划方案将待截骨的模型分层分颜色显示，可以在计算机辅助医生截骨过程中，通过更新模型的当前层颜色来实时显示当前截骨状态；其次，本实施例可以根据当前截骨面的轮廓自定义设计截骨安全边界，以便在截骨过程中保护患者术区韧带和动脉血管等组织不被摆锯锯片误触，确保截骨安全；第三，本实施例可以根据截骨过程中的摆锯锯片和待截骨面的实时相对位置关系，参考待截骨模型颜色分层参数，设计截骨过程中用以提示医生微调摆锯位置的安全截骨动态提示视图，有助于提高医生的截骨效率和准确率。
需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
为了便于理解，下面结合一个具体的示例，对本申请实施例提供的安全截骨提示信息的生成方法作一介绍。
如图4所示，是本申请实施例的一种安全截骨提示信息的生成过程示意图。按照图4所示的过程，在输入模型参数和手术规划方案后，可以首先设计模型的分层显示参数和截骨更新分层显示参数，并通过获取当前截骨面的轮廓点集，确定出截骨的安全边界。对于安全边界，可以通过获取截骨过程中摆锯锯片尖端与待截骨模型的实时相对位置，判断锯片是否触碰到该边界。如果触碰到安全边界，则提示禁止截骨；否则可以根据锯片处于待截骨模型中的对应位置所标记的颜色，来对医生的截骨操作进行提示。在本实施例中，待截骨模型中的各个区域或分层可以采用三种颜色进行标记。初始状态时，第一颜色用于标记需要截去的骨部分，第二颜色用于标记冗余区域和保留区域。在手术过程中，可以根据锯片的实时位姿确定出锯片的尖端所在的模型区域。若当前区域为截骨区域，可以将锯片更新为第一颜色，表示在该位置允许截骨，在对应的安全截骨提示视图中，可以显示一个向第二颜色的冗余区域进行移动的箭头，以提示医生将摆锯向冗余区域进行移动，以尽可能完整地截除掉需要截去的骨部分。若摆锯锯片尖端触碰到保留区域时，保留区域对应的模型截骨分层首先由显示第二颜色变更为第三颜色，提示医生锯片已经突破禁止截骨区域，此时应当禁止医生执行截骨操作，在对应的安全截骨提示视图中，同样可以显示一个向第二颜色的冗余区域进行移动的箭头，以提示医生将摆锯向冗余区域进行移动，以避免过多地将需保留的骨部分截除掉。若摆锯锯片尖端对应的模型截骨分层显示第二颜色，则表示当前位置为最佳截骨区，医生可以在该位置进行截骨。需要说明的是，在摆锯锯片处于被标记为第一颜色或第三颜色的区域时，如果医生根据安全截骨提示视图中的指示将摆锯锯片向第二颜色区域进行调整，在调整后，可以重新获取锯片与待截骨模型的实时相对位置，然后再按照上述流程进行截骨。
在本申请实施例中，截骨提示信息的生成过程可以通过如下数个步骤来实现，即基于术前手术规划方案设计截骨模型的分层效果；基于手术规划方案设计针对各截骨面轮廓的截骨安全边界；截骨过程中，根据摆锯锯片和待截骨模型的对应位姿，实时更新截骨状态并提示医生微调摆锯位置实现安全截骨，等等。下面具体介绍。
1、基于手术规划方案设计截骨模型分层效果
如图5所示，是本申请一个实施例的一种模型分层初始化算法流程图。按照图5所示的算法流程，针对某一截骨面，通过计算模型数据点云距离当前截骨面的距离d，根据d的大小可以将模型分为至少两种颜色层：根据初始化颜色显示颜色阈值c1，当d大于c1时，表示当前点云数据对应的面片显示为颜色1，即color1，用于提示医生该部分是需要截去的骨部分；当d小于c1时，对于点云数据对应的面片显示为颜色2，即color2，用于提示医生该部分是需要保留的骨部分。
在具体实现中，对于待截骨模型中的点云数据M[n]，针对任一截骨平面P，可以首先初始化模型面片颜色为F[p]，设置颜色阈值为c1，然后遍历每个面片及点云，并计算出各个点云M[j]与截骨平面P之间的距离d，通过判断距离d与阈值c1之间的大小关系，可以将各个面片F[i]分别显示为color1或color2。
当然，在color1和color2之间，还可以包括冗余区域，初始状态时，冗余区域和保留区域可以显示为同一颜色，本实施例对此不作限定。
2、基于截骨面轮廓设计截骨安全边界
如图6所示，是本申请一个实施例的一种安全边界初始化算法流程图。按照图6所示的算法流程，可以通过获取模型对应截骨面的轮廓点云，并设置当前边界距离截骨面轮廓的最小阈值t来初始化安全边界点集Sp，同时根据t迭代更新最优安全边界点集。在遍历完所有截骨面后，可以获得待截骨模型当前截骨规划方案的所有安全边界。
在具体实现中，首先可以输入截骨模型，确定待截骨平面P，该截骨平面的法向量可以设置为Py，摆锯切入方向为Pz，然后获取平面P对应的轮廓点云M[m]，设置Sp距离截骨面轮廓的最小阈值t，通过初始化安全边界点集Sp[n]，设置迭代误差e和阈值e0，在e小于e0的情况下，遍历安全边界点集中各个数据点i的基础上，获取更新后的边界点temp。如果新的边界点temp到轮廓点云M[m]的最近距离d2大于上述阈值t，则可以将新的边界点加入安全边界点集Sp[n]中，否则重新确定新的边界点temp。另一方面，若e大于等于e0，则可以根据轮廓点云M[m]距离安全边界点集Sp[n]最近的距离集D[n]，重新确定e值大小。例如，可以设置e等于距离集D[n]中的最大值maxD与阈值t的差值。
