CN112869824A - 手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质，所述手术工具引导装置，包括导块本体；导块本体上设有若干导向部和若干检测模块，导向部用于与手术工具配合以为手术操作提供导向，检测模块用于感测与导向部配合的手术工具影响目标组织的信息。本发明可以实时感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息，便于主操作医生将所述检测模块感测到的实测值与手术操作前输入的输入值进行比对，进而可以对每一步的手术操作进行评估和校准，有效提高了手术操作的准度。

Description

手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质。

背景技术

膝关节骨性关节炎是临床常见的一种骨科疾病，临床主要表现为膝关节肿痛、肿胀、僵硬等，该病诱发的因素较多，患者若不能得到及时有效的诊治，容易导致肌肉萎缩、膝关节畸形等一系列并发症，严重影响患者的身心健康及生活质量。全膝关节置换手术(total knee arthroplasty,TKA)目前是治疗晚期膝关节骨关节炎最有效的手段，可以缓解患者膝关节疼痛、恢复膝关节活动度，在极大程度上改善患者术后生活质量。

现有在膝关节置换系统中常见的是使用截骨导向器进行截骨定位、测量和导向，这些截骨系统可以单独使用也可以多套配合使用，但是存在的缺点是无法实时快速的测量并记录每一个截骨方向的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度。

可见，现有技术中的膝关节截骨板存在以下问题：

(1)现有截骨板截骨量的测量方法多是机械加人工手动测量的方式，测量精度低，操作复杂。

(2)现有截骨板无法实时测量截骨量，无法有效的进行术中截骨校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质，可以解决现有技术中的手术工具在手术操作过程中的影响目标组织的信息的测量方法多是机械加人工手动测量的方式，测量精度低，操作复杂，无法有效的进行术中操作校准的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种手术工具引导装置，包括导块本体；

所述导块本体上设有若干导向部和若干检测模块，所述导向部用于与手术工具配合以为手术操作提供导向，所述检测模块用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息。

可选的，所述检测模块用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者。

所述检测模块包括至少一个第一传感器单元、至少一个第二传感器单元和至少一个第三传感器单元中的至少一者；

所述第一传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的深度；

所述第二传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的宽度；

所述第三传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的厚度。

可选的，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为光编码器单元，所述光编码器单元包括光源、转换电路和光电传感器；

所述光源用于向与所述导向部配合的手术工具的第一面、第二面或第三面提供照射光，其中，所述第一面、所述第二面与所述手术工具的厚度方向相垂直，所述第三面与所述手术工具的宽度方向相垂直；

所述光电传感器用于接收由所述手术工具的所述第一面、所述第二面或所述第三面反射回来的反射光，并对所述反射光进行光电转换，以形成电信号并输出至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的脉冲信号至控制器；

所述控制器根据所接收的脉冲信号计算所述手术工具影响所述目标组织的深度、宽度或厚度。

可选的，所述手术工具的第一面、第二面、第三面中的至少一者设有码道，并且对应所述第一面、所述第二面、所述第三面的所述码道分别定义为第一码道、第二码道、第三码道；

所述第一码道包括多个与所述手术工具的宽度方向平行且等间隔设置的第一不透光条带；

所述第二码道包括多个与所述手术工具的长度方向平行且等间隔设置的第二不透光条带；

所述第三码道包括多个与所述手术工具的长度方向平行且等间隔设置的第三不透光条带。

可选的，所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为激光传感器单元，所述激光传感器单元包括激光发射器、激光接收器和转换电路；

所述激光发射器用于向与所述导向部配合的手术工具发射与所述导向部的宽度方向或长度方向相平行的激光；

所述激光接收器用于接收未被所述手术工具阻断的激光，以计算未被接收的激光的宽度并输出对应的电信号至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的宽度或厚度。

可选的，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为磁编码器单元，所述磁编码器单元包括磁感应器和转换电路；

所述磁感应器用于读取与所述导向部配合的手术工具的第一面、第二面或第三面的对应位置处的磁场强度，并将读取的所述磁场强度转换为对应的电信号，其中，所述第一面、所述第二面与所述手术工具的厚度方向相垂直，所述第三面与所述手术工具的宽度方向相垂直；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的深度、宽度或厚度。

可选的，所述手术工具的第一面、第二面、第三面中的至少一者设有磁体。

可选的，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为光电传感器单元，所述光电传感器单元包括光源、透镜、光电传感器和转换电路；

所述光源用于向与所述导向部配合的手术工具提供照射光；

所述照射光中的至少一部分经所述手术工具折射后穿过所述透镜并到达所述光电传感器；

所述光电传感器用于将所接收的光信号转换为电信号并输出至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的的深度、宽度和厚度中的至少一者。

可选的，所述第一传感器单元和所述第二传感器单元的个数均为两个。

可选的，所述检测模块与所述导块本体之间为一体式结构或者可拆卸式连接。

可选的，所述检测模块上设有第一固定孔和插槽，所述导块本体上设有与所述第一固定孔对应设置的第二固定孔，所述插槽与所述导向部对应设置。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种引导组件，应用于手术系统，包括上文所述的手术工具引导装置、连接轴和靶标安装座，所述连接轴的两端分别连接所述手术工具引导装置以及所述靶标安装座，所述靶标安装座用于与所述手术系统的机械臂的末端可拆卸式连接。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种手术系统，包括控制器、机械臂和如上文所述的引导组件，所述机械臂的末端用于连接所述引导组件，所述控制器用于控制所述机械臂运动，以调整所述引导组件的位置和姿态。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：

获取当前手术工具影响目标组织的信息；

根据所获取的当前手术工具影响目标组织的信息以及预先获取的目标组织的影像数据，创建所述目标组织的手术操作模型；以及

根据所述手术操作模型评估当前所述手术工具的手术操作效果。

可选的，所述获取当前手术工具影响目标组织的信息，包括：

获取当前手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者。

可选的，所述获取当前手术工具影响目标组织的信息，还包括：

获取当前手术工具影响目标组织的角度。

可选的，所述获取当前手术工具影响目标组织的角度，包括：

获取当前手术工具相对于导向部的倾斜角度和所述导向部的角度；以及

根据当前所述手术工具的倾斜角度和所述导向部的角度获取当前所述手术工具影响目标组织的角度。

与现有技术相比，本发明提供的手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质具有以下优点：本发明通过在手术工具引导装置上设置导向部和检测模块，由此，可以通过所述检测模块实时感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息，例如影响目标组织的深度、宽度和厚度中的任一种或任几种，进而可以便于主操作医生将所述检测模块感测到的实测值与手术操作前输入的输入值进行比对，以对每一步的手术操作(例如截骨操作)进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的手术工具影响目标组织的信息，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)结果，调整后续的手术操作(例如截骨操作)的数据，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。另外，本发明通过采用检测模块感测手术工具影响目标组织的信息，来替代人工测量手术操作(例如截骨操作)的数据，不仅可以提高手术操作(例如截骨操作)数据的测量精度，同时也可以避免医生术中多次测量产生的工作量，提高了手术效率。

