CN112075967A - 一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN112075967A CN202010888352.0A CN202010888352A CN112075967A CN 112075967 A CN112075967 A CN 112075967A CN 202010888352 A CN202010888352 A CN 202010888352A CN 112075967 A CN112075967 A CN 112075967A
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Abstract

本发明实施例提供一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质，其中，钻孔穿透检测方法包括：控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。

Description

一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质。
背景技术
传统骨科、脑外科等手术中，经常需要通过电钻钻透人骨。医生手持电钻人为地控制钻孔深度和力度，经验丰富的外科医生能凭借钻孔时手部的感觉或医疗影像来调整进给速度并判断何时钻穿。若是在电钻穿透人骨时没有立刻停止，会导致钻头穿透过深而损伤其他健康组织，会对患者造成二次伤害。
为了避免手动操作带来的伤害，手术机器人被应用于手术中。对于可实现自动钻孔操作的手术机器人来说，具备判断穿透位置并及时停止进给的功能，可以提高系统安全性。
现有技术中的手术机器人主要有机械式自动停钻系统。机械式自动停钻系统需要设计特定的机械结构，在压力改变的瞬间利用预设的弹力，使前后两个套筒脱离而停止进刀。此种方法存在一定的问题，对机械式自动停钻系统来说，需要对传统的手术器械进行改造，添加额外的机械结构，结构复杂，且预设的压力值不方便调节。
发明内容
本发明实施例提供一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中手术机器人的压力值不易调节、影响操作安全性的缺陷，实现提高钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性的技术效果。
本发明实施例提供一种钻孔穿透检测方法，用于手术机器人，所述手术机器人包括手术器械；
所述方法包括：
控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
获取当前采样时间范围内的当前采样时间点的钻孔力以及与当前采样时间点间隔小于等于L的已采样时间点的钻孔力，其中，所述采样时间范围包括L个采样时间点，L为正整数；
基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度，包括：根据当前采样时间范围内的最早采样时间点的钻孔力和当前采样时间点的钻孔力的差值，确定当前采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较，判断当前采样时间点的钻孔力是否大于最大钻孔力；
若是，将最大钻孔力替换为当前采样时间点的钻孔力；
若否，基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
确定当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力的差值；
将所述差值与所述最大钻孔力的百分比确定为采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，在确定已采样时间点中的最大钻孔力之前，所述方法还包括：
判断已采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，根据已获取的已采样时间点的钻孔力确定最大钻孔力；
在将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较之前，还包括：
判断当前采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较。
根据本发明一个实施例的钻孔穿透检测方法，在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，所述方法还包括：
将最大钻孔力归零，并根据在下一个采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定下一个采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
本发明实施例还提供一种钻孔穿透检测装置，用于手术机器人，所述手术机器人包括手术器械；
所述钻孔穿透检测装置包括：
钻孔力获取模块，用于控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
下降幅度确定模块，用于根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
穿透确定模块，用于在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述钻孔穿透检测方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述钻孔穿透检测方法的步骤。