需要说明的是，在截骨过程中，可以根据需求实时调整安全边界的形状。具体地，可以有两种调整方法：一种是通过调整安全边界与截骨面轮廓的最小距离阈值t，由计算机自动根据该阈值更新安全边界；二是手动调整当前安全边界点集中所有点的位置，安全边界随之更新。
3、安全边界的动态更新
如图7所示，是本申请一个实施例的一种安全边界更新算法流程图。按照图7所示的算法流程，通过初始化安全边界点集B[n]、边界距离阈值d，以及边界调整量delta后，判断边界点的调整类型，若是自动放大调整，则对边界阈值d做增大处理，增加值可以是delta，若是自动缩小调整，则可以对边界阈值d减小delta，然后根据调整后的边界阈值，重新生成安全边界。对于手动调整，可以重新选定构成安全边界的各个数据点，再结合边界阈值，生成新的安全边界。
4、截骨过程中的模型分层显示更新
如图8所示，是本申请一个实施例的一种截骨过程中模型分层更新算法流程图。按照图8所示的算法流程，可以基于截骨过程中各示踪器的实时位姿，精确计算摆锯锯片尖端、模型待截骨区点云实时位姿。并在获取锯片尖端对应到待截骨区域与待截骨面的距离d后，通过判断距离d与截骨颜色分层更新参数c1、c2等的关系，来更新当前截骨区域模型数据的颜色。例如，当距离大于c1时，模型数据对应的面片颜色为第一颜色color1，并将锯片颜色同步更新为第一颜色，允许截骨操作；当距离小于c2时，对应面片颜色为第三颜色color3，并将锯片颜色同步更新为第三颜色，发送禁止截骨警告；其余情况对应面片颜色为第二颜色color2，锯片颜色也将更新为标准色。可以根据手术需求自定义设置第二颜色的层厚，摆锯锯片对应在第二颜色层截骨区时表示当前位置为最佳截骨位置。
在具体实现中，在输入待截骨模型的点云数据M[n]，设置当前截骨面P对应的面片颜色F[p]并初始化颜色阈值c1和c2后，通过获取锯片实时位姿S，可以计算任一点云M[j]距锯片尖端的最小距离d1来确定锯片尖端是否突破当前截骨面的安全边界。若锯片尖端未触碰到当前截骨面的安全边界，则可以更新模型数据，计算任一点云M[i]在S的投影距离当前截骨面P的距离d2，通过将d2与上述阈值c1和c2进行比较，从而可以将模型各个区域或分层显示为color1、color2或color3。
5、截骨过程中的安全边界实时保护
如图9所示，是本申请一个实施例的一种安全边界实时检测算法流程图。按照图9所示的算法流程，在截骨过程中，通过获取摆锯尖端和待截骨模型的安全边界的实时位姿，可以根据摆锯参数自定义设计摆锯尖端的拟合顶点锯齿点集T[p]，以判断T中元素是否均在安全边界的包络范围内。当摆锯尖端点集T均在安全边界点集包络范围内时，表示当前锯片未触碰安全边界，允许截骨。如若T中存在点在安全边界外部，则表示摆锯触碰到安全边界，须向发送警告提示当前禁止截骨。
在具体实现中，通过输入安全边界点集B[n]以及当前截骨面P，在获取锯片尖端实时位姿S后，可以拟合出锯片尖端点集T[p]，然后遍历T[p]中每个数据点T[i]，判断其是否在安全边界所围的轮廓内，以确定锯片是否触碰到安全边界。针对动态变化的每一个安全边界，均可以按照上述流程判断锯片与安全边界之间的距离，从而保证截骨安全。
6、截骨过程中的安全截骨提示
如图10所示，是本申请一个实施例的一种安全截骨提示算法流程图。按照图10所示的算法流程，截骨过程的安全截骨提示视图可以包括三部分，从左到右分别为：上下/左右箭头提示、摆锯位姿指针提示、对应截骨区位置提示。其中，截骨区位置可以用三色条显示，根据截骨分层颜色更新的参数而划分，且三种颜色的显示顺序根据截骨视角和摆锯相对截骨面的调整方向而设置：如待截骨量在摆锯锯片的上面，则三色条显示顺序从上到下为第一颜色、第二颜色、第三颜色(顺序1)；若待截骨量在摆锯下面时，三色条顺序从上到下则为第三颜色、第二颜色、第一颜色(顺序2)。同时，根据当前摆据的位置设置箭头顺序：顺序1为向上、向下箭头；顺序2为向左、向右箭头。
在截骨过程中，可以实时获取摆锯尖端和待截骨平面的对应位姿，计算摆锯尖端距离待截骨平面的在其法向量方向上的最小距离d，通过该d值来更新中间指针在三色条上的位置，模拟摆锯与模型当前截骨面的对应位置。以右侧三色条第一颜色-第二颜色-第三颜色的顺序，箭头形状为上下箭头为例，当d大于c1时，中间指针处于第一颜色色条区，左侧显示向下箭头图标，提示此时截骨量少，需将摆锯往下移动，增加截骨量；当d在c1和c2之间时，左侧显示赞手势图标，提示当前摆锯位置最佳，保持当前位姿继续向前截骨；当d小于c2时，左侧显示向上箭头图标，提示当前截骨量多，需将摆锯向上移动，减少截骨量，此时会向系统发送截骨量过大的截骨警告，以保证安全截骨。针对某一截骨面，仅用上下箭头提示医生无法准确调整摆据位置，因此可以根据当前摆据的位置设置左右箭头调整，如向左箭头代替向上箭头，向右箭头代替向下箭头。
在具体实现中，通过初始化截骨面P以及箭头指示位置Ap，设置相应的指示范围r，以及色条颜色参数b1、b2、c1和c2，并初始化色条顺序O1(颜色1-颜色2-颜色3)、O2(颜色3-颜色2-颜色1)，初始化箭头顺序A1(向上箭头、向下箭头)、A2(向左箭头、向右箭头)。在根据当前截骨面选择色条顺序和箭头顺序后，可以获取摆锯锯片尖端位置S[k]与截骨面P的矢量距离最小值d，通过将d值与色条颜色参数b1、b2、c1和c2进行比较，从而可以在安全截骨提示视图显示相应的箭头图表或赞手势图表，以指示医生进行截骨，保证截骨安全。