附图说明

图1为本发明第一种实施例中的手术工具引导装置的示意图；

图2为本发明第二种实施例中的手术工具引导装置的分解结构示意图；

图3为本发明一实施例中的集成有光编码器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图；

图4a为本发明第一种实施例中的手术工具的第一面的示意图；

图4b为本发明第一种实施例中的手术工具的第二面的示意图；

图4c为本发明第一种实施例中的手术工具的第三面的示意图；

图5为本发明一实施例中的光编码器单元的测量原理示意图；

图6为本发明一实施例中的集成有激光传感器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图；

图7为本发明一实施例中的集成有磁编码器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图；

图8a为本发明第二种实施例中的手术工具的第一面的示意图；

图8b为本发明第二种实施例中的手术工具的第二面的示意图；

图8c为本发明第二种实施例中的手术工具的第三面的示意图；

图9为本发明一实施例中的磁编码器单元的测量原理示意图；

图10为本发明一实施例中的集成有光电传感器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图；

图11为本发明一实施例中的光电传感器单元的测量原理示意图；

图12为本发明一实施例中的引导组件的方框结构示意图；

图13为本发明一实施例中的手术系统的应用场景示意图；

图14为本发明一实施例中的手术操作校验方法的流程示意图。

其中，附图标记如下：

手术台车-1；机械臂-2；工具靶标-3；引导组件-4；摆锯-5；导航设备-6；辅助显示器-7；主显示器-8；导航台车-9；键盘-10；股骨靶标-11；股骨-12；胫骨靶标-13；胫骨-14；基座靶标-15；手术工具引导装置-41；连接轴-42；靶标安装座-43；控制器-16；

导块本体-410；检测模块-420；导向部-430；第一传感器单元-421；第二传感器单元-422；第三传感器单元-423；第一固定孔-424；插槽-425；第二固定孔-440；手术工具-50；深度方向-D1；长度方向-D2、D5；宽度方向-D3、D4；第一面-51；第二面-52；第三面-53；第一光源-4211A、4221B；第一转换电路-4212A、4212B、4222B、4222D；第一光电传感器-4213A、4223B；第一脉冲信号-4214；第二光源-4221A、4231B；第二转换电路-4222A、4232B、4222C、4232D；第二光电传感器-4223A、4233B；第二脉冲信号-4224；第三光源-4231A；第三转换电路-4232A、4232C；第三光电传感器-4233A；第三脉冲信号-4234；第一码道-511；第一不透光条带-5111；第二码道-521；第二不透光条带-5211；第三码道-531；第三不透光条带-5311；第一磁体-512；第二磁体-522；第三磁体-532；第一激光发射器-4225；第一激光接收器-4226；第二激光发射器-4235；第二激光接收器-4236；第一磁感应器-4215；第二磁感应器-4227；第三磁感应器-4237；第一透镜-4228；第二透镜-4238。

具体实施方式

以下结合附图1至14和具体实施方式对本发明提出的手术工具引导装置、引导组件、手术系统、手术操作校验方法和存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在与本发明所能产生的功效及所能达成的目的相同或近似的情况下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的主要目的在于提供一种手术工具引导装置、引导组件、手术系统、手术操作校验方法和存储介质，以解决现有技术中的手术工具在手术操作过程中的影响目标组织的信息的测量方法多是机械加人工手动测量的方式，测量精度低，操作复杂，无法有效的进行术中操作校准的问题。需要说明的是，虽然本发明是以截骨操作为例进行说明，但是本发明并不以此为限，如本领域技术人员所能理解的，本发明中的手术工具引导装置、引导组件不仅可以为用于进行截骨操作的截骨工具提供导向，还可以为执行其它手术操作的手术工具提供导向。

请参考图1，其示意性地给出了本发明第一种实施例提供的手术工具引导装置的示意图。如图1所示，所述手术工具引导装置41包括导块本体410，所述导块本体410上设有若干导向部430和若干检测模块420，所述导向部430用于与手术工具50(参见图12)配合以为手术操作提供导向。所述导向部430为导向槽或导向孔。在一些实施例中，所述导块本体410上设有若干导向槽或若干导向孔，在一些实施例中，所述导块本体410上设有若干导向槽和若干导向孔。由此，通过导向槽可以为与所述导向槽相配合的手术工具，例如截骨锯片提供导向，通过导向孔可以为与所述导向孔相配合的手术工具，例如钻孔手术工具提供导向。

所述检测模块420用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息，例如深度、宽度和厚度等数据中的任一种或任几种。由于通过所述检测模块420可以实时感测与所述导向部430配合的手术工具50影响目标组织的信息，由此，在手术过程中，可以通过所述检测模块420测得与其对应设置的导向部430内的手术工具50(见图12)影响目标组织的信息。例如当所述手术工具50为截骨锯片时，通过所述检测模块420可以测得所述截骨锯片的截骨量，包括截骨深度、截骨宽度和截骨厚度中的任一种或任几种，进而可以便于主操作医生将所述检测模块420感测到的实测值与手术操作(例如截骨操作)前输入的输入值进行比对，进而可以对每一步的手术操作(例如截骨操作)，进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的手术工具影响目标组织的信息，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)结果，调整后续的手术操作(例如截骨操作)的数据，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。另外，本发明通过采用检测模块感测手术工具影响目标组织的信息，来替代人工测量手术操作(例如截骨操作)的数据，不仅可以提高手术操作(例如截骨操作)数据的测量精度，同时也可以避免医生术中多次测量产生的工作量，提高了手术效率。

优选的，所述检测模块420用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度。由此，此种设置，可以通过所述检测模块420实时测得更多的数据，从而获得更加全面的影响目标组织的信息(例如截骨量信息)，能够更好地为医生提供参考，进一步提高手术操作的准确性。