本发明实施例提供的钻孔穿透检测方法及装置，通过获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力，然后根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的手术机器人的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种钻孔穿透检测方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的手术机器人在钻孔过程中的钻孔力的变化示意图一；
图4是本发明实施例提供的另一种钻孔穿透检测方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的手术机器人在钻孔过程中的钻孔力的变化示意图二；
图6是本发明实施例提供的又一种钻孔穿透检测方法的流程示意图；
图7是本发明实施例提供的一种钻孔穿透检测装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明一个或多个实施例。在本发明一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本发明一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明实施例中，提供了一种钻孔穿透检测方法及装置、电子设备和非暂态计算机可读存储介质，在下面的实施例中逐一进行详细说明。
首先，对本发明实施例的手术机器人进行介绍，如图1所示。
手术机器人包括：机械臂101、以及加持于机械臂末端的手术器械102。
为了准确获取手术器械102的力反馈信息，通常会在机械臂末端法兰上安装六维力传感器103，然后将手术器械102连接并安装在力传感器103上，以此测量手术机器人与外部交互的力。其中，力传感器可以为六维力传感器103，能够同时测量三个力分量和三个力矩分量。
为了准确测得手术器械102的钻头在钻孔时的轴向力信息，手术器械的自身重力对力传感器103的影响不能忽略，需要对手术器械102重力的影响进行补偿。若没有其他外力作用在负载上，则六维力传感器103测得的力与力矩信息完全由手术器械102重力引起。在手术机器人进行手术操作之前，先控制手术机器人使手术器械102移动到不同的空间姿态，待姿态稳定后进行测量，得到多组六维力传感器103的测量数据，再利用最小二乘法求解得到手术器械102的重量大小与重心坐标，在传感器103测量值上减去重力项，以减小轴向力的测量误差。
由于手术器械102安装方式和构型设计等因素，手术器械102上的钻头轴线可能并不与传感器103测量坐标轴平行。因此，需要将重力因素消除后测得的力转换到手术器械102的钻头轴线方向上。
手术器械102在手术前经过标定，可获得钻头坐标系相对于传感器坐标系的位置姿态。如图1所示，以手术器械102钻头上的尖端点为原点，钻头轴线方向为Z’轴，垂直于轴线的方向上任选一方向定为X’轴或Y’轴，可建立钻头姿态坐标系。传感器坐标系XYZ通常位于传感器103探测面上的圆心处，对手术器械102进行标定后，即获取手术器械102相对于传感器103的位置姿态，根据坐标系的空间变换关系，可间接计算出手术器械102的钻头轴线方向上所受的力。
本发明实施例提供了一种钻孔穿透检测方法，参见图2，包括下述步骤201～203：
201、控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力。
本实施例中，目标区域可以为人体的各个组织，例如头部、躯干、四肢等。
需要说明的是，人的骨质按相对密度可分为骨密质和骨松质：骨密质的质地致密，抗压抗扭曲性很强，主要分布于骨的表面；骨松质的质地稀疏，呈海绵状，主要分布于骨的内部。不同人的骨质不一样，且骨量与骨结构在生长期有较大变化，在成年期保持相对静止，到老年期有所退化。因此，在钻孔过程中，手术器械的钻头的受力情况与其所处的骨质结构密切相关，钻孔力的变化大致如下图3所示：
(1)钻头进给遇到第一皮质层(主要由密质骨组成)时，受到阻力变大，钻孔力会逐渐增大，当突破第一皮质层进入松质骨时，由于阻力变小，钻孔力会骤降；
(2)钻头进入松质骨后，阻力比钻第一皮质层时小，钻孔力会维持在一个比较稳定的水平上下波动；
(3)钻头继续进给遇到第二皮质层时阻力又增大，钻孔力随之增大，当钻穿第二皮质层时，钻孔力会骤降。
由上可见，由于在钻穿皮质层时钻孔力会在短时间内骤降，可通过识别钻孔力曲线中的陡降边沿来判断是否钻透目标区域。若手术器械的钻孔力在设定时间范围内骤降两次，则意味着手术器械钻透目标区域。
为了实现上述目的，需要获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力。需要说明的是。采样时间间隔可以根据实际需求而设置，例如设置采样时间间隔为1ms，则每间隔1ms采样一次，每次采样对应一个采样时间点。
当然，根据本实施例的前述内容，对于手术器械的钻孔力的采样，是根据与手术器械连接的力传感器采集受力数据，并经过计算而得。
202、根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
其中，采样时间范围可以为预先设定，例如预先设定采样时间范围包括10个连续的采样时间点，那么根据该10个连续的采样时间点来确定钻孔力的下降幅度。
另外，采样时间范围也可以为根据条件而确定，例如在满足钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则当前次的采样时间范围结束。
本实施例中，采样时间范围内的钻孔力下降幅度的确定可以有多种情况，例如可以为采样时间范围内的钻孔力下降差值，也可以为采样时间范围内的钻孔力的下降百分比。