参照图11，示出了本申请一个实施例的一种安全截骨提示信息的生成装置的示意图，具体可以包括如下模块：
获取模块1101，用于获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
划分模块1102，用于根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
确定模块1103，用于在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
生成模块1104，用于根据所述的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
在本申请实施例中，所述划分模块1102具体可以包括如下子模块：
划分子模块，用于根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为截骨区域和保留区域。
在本申请实施例中，所述划分子模块具体可以包括如下单元：
截骨面确定单元，用于根据所述截骨手术信息，确定所述待截骨模型中的至少一个截骨面；
距离计算单元，用于针对当前截骨面，分别计算所述待截骨模型中各个数据点与所述当前截骨面之间的距离；
截骨区域确定单元，用于将与所述当前截骨面之间的距离大于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为截骨区域；以及，
保留区域确定单元，用于将与所述当前截骨面之间的距离小于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为保留区域。
在本申请实施例中，所述装置还可以包括如下模块：
冗余区域确定模块，用于根据所述截骨手术信息确定所述保留区域中包含的冗余区域。
在本申请实施例中，所述装置还可以包括如下模块：
颜色标记模块，用于将所述截骨区域标记为第一颜色，将所述冗余区域和所述保留区域标记为第二颜色。
在本申请实施例中，所述确定模块1103具体可以包括如下子模块：
跟踪子模块，用于在截骨手术过程中，跟踪锯片的实时位姿；
确定子模块，用于根据所述锯片的实时位姿，确定所述锯片的尖端所在的模型区域。
在本申请实施例中，所述生成模块1104具体可以包括如下子模块：
第一生成子模块，用于在所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第一颜色的截骨区域时，生成第一提示信息并将所述锯片的颜色更新为第一颜色，以指示将所述锯片向所述冗余区域移动；
第二生成子模块，用于在所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第二颜色的冗余区域时，生成第二提示信息并将所述锯片的颜色更新为标准色，以指示当前位置为最佳截骨位置；
第三生成子模块，用于在所述锯片的尖端触碰到所述保留区域时，生成第三提示信息并将所述保留区域和所述锯片的颜色更新为第三颜色，以指示当前位置为保留区域，禁止截骨。
在本申请实施例中，所述装置还可以包括如下模块：
轮廓点集确定模块，用于确定当前截骨面在所述待截骨模型中的轮廓点集；
安全边界确定模块，用于根据所述轮廓点集和预设第二距离阈值，确定所述当前截骨面的安全边界。
在本申请实施例中，所述装置还可以包括如下模块：
安全边界检测模块，用于检测所述锯片的尖端是否触碰到所述当前截骨面的安全边界；
禁止截骨提示模块，用于若所述锯片的尖端触碰到所述当前截骨面的安全边界，则提示禁止截骨；
调用模块，用于若所述锯片的尖端未触碰到所述当前截骨面的安全边界，则调用所述生成模块1104，根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
在本申请实施例中，所述装置还可以包括如下模块：
安全边界更新模块，用于在截骨手术过程中，更新所述当前截骨面的安全边界。
在本申请实施例中，所述安全边界更新模块具体可以包括如下子模块：
距离阈值调整子模块，用于在截骨手术过程中，调整所述第二距离阈值，以同步更新所述当前截骨面的安全边界；或者，
数据点位置调整子模块，用于调整构成所述当前截骨面的安全边界的各个数据点的位置，根据调整后的各个数据点的位置，更新所述安全边界。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
参照图12，示出了本申请一个实施例的一种终端设备的示意图。如图12所示，本实施例的终端设备1200包括：处理器1210、存储器1220以及存储在所述存储器1220中并可在所述处理器1210上运行的计算机程序1221。所述处理器1210执行所述计算机程序1221时实现上述安全截骨提示信息的生成方法各个实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，所述处理器1210执行所述计算机程序1221时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图11所示模块1101至1105的功能。