进一步的，所述检测模块420包括至少一个第一传感器单元421、至少一个第二传感器单元422和至少一个第三传感器单元423中的至少一者。如图1所示，在本实施例中，所述检测模块420包括至少一个第一传感器单元421、至少一个第二传感器单元422和至少一个第三传感器单元423。其中，所述第一传感器单元421用于测量与所述导向部430配合的手术工具50的移动深度；所述第二传感器单元422用于测量与所述导向部430配合的手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度；所述第三传感器单元423用于测量与所述导向部430配合的手术工具50的厚度。由此，通过所述第一传感器单元421可以测量出与所述导向部430配合的手术工具50相对于所述导向部430的移动深度，进而可以获取所述手术工具50影响目标组织的深度，例如进行截骨操作的截骨深度；通过所述第二传感器单元422可以测量出与所述导向部430配合的手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度，进而可以获取所述手术工具50影响目标组织的宽度，例如进行截骨操作的截骨宽度；通过所述第三传感器单元423可以测量出与所述导向部430配合的手术工具50的厚度，进而可以获取所述手术工具50影响目标组织的厚度，例如进行截骨操作的截骨厚度。可见，通过采用本发明提供的手术工具引导装置41可以实时测量每一次进行手术操作时手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度，例如截骨操作的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度，以便于主操作医生将实测得到的手术工具50影响目标组织的深度、宽度、厚度，例如截骨操作中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度与手术操作前输入的深度、宽度、厚度，例如截骨深度、截骨宽度、截骨厚度值进行比对，进而实现对每一步的手术操作(例如截骨操作)进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准确度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的影响目标组织的深度、宽度、厚度，例如截骨操作的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)，调整后续的手术操作(例如截骨操作)，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了手术操作对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。另外，本发明通过采用传感器单元来测量手术工具50影响目标组织的深度、宽度、厚度(例如截骨深度、截骨宽度和截骨厚度)，来替代人工测量手术操作数据(例如截骨数据)，不仅可以提高手术操作数据(例如截骨数据)的测量精度，同时也可以避免医生术中多次测量产生的工作量，提高了手术效率。需要说明的是，本发明中所称的手术工具50相对于所述导向部430的移动深度是指所述手术工具50沿所述导向部430的深度方向D1的移动距离，所称的手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度是指所述手术工具50沿所述导向部430的长度方向D2的移动距离。

如图1所示，在第一种实施例中，所述检测模块420集成于所述导块本体410上。由此，通过将所述检测模块420集成于所述导块本体410上，可以简化本发明提供的手术工具引导装置41的整体结构。

请参考图2，其示意性地给出了本发明第二种实施例提供的手术工具引导装置的分解结构示意图。如图2所示，在第二种实施例中，所述检测模块420与所述导块本体410之间为可拆卸式连接。由于所述检测模块420与所述导块本体410之间为可拆卸式连接，由此可以根据实际需要将所述检测模块420安装于所述导块本体410上，从而可以在现有的手术工具引导装置41的基础上稍作改进，即可实现对与所述导向部430配合的手术工具50影响目标组织的信息的测量。

需要说明的是，第二种实施例中的检测模块420具有与第一种实施例中的检测模块420类似的测量结构，即，在第二种实施例中，所述检测模块420也包括类似于第一种实施例中的第一传感器单元421、第二传感器单元422和第三传感器单元423。由此，在第二种实施例中，也可以通过所述检测模块420对进行手术操作时手术工具50影响目标组织的深度、宽度和厚度进行测量，例如在截骨操作中，实现对截骨深度、截骨宽度和截骨厚度的测量。

进一步的，如图2所示，在第二种实施例中，所述检测模块420上设有第一固定孔424和插槽425，所述导块本体410上设有与所述第一固定孔424对应设置的第二固定孔440，所述插槽425与所述导向部430对应设置。由此，可以通过在所述第一固定孔424和所述第二固定孔440中插入一紧固件以将所述检测模块420固定于所述导块本体410上。在实际使用时，所述手术工具50通过所述插槽425插入所述导向部430内，所述手术工具50在所述导向部430中的移动深度、移动宽度和其厚度可以分别通过集成于所述检测模块420中的类似于第一种实施例中的第一传感器单元421、第二传感器单元422和第三传感器单元423进行实时测量。

优选的，如图1所示，所述检测模块420包括两个第一传感器单元421、两个第二传感器单元422和一个第三传感器单元423，由此通过所述两个所述第一传感器单元421可以测量出手术工具50的两组移动深度数据，根据这两组移动深度数据，可以测量出所述手术工具50相对于所述导向部430在深度方向D1的倾斜角度。同理，通过两个所述第二传感器单元422可以测量出手术工具50的两组移动宽度数据，根据这两组移动宽度数据可以测量出手术工具50相对于所述导向部430在长度方向D2的倾斜角度。由此，通过测量出所述手术工具50相对于所述导向部430在深度方向D1的倾斜角度、手术工具50相对于所述导向部430在长度方向D2的倾斜角度，可以起到补偿的作用，进一步提高手术操作的准确性。为了进一步起到补偿的作用，在其它一些实施例中，所述检测模块420也可包括两个第三传感器单元423，由此，通过两个所述第三传感器单元423可以测量出所述手术工具50的两组厚度数据，根据这两组厚度数据可以测量出所述手术工具50相对于所述导向部430在宽度方向D3的倾斜角度。当然，如本领域技术人员所能理解的，在其它一些实施例中，所述检测模块420也可以仅包括一个第一传感器单元421、一个第二传感器单元422和一个第三传感器单元423中的至少一者。

优选的，所述第一传感器单元421为光编码器单元、磁编码器单元和光电传感器单元中的任一种；所述第二传感器单元422为光编码器单元、激光传感器单元、磁编码器单元和光电传感器单元中的任一种；所述第三传感器单元423为光编码器单元、激光传感器单元、磁编码器单元和光电传感器单元中的任一种。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在一些实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423三者均为同一种传感器单元；在一些实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423中的任意两者为同一种传感器单元，剩余一者为另一种传感器单元；在一些实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423三者各采用不同的传感器单元。此外，需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其它一些实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423还可以为除光编码器单元、激光传感器单元、磁编码器单元和光电传感器单元以外的其它传感器单元，本发明对此并不进行限制。

请参考图3，其示意性地给出了本发明一实施例提供的集成有光编码器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图。如图3所示，在本实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423均为光编码器单元。其中，所述第一传感器单元421包括第一光源4211A(例如LED光源)、第一转换电路4212A和第一光电传感器4213A。其中，所述第一光源4211A用于向与所述导向部430配合的手术工具50的第一面51提供第一照射光；所述第一光电传感器4213A用于接收由所述手术工具50的第一面51反射回来的第一反射光，并对所述第一反射光进行光电转换，以形成第一电信号；所述第一转换电路4212A用于对所述第一电信号进行放大处理并输出对应的第一脉冲信号4214至控制器16(参见图12)；所述控制器16根据所述第一脉冲信号4214计算所述手术工具50相对于所述导向部430的移动深度，进而计算出所述手术工具50影响目标组织的深度，例如截骨操作的截骨深度。