203、在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
本实施例中，阈值根据实际需求而设置。例如对于采样时间范围内的钻孔力的下降幅度为钻孔力的下降差值，可以设置本实施例的阈值为一钻孔力值。
例如对于采样时间范围内的钻孔力的下降幅度为钻孔力的下降百分比的情形，可以设置本实施例的阈值为百分比值，例如90％、85％等。
设定次数应当根据实际钻孔的目标区域的性质而定，一般地，由于人的骨质包括第一皮质层、第二皮质层以及位于第一皮质层和第二皮质层之间的松质骨，手术器械在钻透目标区域的骨质的过程中，要依次经过第一皮质层——松质骨——第二皮质层。在此过程中，由于手术器械的钻头在遇到第一皮质层时钻孔力变大，当突破第一皮质层进入松质骨时钻孔力会骤降，当钻头继续进给遇到第二皮质层时钻孔力随之增大，当钻穿第二皮质层时钻孔力会骤降，所以钻孔力会骤降两次。那么，本实施例中的设定次数一般为两次。
当钻孔力的下降幅度超过阈值为两次的情况下，判定手术器械已经钻穿骨头，需要控制机器人停止钻头进给。
本发明实施例提供的钻孔穿透检测方法，通过获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力，然后根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。
为了进一步解释本发明实施例，本发明实施例的步骤201中，获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力有多种方式：
在一种方式下，钻孔力的获取方式包括：获取所述力传感器在当前采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定所述手术器械的轴向力作为所述手术器械在当前采样时间点的钻孔力。
此种方式下，对于钻孔力的确定方法比较简便，直接根据力传感器获取的力值确定当前采样时间点的轴向力。具体关系如下表1所示。
表1
Figure BDA0002656215970000091
Figure BDA0002656215970000101
在另一种方式下，钻孔力的获取方式包括：获取力传感器在当前采样时间点的力值以及与所述当前采样时间点间隔小于等于n的已采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定所述手术器械的轴向力作为所述手术器械在当前采样时间点的钻孔力。
其中，n为正整数，例如可以为1或者2等。以n＝2为例，则意味着手术器械根据力传感器在当前采样时间点的力值和当前采样时间点之前的两个采样时间点的力值分别确定手术器械的轴向力，然后再根据三个轴向力确定手术器械在当前采样时间点的钻孔力。具体关系如下表2所示。
表2
采样时间点 t1 t1～t2 t1～t3 t2～t4 t3～t5 t4～t6
力值 f1 f1～f2 f1～f3 f2～f4 f3～f5 f4～f6
钻孔力 F1 F2 F3 F4 F5 F6
具体地，根据三个轴向力确定手术器械在当前采样时间点的钻孔力的方式可以有多种，例如可以为三个轴向力求平均值，或者三个轴向力进行加权后再求平均值等。
此方式下，由于每个钻孔力可以根据当前采样时间点以及邻近的已采样时间点的轴向力来确定，可以避免由于传感器采集的力值数值波动产生的误差，可以保证获取的钻孔力之间的过渡平滑。
具体使用时，先对力传感器的数据进行移动平均滤波过滤掉一些随机噪声。移动平均滤波基于统计规律，将连续的采样时间点对应的轴向力数据看成一个长度固定为N的观察队列。在新的一次测量后，上述观察队列的首个数据去掉，其余N-1个数据依次前移，并将新的采样时间点对应的轴向力数据插入，作为新观察队列的队尾。然后对这个观察队列的进行算术平均，并将其结果作为本次测量的钻孔力结果。为了在过滤噪声的同时能快速跟踪数据的变化，选用较小的观察样本数N(比如可以选N＝3)。
本发明另一实施例公开了一种钻孔穿透检测方法，参见图4，包括：
401、控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力。
对于步骤401的解释，可以参见前述实施例的步骤201的详细内容，在此便不再赘述。
402、获取当前采样时间范围内的当前采样时间点的钻孔力以及与当前采样时间点间隔小于等于L的已采样时间点的钻孔力。
其中，所述采样时间范围包括L个采样时间点。具体地，L的数值可以根据实际需求而设置，例如设置采样时间点个数为10个。
如果每个采样时间点的时间间隔为1ms，那么，本实施例中的采样时间范围为10ms。
具体使用时，将连续的采样时间点对应的钻孔力看成一个长度固定为L的队列。在获取新的钻孔力后，将队列中的首个数据去掉，其余L-1个数据依次前移，并将新的钻孔力数据插入，作为新观察队列的队尾。
需要注意的是，该队列与前述轴向力数据组成的观察队列有所不同：观察队列中的轴向力数据用于计算钻孔力；该队列中对应的是钻孔力数据，用于后续步骤中计算钻孔力的下降幅度。
403、基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度。
具体地，步骤403包括：根据当前采样时间范围内的最早采样时间点的钻孔力和当前采样时间点的钻孔力的差值，确定当前采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
例如，当前采样时间范围包括10个钻孔力值F1～F10，那么将该10个钻孔力值中的最早采样时间点的钻孔力F1和当前采样时间点的钻孔力F10的差值F10-F1确定为对应的钻孔力的下降幅度。
下一个采样时间范围包括10个钻孔力值F2～F11，那么将该10个钻孔力值中的最早采样时间点的钻孔力F2和当前采样时间点的钻孔力F11的差值F11-F2确定为对应的钻孔力的下降幅度。