示例性的，所述计算机程序1221可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器1220中，并由所述处理器1210执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段可以用于描述所述计算机程序1221在所述终端设备1200中的执行过程。例如，所述计算机程序1221可以被分割成获取模块、划分模块、确定模块、生成模块，各模块具体功能如下：
获取模块，用于获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
划分模块，用于根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
确定模块，用于在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
生成模块，用于根据所述的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
所述终端设备1200可包括，但不仅限于，处理器1210、存储器1220。本领域技术人员可以理解，图12仅仅是终端设备1200的一种示例，并不构成对终端设备1200的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备1200还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器1210可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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。
所述存储器1220可以是所述终端设备1200的内部存储单元，例如终端设备1200的硬盘或内存。所述存储器1220也可以是所述终端设备1200的外部存储设备，例如所述终端设备1200上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等等。进一步地，所述存储器1220还可以既包括所述终端设备1200的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1220用于存储所述计算机程序1221以及所述终端设备1200所需的其他程序和数据。所述存储器1220还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种安全截骨提示信息的生成方法，其特征在于，包括：
获取截骨手术信息以及与所述截骨手术信息相对应的待截骨模型；
根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域；
在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域；
根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为至少两个模型区域，包括：
根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为截骨区域和保留区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述截骨手术信息，将所述待截骨模型划分为截骨区域和保留区域，包括：
根据所述截骨手术信息，确定所述待截骨模型中的至少一个截骨面；
针对当前截骨面，分别计算所述待截骨模型中各个数据点与所述当前截骨面之间的距离；
将与所述当前截骨面之间的距离大于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为截骨区域；以及，
将与所述当前截骨面之间的距离小于预设第一距离阈值的多个数据点构成的区域确定为保留区域。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述截骨手术信息确定所述保留区域中包含的冗余区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述截骨区域标记为第一颜色，将所述冗余区域和所述保留区域标记为第二颜色。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在截骨手术过程中，确定锯片的尖端所在的模型区域，包括：
在截骨手术过程中，跟踪锯片的实时位姿；
根据所述锯片的实时位姿，确定所述锯片的尖端所在的模型区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息，包括：
当所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第一颜色的截骨区域时，生成第一提示信息并将所述锯片的颜色更新为第一颜色，以指示将所述锯片向所述冗余区域移动；
当所述锯片的尖端所在的模型区域为标记为第二颜色的冗余区域时，生成第二提示信息并将所述锯片的颜色更新为标准色，以指示当前位置为最佳截骨位置；