所述第二传感器单元422包括第二光源4221A(例如LED光源)、第二转换电路4222A和第二光电传感器4223A。其中，所述第二光源4221A用于向与所述导向部430配合的手术工具50的第二面52提供第二照射光；所述第二光电传感器4223A用于接收由所述手术工具50的第二面52反射回来的第二反射光，并对所述第二反射光进行光电转换，以形成第二电信号；所述第二转换电路4222A用于对所述第二电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第二脉冲信号4224至控制器16；所述控制器16根据所述第二脉冲信号4224计算所述手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度，进而计算出所述手术工具50影响目标组织的宽度，例如截骨操作的截骨宽度。

所述第三传感器单元423包括第三光源4231A(例如LED光源)、第三转换电路4232A和第三光电传感器4233A。其中，所述第三光源4231A用于向与所述导向部430配合的手术工具50的第三面53提供第三照射光；所述第三光电传感器4233A用于接收由所述手术工具50的第三面53反射回来的第三反射光，并对所述第三反射光进行光电转换，以形成第三电信号；所述第三转换电路4232A用于对所述第三电信号进行模数转化与放大处理并输出对应的第三脉冲信号4234至控制器16；所述控制器16根据所述第三脉冲信号4234计算所述手术工具50的厚度，进而计算出所述手术工具50影响目标组织的厚度，例如截骨操作的截骨厚度。

需要说明的是，本发明中所称的手术工具50的第一面51、第二面52是与所述手术工具50的厚度方向相垂直的，手术工具50的第三面是与所述手术工具50的宽度方向相垂直的，即所述第一面51为所述手术工具50的正面和背面中的其中一个面，所述第二面52为所述手术工具50的正面和背面中的另一个面，所述第三面53为所述手术工具50的其中一个侧面。

请继续参考图4a至图4c，其中图4a示意性地给出了本发明第一种实施例中的手术工具的第一面的示意图，图4b示意性地给出了本发明第一种实施例中的手术工具的第二面的示意图，图4c示意性地给出了本发明第一种实施例中的手术工具的第三面的示意图。如图4a所示，所述手术工具50的第一面51设有第一码道511，所述第一码道511包括多个与所述手术工具50的宽度方向D4平行且等间隔设置的第一不透光条带5111，由此以形成第一光栅，任意相邻的两个所述第一不透光条带5111之间的距离即为所述第一光栅的栅距。如图4b所示，所述手术工具50的第二面52设有第二码道521，所述第二码道521包括多个与所述手术工具50的长度方向D5平行且等间隔设置的第二不透光条带5211，由此以形成第二光栅，任意相邻的两个所述第二不透光条带5211之间的距离即为所述第二光栅的栅距。如图4c所示，所述手术工具50的第三面53包括多个与所述手术工具50的长度方向D5平行且等间隔设置的第三不透光条带5311，由此以形成第三光栅，任意相邻的两个所述第三不透光条带5311之间的距离即为所述第三光栅的栅距。由此，通过所述第一不透光条带5111可以将照射至所述手术工具50的第一面51的第一照射光反射至第一光电传感器4213A，所述第一光电传感器4213A对所接收的第一反射光进行光电转换，以形成对应的第一电信号并输出至第一转换电路4212A，所述第一转换电路4212A对所接收的第一电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第一脉冲信号4214至控制器16，所述控制器16通过计算即可得到所述手术工具50相对于所述导向部430的移动深度，其中，移动深度＝第一光栅的栅距×第一脉冲的个数。通过所述第二不透光条带5211可以将照射至所述手术工具50的第二面52的第二照射光反射至第二光电传感器4223A，所述第二光电传感器4223A对所接收的第二反射光进行光电转换，以形成对应的第二电信号并输出至第二转换电路4222A，所述第二转换电路4222A对所接收的第二电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第二脉冲信4224号至控制器16，所述控制器16通过计算即可得到所述手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度，其中，移动宽度＝第二光栅的栅距×第二脉冲的个数。通过所述第三不透光条带5311可以将照射至所述手术工具50的第三面53的第三照射光反射至第三光电传感器4233A，所述第三光电传感器4233A对所接收的第三反射光进行光电转换，以形成对应的第三电信号并输出至第三转换电路4232A，所述第三转换电路4232A对所接收的第三电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第三脉冲信号4234至控制器16，所述控制器16通过计算即可得到所述手术工具50的厚度，其中，厚度＝第三光栅的栅距×第三脉冲的个数。

下面以测量移动深度为例对本实施例中的光编码器单元的测量原理进行说明，请参考图5，其示意性给出了本实施例提供的光电编码器单元的测量原理示意图。如图5所示，当第一光源4211A提供的第一照射光照射至手术工具50的第一面51时，所述第一不透光条带5111会反射一部分第一照射光，从而形成第一反射光，当所述手术工具50沿所述导向部430的深度方向移动时，第一光源4211A提供的第一照射光会连续不断的被所述第一不透光条带5111反射至第一光电传感器4213A内，经光电转换后输出近似正弦的第一电信号，该第一电信号经转换电路进行放大处理后输出对应的第一脉冲信号4214，通过记录第一脉冲的个数即可得到手术工具50相对于导向部430的移动深度。关于手术工具50的移动宽度和其厚度的测量原理可以参照上述的移动深度的测量原理，故对此不再进行赘述。

请继续参考图6，其示意性地给出了本发明一实施例提供的集成有激光传感器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图。如图6所示，在本实施例中，所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423均为激光传感器单元。其中，所述第二传感器单元422包括第一激光发射器4225、第一激光接收器4226和第一转换电路4222B，所述第一激光发射器4225用于向与导向部430配合的手术工具50发射与所述导向部430的宽度方向D3相平行的第一激光，所述第一激光接收器4226用于接收未被所述手术工具50阻断的第一激光，以计算未被接收的第一激光的宽度并输出对应的第一电信号至所述第一转换电路4222B；所述第一转换电路4222B用于对所述第一电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第一数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第一数字信号计算所述手术工具50影响目标组织的宽度，例如截骨操作的截骨宽度。由于激光的准直性，当将所述手术工具50插入所述导向部430后，所述第一激光发射器4225发射出的第一激光中的一部分会被所述手术工具50阻断，导致所述第一激光接收器4226无法接收到相应通道的第一激光，通过所述第一激光接收器4226可以测量出未被接收的第一激光的宽度，进而可以测量出所述手术工具50相对于所述导向部430的移动宽度。