404、在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
其中，阈值可以根据实际需求而设置，对应着手术器械钻穿骨头的皮质层的钻孔力下降幅度。
设定次数应当根据实际钻孔的目标区域的性质而定，一般地，由于人的骨质包括第一皮质层、第二皮质层以及位于第一皮质层和第二皮质层之间的松质骨，所以设定次数一般为两次。
本实施例中，由于采样时间很短，在力不发生突变的情况下队列中首位元素的值相差不大，而当队首元素(队列中最早采样时间点的钻孔力)值减去队尾元素(当前采样时间点的钻孔力)值大于设定的阈值δ时，则确认已经产生下降沿，参见图5。
当检测到第二个下降沿时，判定手术器械已经钻穿骨头，需要控制机器人停止钻头进给。
本发明实施例提供的钻孔穿透检测方法，通过获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力，然后根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。
本实施例中，通过设置固定的下降阈值，并通过判断钻孔力的下降幅度是否超过阈值来判断手术器械是否钻透骨质，该方法简单易行，但是只适合用于力曲线特征明确且稳定的场合。对于不同的人，由于骨质不同，那么钻孔时的力曲线可能存在一定的差异，那么设置一个固定的下降阈值就难以做到普适性。而根据不同的骨质调整阈值的参数设定比较依赖于使用者的经验。
本发明实施例还提供了另一种钻孔穿透检测方法，考虑设置相对的下降幅度的方式来应对不同的特征曲线。参见图6，所述方法包括：
601、控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力。
具体地，步骤601中获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力，包括：
获取所述力传感器在当前采样时间点的力值以及与所述当前采样时间点间隔小于等于n的已采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定所述手术器械的轴向力作为所述手术器械在当前采样时间点的钻孔力，其中，n为正整数；或
获取力传感器在当前采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定手术器械的轴向力作为手术器械在当前采样时间点的钻孔力。
对于该钻孔力的获取过程的详细解释，参见前述实施例的详细解释，在此便不再赘述。
602、将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较，判断当前采样时间点的钻孔力是否大于最大钻孔力，若是，执行步骤503，若否，执行步骤504。
其中，已采样时间点中的最大钻孔力Fmax为根据当前已采样得到的所有已采样时间点的钻孔力进行比较而得。
由于当前采样时间点的钻孔力Fnew有可能大于已采样时间点中的最大钻孔力Fmax，步骤502中通过判断钻孔力Fnew和Fmax的大小，以更新最大钻孔力Fmax，从而可以确定本次钻孔过程中对应的真正的最大钻孔力Fmax。
可选地，为了过滤掉钻孔力较小的波动，避免出现手术机器人误判钻孔力的下降沿，本实施例还进一步设置有门限幅值，低于门限幅值的钻孔力不进行进一步的处理。
对应地，在确定已采样时间点中的最大钻孔力之前，所述方法还包括：判断已采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，根据已获取的已采样时间点的钻孔力确定最大钻孔力；若否，不计算最大钻孔力。
对应地，在将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较之前，还包括：判断当前采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较；若否，不进行比较计算。
603、将最大钻孔力替换为当前采样时间点的钻孔力。
604、基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
具体地，步骤604包括：确定当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力的差值，将差值与最大钻孔力的百分比确定为采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
605、在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
具体地，采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的计算公式参见下述公式(1)：
Figure BDA0002656215970000141
其中，Fmax代表本次采样时间范围内的最大钻孔力；
Fnew代表当前采样时间点的钻孔力；
τ代表采样时间范围内的钻孔力的下降幅度的阈值，例如可以设置阈值为90％。
若上面的不等式成立，则说明该时刻出现钻孔力的下降沿。
设定次数应当根据实际钻孔的目标区域的性质而定，一般地，由于人的骨质包括第一皮质层、第二皮质层以及位于第一皮质层和第二皮质层之间的松质骨，所以设定次数一般为两次。
具体地，在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，所述方法还包括：
将最大钻孔力归零，并根据在下一个采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定下一个采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