当所述锯片的尖端触碰到所述保留区域时，生成第三提示信息并将所述保留区域和所述锯片的颜色更新为第三颜色，以指示当前位置为保留区域，禁止截骨。
8.根据权利要求1或2或3或5或6或7所述的方法，其特征在于，还包括：
确定当前截骨面在所述待截骨模型中的轮廓点集；
根据所述轮廓点集和预设第二距离阈值，确定所述当前截骨面的安全边界。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
检测所述锯片的尖端是否触碰到所述当前截骨面的安全边界；
若所述锯片的尖端触碰到所述当前截骨面的安全边界，则提示禁止截骨；
若所述锯片的尖端未触碰到所述当前截骨面的安全边界，则执行根据所述锯片的尖端所在的模型区域，生成安全截骨提示信息的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
在截骨手术过程中，更新所述当前截骨面的安全边界。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在截骨手术过程中，更新所述当前截骨面的安全边界，包括：
在截骨手术过程中，调整所述第二距离阈值，以同步更新所述当前截骨面的安全边界；或者，
调整构成所述当前截骨面的安全边界的各个数据点的位置，根据调整后的各个数据点的位置，更新所述安全边界。
12.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并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如权利要求1至11任一项所述的安全截骨提示信息的生成方法。
13.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至11任一项所述的安全截骨提示信息的生成方法。
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Legal Events
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Application publication date: 20200925 Assignee: Bone shengyuanhua robot (Shenzhen) Co., Ltd Assignor: LianBo Intelligent Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2020990000472 Denomination of invention: Generation method, device and terminal equipment of prompt information for safe osteotomy License type: Common License Record date: 20200903 |
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Effective date of registration: 20210315 Address after: No 802 Shenzhen Research Institute Chinese University of Hong Kong No 10 Yuexing 2nd Road Gaoxin community Yuehai street Nanshan District Shenzhen City Guangdong Province Applicant after: Yuanhua Intelligent Technology (Shenzhen) Co.,Ltd. Address before: Room 402, Jardine Plaza, 1 Connaught Plaza, central, Hong Kong, China Applicant before: LianBo Intelligent Technology Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20211217 Address after: 518000 101, No. 1301-33, sightseeing Road, Xinlan community, Guanlan street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Bone shengyuanhua robot (Shenzhen) Co., Ltd Address before: No.802, Shenzhen Research Institute, Chinese University of Hong Kong, 10 Yuexing 2nd Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee before: Yuanhua Intelligent Technology (Shenzhen) Co.,Ltd. |