所述第三传感器单元423包括相对设置的第二激光发射器4235、第二激光接收器4236和第二转换电路4232B，其中所述第二激光发射器4235用于向与导向部430相配合的手术工具50发射与所述导向部430的长度方向D2相平行的第二激光，所述第二激光接收器4236用于接收未被所述手术工具50阻断的第二激光，以计算未被接收的第二激光的宽度并输出对应的第二电信号至所述第二转换电路4232B；所述第二转换电路4232B用于对所述第二电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第二数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第二数字信号计算所述手术工具50影响目标组织的厚度，例如截骨操作的截骨厚度。由于激光的准直性，当将所述手术工具50插入所述导向部430后，所述第二激光发射器4235发射出的第二激光中的一部分会被所述手术工具50阻断，导致所述第二激光接收器4236无法接收到相应通道的第二激光，通过所述第二激光接收器4236可以测量出未被接收的第二激光的宽度，进而可以测量出所述手术工具50的厚度，即所述手术工具50影响目标组织的厚度。

请继续参考图7，其示意性地给出了本发明一实施例提供的集成有磁编码器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图。如图7所示，在本实施例中，所述第一传感器单元421、所述第二传感器单元422和所述第三传感器单元423均为磁编码器单元。其中，所述第一传感器单元421包括第一磁感应器4215和第一转换电路4212B；所述第一磁感应器4215用于读取与所述导向部430配合的手术工具50的第一面51的对应位置处的第一磁场强度，并将所读取的第一磁场强度转换为对应的第一电信号；所述第一转换电路4212B用于对所述第一电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第一数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第一数字信号计算所述手术工具50的移动深度，进而计算所述手术工具50影响目标组织的深度，例如截骨操作的截骨深度。

所述第二传感器单元422包括第二磁感应器4227和第二转换电路4222C；所述第二磁感应器4227用于读取与所述导向部430配合的手术工具50的第二面52的对应位置处的第二磁场强度，并将所读取的第二磁场强度转换为对应的第二电信号；所述第二转换电路4222C用于对所述第二电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第二数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第二数字信号计算所述手术工具50的移动宽度，进而计算所述手术工具50影响目标组织的宽度，例如截骨操作的截骨宽度。

所述第三传感器单元423包括第三磁感应器4237和第三转换电路4232C，所述第三磁感应器4237用于读取与所述导向部430内的手术工具50的第三面53的对应位置处的第三磁场强度，并将所读取的第三磁场强度转换为对应的第三电信号；所述第三转换电路4232C用于对所述第三电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第三数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收第三数字信号计算所述手术工具50的厚度，进而计算所述手术工具50影响目标组织的厚度，例如截骨操作的截骨厚度。

请参考图8a至图8c，其中图8a示意性地给出了本发明第二种实施例中的手术工具的第一面的示意图；图8b示意性地给出了本发明第二种实施例中的手术工具的第二面的示意图；图8c示意性地给出了本发明第二种实施例中的手术工具的第三面的示意图。如图8a至图8c所示，所述手术工具50的第一面51设有第一磁体512，所述手术工具50的第二面52设有第二磁体522，所述手术工具50的第三面53设有第三磁体532。由于不同磁体位置处的磁场强度是不同的，由此，当手术工具50在导向部430内移动时，可以实时测量出所述手术工具50的移动深度、移动宽度以及所述手术工具50的厚度。

下面以测量移动深度为例，对本实施例中的磁编码器单元的测量原理进行说明。请参考图9，其示意性地给出了本实施例提供的磁编码器单元的测量原理示意图。如图9所示，所述第一磁感应器4215读取所述手术工具50的第一面51上的第一磁体512的对应位置处的磁场强度，并将所读取的磁场强度转换成对应的第一电信号，并将该第一电信号传输给第一转换电路4212B，所述第一转换电路4212B对所述第一电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第一数字信号至控制器16，所述控制器16根据所接收的第一数字信号计算所述手术工具50的移动深度，进而得到所述手术工具50影响目标组织的深度，例如截骨操作的截骨深度。关于手术工具50的移动宽度和其厚度的测量原理可以参照上述的移动深度的测量原理，故对此不再进行赘述。

请继续参考图10，其示意性地给出了本发明一实施例提供的集成有光电传感器单元的手术工具引导装置的局部结构示意图。如图10所示，在本实施例中，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元和所述第三传感器单元均为光电传感器单元，且所述第一传感器单元和所述第二传感器单元为同一个光电传感器单元，为了便于描述将用于测量深度和宽度，例如截骨深度和截骨宽度的光电传感器单元称为第一光电传感器单元，将用于测量厚度，例如截骨厚度的光电传感器单元称为第二光电传感器单元。如图10所示，所述第一光电传感器单元包括第一光源4221B(例如LED光源)、第一透镜4228、第一光电传感器4223B和第一转换电路4222D，所述第一光源4221B用于向与所述导向部430配合的手术工具50的第二面52(或第一面51)提供第一照射光；所述第一照射光中的至少一部分经所述手术工具50的第二面52(或第一面51)折射后穿过所述第一透镜4228并到达所述第一光电传感器4223B；所述第一光电传感器4223B用于将接收的第一光信号转化为第一电信号并输出至所述第一转换电路4222D；所述第一转换电路4222D用于对所述第一电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第一数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第一数字信号计算所述手术工具50的移动深度和移动宽度，进而获得所述手术工具50影响目标组织的深度和宽度，例如截骨操作的截骨深度和截骨宽度。

所述第二光电传感器单元包括第二光源4231B(例如LED光源)、第二透镜4238、第二光电传感器4233B和第二转换电路4232D，所述第二所述光源用于向与所述导向部430配合的手术工具50的第三面53提供第二照射光；所述第二照射光中的至少一部分经所述手术工具50的第三面53折射后穿过所述第二透镜4238并到达所述第二光电传感器4233B；所述第二光电传感器4233B用于将接收的第二光信号转化为第二电信号并输出至所述第二转换电路4232D；所述第二转换电路4232D用于对所述第二电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的第二数字信号至控制器16；所述控制器16根据所接收的第二数字信号计算所述手术工具50的移动深度和所述手术工具50的厚度，进而获得所述手术工具50影响目标组织的深度和厚度，例如截骨操作的截骨深度和截骨厚度。