在超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。本实施例中，设定次数可以为两次。
其中，下一个采样时间范围内的钻孔力的下降幅度的确定与前一个采样时时间范围内的钻孔力的下降幅度的确定步骤一致，在此便不再赘述。
其中，每个采样时间范围对应一个钻孔力的下降沿，在确定钻孔力的下降沿的情况下，当前的采样时间范围结束，开始下一个采样时间范围的钻孔力下降沿的寻找过程。
当检测到第二个下降沿时，判定手术器械已经钻穿骨头，需要控制机器人停止钻头进给。
本实施例中，通过计算当前采样时间点的钻孔力相当于本次采样时间范围内的最大钻孔力的下降幅度是否超过阈值，从而通过计算相对下降幅度的方式来确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，从而避免了采用钻孔力的绝对幅值进行判别时需要经常调整阈值的问题，提高了手术机器人的适应性。
本发明实施例提供的钻孔穿透检测方法，通过获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力，然后通过计算当前采样时间点的钻孔力相当于本次采样时间范围内的最大钻孔力的下降幅度，在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。
下面对本发明实施例提供的钻孔穿透检测装置进行描述，下文描述的钻孔穿透检测装置与上文描述的钻孔穿透检测方法可相互对应参照。
参见图7，本实施例的钻孔穿透检测装置用于手术机器人，所述手术机器人包括手术器械；
所述钻孔穿透检测装置包括：
钻孔力获取模块701，用于控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
下降幅度确定模块702，用于根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
穿透确定模块703，用于在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
可选地，钻孔力获取模块701，具体用于：
获取在当前采样时间点的力值以及与所述当前采样时间点间隔小于等于n的已采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定所述手术器械的轴向力作为所述手术器械在当前采样时间点的钻孔力，其中，n为正整数；或
获取在当前采样时间点的力值，并基于获取的所述力值确定所述手术器械的轴向力作为所述手术器械在当前采样时间点的钻孔力。
可选地，下降幅度确定模块602，包括：
钻孔力获取单元，用于获取当前采样时间范围内的当前采样时间点的钻孔力以及与当前采样时间点间隔小于等于L的已采样时间点的钻孔力，其中，所述采样时间范围包括L个采样时间点，L为正整数；
下降幅度确定单元，用于基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度。
可选地，下降幅度确定单元，具体用于：根据当前采样时间范围内的最早采样时间点的钻孔力和当前采样时间点的钻孔力的差值，确定当前采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
可选地，下降幅度确定模块602，包括：
判断单元，用于将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较，判断当前采样时间点的钻孔力是否大于最大钻孔力，若是，执行替换单元，若否，执行下降幅度计算单元；
替换单元，用于将最大钻孔力替换为当前采样时间点的钻孔力；
下降幅度计算单元，用于基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
可选地，下降幅度计算单元，具体用于：
确定当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力的差值；
将所述差值与所述最大钻孔力的百分比确定为采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
可选地，所述钻孔穿透检测装置还包括：第一过滤单元，用于判断已采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，根据已获取的已采样时间点的钻孔力确定最大钻孔力；
可选地，所述装置还包括：第二过滤单元，用于判断当前采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较。
可选地，所述装置还包括：循环模块，用于将最大钻孔力归零，并根据在下一个采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定下一个所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
本发明实施例提供的钻孔穿透检测装置，通过获取手术器械在每个采样时间点的钻孔力，然后根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，在确定采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，则意味着手术器械突破阻力钻透目标区域的组织层，且在钻孔力的下降幅度超过阈值的次数为设定次数时，确定所述手术器械穿透目标区域，从而提高了钻孔穿透的可靠性与手术机器人的操作安全性。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行钻孔穿透检测方法，该方法包括：
控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过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，本发明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)执行本发明各个实施例所述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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的钻孔穿透检测方法，该方法包括：
控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的钻孔穿透检测方法，该方法包括：
控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻孔穿透检测方法，其特征在于，用于手术机器人，所述手术机器人包括手术器械；
所述方法包括：
控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
2.根据权利要求1所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
获取当前采样时间范围内的当前采样时间点的钻孔力以及与当前采样时间点间隔小于等于L的已采样时间点的钻孔力，其中，所述采样时间范围包括L个采样时间点，L为正整数；
基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度。
3.根据权利要求2所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，基于获取的钻孔力，确定当前采样时间范围内的钻孔力的差值作为所述钻孔力的下降幅度，包括：
根据当前采样时间范围内的最早采样时间点的钻孔力和当前采样时间点的钻孔力的差值，确定当前采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
4.根据权利要求1所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较，判断当前采样时间点的钻孔力是否大于最大钻孔力；
若是，将最大钻孔力替换为当前采样时间点的钻孔力；
若否，基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
5.根据权利要求4所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，基于当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力，确定采样时间范围内的钻孔力的下降百分比作为所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度，包括：
确定当前采样时间点的钻孔力和最大钻孔力的差值；
将所述差值与所述最大钻孔力的百分比确定为采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
6.根据权利要求4所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，在确定已采样时间点中的最大钻孔力之前，所述方法还包括：
判断已采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，根据已获取的已采样时间点的钻孔力确定最大钻孔力；
在将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较之前，还包括：
判断当前采样时间点的钻孔力是否大于门限幅值，若是，将当前采样时间点的钻孔力和已采样时间点中的最大钻孔力进行比较。
7.根据权利要求4或5或6所述的钻孔穿透检测方法，其特征在于，在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值的情况下，所述方法还包括：
将最大钻孔力归零，并根据在下一个采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定下一个所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度。
8.一种钻孔穿透检测装置，其特征在于，用于手术机器人，所述手术机器人包括手术器械；
所述钻孔穿透检测装置包括：
钻孔力获取模块，用于控制所述手术器械对目标区域进行钻孔，并获取所述手术器械在每个采样时间点的钻孔力；
下降幅度确定模块，用于根据在采样时间范围内的多个采样时间点的钻孔力，确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度；
穿透确定模块，用于在确定所述采样时间范围内的钻孔力的下降幅度超过阈值且超过阈值的次数为设定次数的情况下，确定所述手术器械穿透目标区域。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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程序时实现如权利要求1至7任一项所述钻孔穿透检测方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述钻孔穿透检测方法的步骤。
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