下面以测量移动深度和移动宽度为例，对本实施例提供的光电传感器单元的测量原理进行说明，请参考图11，其示意性地给出了本发明一实施例提供的第一光电传感器单元的测量原理示意图。如图11所示，通过第一光源4221B(例如LED光源)发射的第一照射光照射至所述手术工具50的第二面52(或第一面51)，所述第一照射光中的一部分光经所述手术工具50的第二面52(或第一面51)折射后穿过所述第一透镜4228，并达到所述第一光电传感器4223B，当所述手术工具50移动时，其移动轨迹便会被记录下来，所述第一光电传感器4223B将所接收的第一光信号转换为第一电信号并输出至所述第一转换电路4222D，所述第一转换电路4222D对所述第一电信号进行模数转换与放大处理后输出对应的第一数字信号至所述控制器16，所述控制器16根据所接收的第一数字信号计算所述手术工具50的移动深度和移动宽度。关于所述第二光电传感器单元的测量原理可以参照所述第一光电传感器4223B的测量原理，故对此不再进行赘述。

为达到上述目的，本发明还提供了一种引导组件，请参考图12，其示意性地给出了本发明一实施例提供的引导组件的方框结构示意图。如图12所示，所述引导组件4包括上文所述的手术工具引导装置41、连接轴42和靶标安装座43，所述连接轴42的两端分别连接所述手术工具引导装置41以及所述靶标安装座43，所述靶标安装座43用于与机械臂2的末端可拆卸式连接并且可连接用于定位机械臂或者手术工具的位置传感部件，例如光学靶标。具体的，所述靶标安装座43可通过连接孔连接到所述机械臂2的末端。由于本发明提供的引导组件4包括上文所述的手术工具引导装置41，由此本发明可以实时测量每一次的手术工具影响组织的信息，例如深度、宽度及厚度中的至少一者，例如在截骨过程中，手术工具进行截骨操作的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度，以便于主操作医生将手术工具引导装置41测得的实测值与手术操作前输入的输入值进行比对，进而可以对每一步的手术操作(例如截骨操作)进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的手术工具50影响目标组织的深度、宽度、厚度，例如截骨深度、截骨宽度、截骨厚度，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)，调整后续的手术操作(例如截骨操作)，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了手术操作对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。

基于以上类似发明构思，本发明还提供一种手术系统，请参考图13，其示意性地给出了本发明一实施例提供的用于进行骨科手术的手术系统的应用场景示意图。需要说明的是本发明的骨科手术系统对应用环境没有特别的限制，例如可以应用于膝关节置换，也可应用于其他的手术。以下描述中，以用于膝关节置换为示例对骨科手术系统进行说明，但不应以此作为对本发明的限定。此外，需要说明的是，虽然本发明是以用于进行骨科手术的手术系统为例进行说明，但是本发明并不以此为限，如本领域技术人员所能理解的，所述手术系统还可以为用于进行其它组织手术的手术系统。

如图13所示，所述手术系统包括控制装置、导航设备6、机械臂2以及如上文所述的引导组件4。所述控制装置实际为一台计算机，该计算机配置了控制器16、主显示器8和键盘10，优选的，所述控制装置还包括辅助显示器7。在本实施例中，所述辅助显示器7和主显示器8所显示的内容一致，例如均用于显示截骨位置图像。所述导航设备6可以是电磁定位导航设备、光学定位导航设备或电磁定位导航设备。优选的，所述导航设备6为光学定位导航设备，相比于其他的导航方式，光学定位导航设备的测量精度高，可以有效提高引导组件4的定位精度。

以下描述中，以光学定位导航为示例进行说明，但不以此为限。

所述导航设备6具体包括导航标志物和跟踪仪，所述导航标志物包括基座靶标15和工具靶标3，基座靶标15固定不动，例如基座靶标15被固定在手术台车1上而用于提供一个基座标系(或称基座靶标15坐标系)，而工具靶标3安装在引导组件4上用于跟踪引导组件4的位置。所述引导组件4安装在机械臂2的末端，从而通过机械臂2来支撑引导组件4，并调整引导组件4的空间位置和姿态，进一步限定与所述引导组件配合的手术工具，例如摆锯5的位置和姿态。

实际中，利用跟踪仪来捕捉工具靶标3反射的信号(优选为光信号)并记录工具靶标3的位置(即工具靶标3在基座标系下的位置和姿态)，再由控制器16内存储的计算机程序根据工具靶标3的位置，控制机械臂2运动，机械臂2驱动引导组件4和工具靶标3运动，以使引导组件4运动到预定位置。

因此，手术系统的应用，可实现引导组件4的自动定位，且手术过程中由工具靶标3跟踪并反馈引导组件4的实时位姿，并通过控制机械臂2的运动实现引导组件4的位置和姿态的调整，不仅引导组件4的定位精度高，而且通过机械臂2来支撑引导组件4，而无需将引导组件4固定在人体上，可避免对人体产生二次伤害。

一般的，所述手术系统还包括手术台车1和导航台车9，所述控制装置和一部分所述导航设备6安装在所述导航台车9上，例如所述控制器16安装在所述导航台车9的内部，所述键盘10放置在所述导航台车9的外部进行操作，所述主显示器8、辅助显示器7和跟踪仪均安装在一个支架上，所述支架竖直固定在导航台车9上，而所述机械臂2安装在所述手术台车1上。所述手术台车1和导航台车9的使用，使整个手术操作更为方便。

在执行膝关节置换手术时，本实施例的手术系统的使用过程大致包括以下操作：

首先，将手术台车1及导航台车9移动至病床旁边合适的位置；

然后，安装导航标志物(导航标志物还包括股骨12靶标11、胫骨14靶标13)、引导组件4以及其他相关部件(如无菌袋)；

之后，医生将患者的骨头CT/MR扫描模型导入所述计算机进行术前规划，得到截骨方案，该截骨方案例如包括截骨平面坐标、假体的型号以及假体的安装方位等信息；具体地，根据CT/MR扫描得到的患者膝关节影像数据，创建三维膝关节数字模型，进而根据三维膝关节数字模型创建截骨方案，以便手术医生根据截骨方案进行术前评估；更具体地，基于三维膝关节数字模型，并结合得到的假体的尺寸规格以及引导组件4的安装位置等确定截骨方案，所述截骨方案最终以手术报告形式输出，其记录有截骨平面坐标、截骨量、截骨角度、假体规格、假体的安装位置、手术辅助工具等一系列参考数据，特别还包括一系理论说明，如选取该截骨角度的原因说明等，以为手术医生提供参考；其中，三维膝关节数字模型可通过主显示器8进行显示，且医生可通过键盘10输入手术参数，以便进行术前规划；

术前评估后，医生再使用靶标笔在患者的股骨12及胫骨14上标定特征点(即医生于患者的股骨12实体上标定多个股骨12解剖特征点，在胫骨14实体上标定多个胫骨14解剖特征点)，并通过导航设备6以基座靶标15为基准，记录患者胫骨14和股骨12上所有特征点的位置，并将所有特征点的位置发生给所述控制器16，然后所述控制器16通过特征匹配算法得到股骨12及胫骨14的实际方位，并与股骨12及胫骨14上的CT/MR图像方位相对应。

随后，通过导航设备6将股骨12及胫骨14的实际方位与安装在股骨12及胫骨14上的相应靶标相联系，使得股骨12靶标11和胫骨14靶标13可以实时跟踪骨头的实际位置，且手术过程中，只要靶标与骨头间的相对位置固定，骨头移动不会影响手术效果。

最后，通过导航设备6将术前规划的截骨平面坐标发送给机械臂2，所述机械臂2通过工具靶标3定位截骨平面并运动到预定位置后，使机械臂2进入保持状态(即不动)，此后，医生即可使用摆锯5或电钻等手术工具通过引导组件4进行截骨和/或钻孔操作。完成截骨及钻孔操作后，医生即可安装假体及进行其他手术操作。

本实施例中，所述导航标志物还包括股骨靶标11和胫骨靶标13。其中股骨靶标11用于定位股骨12的空间位置和姿态，胫骨靶标13用于定位胫骨14的空间位置和姿态。如前所说的，所述工具靶标安装在引导组件4上，但在其它实施例中，所述工具靶标3也可以安装在机械臂2的末端关节上。

由于本发明提供的手术系统，包括上文所述的引导组件4，由此通过所述引导组件4中的手术工具引导装置41可以实时测量每一次的手术工具进行手术操作时影响目标组织的信息，例如截骨操作的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度中的任一者，以便于主操作医生将通过将所述手术工具引导装置41测得的影响目标组织的信息，例如截骨操作的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度的实测值与输入值进行比对，进而可以对每一步的手术操作(例如截骨操作)进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的影响目标组织的信息，例如截骨操作的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)，调整后续的手术操作(例如截骨操作)，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了手术操作对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。

与上述的手术系统相对应，本发明还提供一种手术操作校验方法，请参考图14，其示意性地给出了本发明一实施方式的手术操作校验方法的示意图，如图14所示，所述手术操作校验方法包括如下步骤：

步骤S1、获取当前手术工具影响目标组织的信息。

具体的，在本步骤中，采用上文所述的手术工具引导装置41，获取当前手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者，例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度和截骨厚度。进一步的，在本步骤中，还获取当前手术工具影响目标组织的角度。具体的，可采用上文所述的手术工具引导装置获取当前手术工具相对于导向部的倾斜角度和所述导向部的角度；以及根据当前所述手术工具的倾斜角度和所述导向部的角度获取当前所述手术工具影响目标组织的角度。

步骤S2、根据所获取的当前手术工具影响目标组织的信息以及预先获取的目标组织的影像数据，创建所述目标组织的手术操作模型。

具体的，在本步骤中，根据所获取的当前手术工具影响目标组织的深度、宽度、厚度中的至少一者、角度以及预先获取的目标组织的影像数据，创建所述目标组织的手术操作模型。例如，针对截骨手术，根据所获取的当前手术工具的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度、截骨角度以及预先获取的待截骨头的影像数据，创建截骨模型。

步骤S3、根据所述手术操作模型评估当前所述手术工具的手术操作效果。

例如，针对截骨手术，根据所创建的截骨模型评估当前截骨操作的截骨效果。

具体的，可采用上文所述的手术工具引导装置41测量手术工具50的移动深度、移动宽度、所述手术工具50的厚度并结合导向部430的角度以获取当前手术工具影响目标组织的深度、宽度、厚度和角度，例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度。在实际操作时，首先，机械臂2按照指定的规划路径将上文所述的手术工具引导装置41移动到指定的手术操作位置，例如截骨位置并处于保持状态；然后，将手术工具50(例如摆锯锯片)插入对应的导向部430中至目标位置处，启动所述手术工具引导装置41上的对应的检测模块420，并开始读取所述手术工具50此时的起始位置；之后手术工具50开始进行手术操作(例如截骨操作)，手术过程中(例如截骨过程)中检测模块420会实时将携带有手术工具50相对于所述导向部430的移动距离和自身厚度的数字信号同步传输给控制器16进行处理，所述控制器16通过计算可得到手术工具50相对于导向部430的移动距离、倾斜角度和自身厚度，结合相应的导向部430角度即可得到所述手术工具50在当前方向的影响目标组织的深度、宽度、厚度和角度(例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度)，再结合预先获取的目标组织(例如待截骨头)的影像数据(例如CT数据)，进行三维目标组织手术操作模型(例如截骨模型)的重建，从而得到实时的三维手术操作模型(截骨模型)。

由此，本发明提供的手术操作校验方法通过获取每一次的手术工具影响目标组织的信息(例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度)，并根据所获取的手术工具影响目标组织的信息(例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度)以及预先获取的目标组织(例如待截骨头)的影像数据，创建所述目标组织(例如骨头)的手术操作模型(例如截骨模型)，优选为三维模型，从而可以便于医生根据所述目标组织的手术操作模型(例如截骨模型)，评估当前手术工具的操作效果(例如截骨操作的截骨效果)，进而可以根据当前手术工具的操作效果确定下一次的手术操作数据，例如，根据当前的截骨效果确定下一次截骨操作的截骨方向和截骨量(包括截骨深度、截骨宽度和截骨厚度)，从而能够有效提高手术操作(例如截骨手术)的精度和效果。

本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上文所述的手术操作校验方法。本发明提供的存储介质通过获取每一次的手术工具影响目标组织的信息(例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度)，并根据所获取的手术工具影响目标组织的信息(例如截骨手术中的截骨深度、截骨宽度、截骨厚度和截骨角度)以及预先获取的目标组织(例如待截骨头)的影像数据，创建所述目标组织(例如骨头)的手术操作模型(例如截骨模型)，优选为三维模型，从而可以便于医生根据所述目标组织的手术操作模型(例如截骨模型)，评估当前手术工具的操作效果(例如截骨操作的截骨效果)，进而可以根据当前手术工具的操作效果确定下一次的手术操作数据，例如根据当前的截骨效果确定下一次截骨操作的截骨方向和截骨量(包括截骨深度、截骨宽度和截骨厚度)，从而能够有效提高手术操作(例如截骨手术)的精度和效果。

本发明实施方式的可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机硬盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其组合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的手术工具引导装置、引导组件、手术系统和存储介质具有以下优点：本发明通过在手术工具引导装置上设置导向部和检测模块，由此，可以通过所述检测模块实时感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息，例如影响目标组织的深度、宽度和厚度中的任一种或任几种，进而可以便于主操作医生将所述检测模块感测到的实测值与手术操作前输入的输入值进行比对，以对每一步的手术操作(例如截骨操作)进行评估和校准，有效提高了手术操作(例如截骨操作)的准度；同时也可以在整个术中实现手术操作(例如截骨操作)验证功能，使得每一步的手术操作(例如截骨操作)都得到验证，保证早发现早纠正，降低了因手术操作(例如截骨操作)失误而对病人身体造成损伤的风险。此外，每一次测得的手术工具影响目标组织的信息，可以为医生提供参考，使得医生可以根据前一步的手术操作(例如截骨操作)结果，调整后续的手术操作(例如截骨操作)的数据，由此在提高手术操作(例如截骨操作)精度的同时也降低了对医生操作经验的依赖，缩短了手术时间，提高了手术效率。另外，本发明通过采用检测模块感测手术工具影响目标组织的信息，来替代人工测量手术操作(例如截骨操作)的数据，不仅可以提高手术操作(例如截骨操作)数据的测量精度，同时也可以避免医生术中多次测量产生的工作量，提高了手术效率。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、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，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，可以用于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。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种手术工具引导装置，其特征在于，包括导块本体；

所述导块本体上设有若干导向部和若干检测模块，所述导向部用于与手术工具配合以为手术操作提供导向，所述检测模块用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的信息。

2.根据权利要求1所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述检测模块用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述检测模块包括至少一个第一传感器单元、至少一个第二传感器单元和至少一个第三传感器单元中的至少一者；

所述第一传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的深度；

所述第二传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的宽度；

所述第三传感器单元用于感测与所述导向部配合的手术工具影响目标组织的厚度。

4.根据权利要求3所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为光编码器单元，所述光编码器单元包括光源、转换电路和光电传感器；

所述光源用于向与所述导向部配合的手术工具的第一面、第二面或第三面提供照射光，其中，所述第一面、所述第二面与所述手术工具的厚度方向相垂直，所述第三面与所述手术工具的宽度方向相垂直；

所述光电传感器用于接收由所述手术工具的所述第一面、所述第二面或所述第三面反射回来的反射光，并对所述反射光进行光电转换，以形成电信号并输出至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的脉冲信号至控制器；

所述控制器根据所接收的脉冲信号计算所述手术工具影响所述目标组织的深度、宽度或厚度。

5.根据权利要求4所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述手术工具的第一面、第二面、第三面中的至少一者设有码道，并且对应所述第一面、所述第二面、所述第三面的所述码道分别定义为第一码道、第二码道、第三码道；

所述第一码道包括多个与所述手术工具的宽度方向平行且等间隔设置的第一不透光条带；

所述第二码道包括多个与所述手术工具的长度方向平行且等间隔设置的第二不透光条带；

所述第三码道包括多个与所述手术工具的长度方向平行且等间隔设置的第三不透光条带。

6.根据权利要求3所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为激光传感器单元，所述激光传感器单元包括激光发射器、激光接收器和转换电路；

所述激光发射器用于向与所述导向部配合的手术工具发射与所述导向部的宽度方向或长度方向相平行的激光；

所述激光接收器用于接收未被所述手术工具阻断的激光，以计算未被接收的激光的宽度并输出对应的电信号至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的宽度或厚度。

7.根据权利要求3所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为磁编码器单元，所述磁编码器单元包括磁感应器和转换电路；

所述磁感应器用于读取与所述导向部配合的手术工具的第一面、第二面或第三面的对应位置处的磁场强度，并将读取的所述磁场强度转换为对应的电信号，其中，所述第一面、所述第二面与所述手术工具的厚度方向相垂直，所述第三面与所述手术工具的宽度方向相垂直；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的深度、宽度或厚度。

8.根据权利要求7所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述手术工具的第一面、第二面、第三面中的至少一者设有磁体。

9.根据权利要求3所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述第一传感器单元、所述第二传感器单元、所述第三传感器单元中的至少一者为光电传感器单元，所述光电传感器单元包括光源、透镜、光电传感器和转换电路；

所述光源用于向与所述导向部配合的手术工具提供照射光；

所述照射光中的至少一部分经所述手术工具折射后穿过所述透镜并到达所述光电传感器；

所述光电传感器用于将所接收的光信号转换为电信号并输出至所述转换电路；

所述转换电路用于对所接收的电信号进行模数转换与放大处理并输出对应的数字信号至控制器；

所述控制器根据所接收的数字信号计算所述手术工具影响所述目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者。

10.根据权利要求3所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述第一传感器单元和所述第二传感器单元的个数均为两个。

11.根据权利要求1所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述检测模块与所述导块本体之间为一体式结构或者可拆卸式连接。

12.根据权利要求11所述的手术工具引导装置，其特征在于，所述检测模块上设有第一固定孔和插槽，所述导块本体上设有与所述第一固定孔对应设置的第二固定孔，所述插槽与所述导向部对应设置。

13.一种引导组件，应用于手术系统，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的手术工具引导装置、连接轴和靶标安装座，所述连接轴的两端分别连接所述手术工具引导装置以及所述靶标安装座，所述靶标安装座用于与所述手术系统的机械臂的末端可拆卸式连接。

14.一种手术系统，其特征在于，包括控制器、机械臂和如权利要求13所述的引导组件，所述机械臂的末端用于连接所述引导组件，所述控制器用于控制所述机械臂运动，以调整所述引导组件的位置和姿态。

15.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：

获取当前手术工具影响目标组织的信息；

根据所获取的当前手术工具影响目标组织的信息以及预先获取的目标组织的影像数据，创建所述目标组织的手术操作模型；以及

根据所述手术操作模型评估当前所述手术工具的手术操作效果。

16.根据权利要求15所述的可读存储介质，其特征在于，所述获取当前手术工具影响目标组织的信息，包括：

获取当前手术工具影响目标组织的深度、宽度和厚度中的至少一者。

17.根据权利要求16所述的可读存储介质，其特征在于，所述获取当前手术工具影响目标组织的信息，包括：

获取当前手术工具影响目标组织的角度。

18.根据权利要求17所述的可读存储介质，其特征在于，所述获取当前手术工具影响目标组织的角度，包括：

获取当前手术工具相对于导向部的倾斜角度和所述导向部的角度；以及

根据当前所述手术工具的倾斜角度和所述导向部的角度获取当前所述手术工具影响目标组织的角度。

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