CN113662620B - 骨质磨除系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种骨质磨除系统及其控制方法，该方法包括：通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力；根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号。解决了现有骨质磨除方法成功率较低的问题。

Description

骨质磨除系统及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及医疗设备领域，尤其涉及一种骨质磨除系统及其控制方法。
背景技术
在神经外科的手术过程中往往需要对部分骨质结构进行磨骨操作。由于颅内各个重要解剖结构彼此相邻，而且病变容易导致骨质结构异常，因此骨质磨骨操作对临床医生的经验要求较高。如果临床医生的经验不够丰富则极易发生术中损伤被磨除骨质周围重要解剖结构的情况，且该情况一旦发生就会增加患者手术失败的风险或者术后感染的风险。
因此有必要提供一种骨质磨除系统及其控制方法，辅助医生进行临床骨质磨除，以提高临床骨质磨除成功率。
发明内容
本发明实施例提供了一种骨质磨除系统及其控制方法，解决了现有骨质磨除成功率较低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种骨质磨除系统的控制方法，包括：
通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力；
根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种骨质磨除系统，包括：
位置获取机构，用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置；
力传感器，用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前反馈力；
控制器，用于根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号。
本发明实施例提供的骨质磨除系统的控制方法的技术方案，通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力；根据当前位置对应的已磨除骨质厚度自动降低磨骨工具的磨骨速度，以降低磨骨工具磨穿磨骨边界的风险以及提高临床医生的骨质磨除手感；在检测到当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界时立即输出用于制动磨骨工具的制动信号，从而在磨骨工具刚达到磨骨边界且临床医生没有对磨骨工具执行制动操作时，自动停止磨骨工具的磨骨操作，可有效避免磨骨工具将磨骨边界磨穿，并伤及磨骨边界后方的危及器官；通过降速和紧急制动两种方式保障了磨骨操作的准确性和安全性，以及加快临床医生获取不同磨骨阶段的磨骨手感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，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是本发明实施例一提供的骨质磨除系统的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的颅底手术示意图；
图3是本发明实施例一提供的又一颅底手术示意图；
图4是本发明实施例一提供的反馈力与已磨除骨厚度的关系示意图；
图5是本发明实施例二提供的骨质磨除系统的示意图；
图6是本发明实施例二提供的控制器的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的骨质磨除系统的控制方法的流程图。本实施例的技术方案适用于通过不同的提示信息引导骨质磨除的进行，以有效防止骨质磨除超限情况的出现。其中，骨质磨除系统包括位置获取机构、力传感器以及连接该位置获取机构和力传感器的控制器。该方法由控制器执行，具体包括如下步骤：
S101、通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力。
以颅底病变手术为例，该手术实施时，需要操作磨骨工具01经鼻咽腔11对蝶窦后壁进行磨除，参见图2和图3所示。该手术中，蝶窦12的后壁121即为待磨除骨质，且磨骨边界为蝶窦后壁的外侧密质骨。该外侧密质骨的后方分布有危及器官13，比如腺垂体、垂体柄、颈动脉血管等重要解剖结构，因此磨骨操作必须保证不能磨穿蝶窦后壁的外侧密质骨，否则就会因术中损伤待磨除骨质周围的解剖结构而增加患者术后感染的风险，甚至出现手术失败的情况。
其中，磨骨工具为临床常用的磨骨工具，比如脑室内镜或颅底内镜（参见图2）、磨骨钻（参见图3）等。
其中，当前反馈力为磨骨工具对待磨除骨质进行磨除的过程中，磨骨工具受到的来自待磨除骨质的反作用力。
其中，待磨除骨质与所有骨质结构一样，包括两侧的密质骨以及两侧密质骨之间的松质骨，其中，密质骨的密度大于松质骨，因此磨骨工具在磨除密质骨时所受到的反馈力大于其在磨除松质骨时所受到的反馈力。
磨骨过程中，磨骨工具从待磨除骨质的内侧密质骨开始进行磨骨操作，通过力传感器实时检测磨骨工具在磨骨过程中受到的反馈力。如图4所示，在检测到磨骨工具受到的反馈力从第一峰值回落时，则判定此时为磨骨工具从内侧密质骨进入中间松质骨的时刻；在检测到磨骨工具受到的反馈力从第二峰值回落时，则判定此时为磨骨工具从中间松质骨进入外侧密质骨的时刻，即磨骨工具刚到达磨骨边界的时刻，应立即向磨骨工具输出用于制动磨骨工具的制动信号。本实施例达到了根据磨骨工具在对待磨除骨质磨除过程中受到的反馈力的变化信息，确定磨骨工具从一个骨质部分进入另一个骨质部分的时刻，并在期望时刻对磨骨工具执行设定操作的技术效果。
在一个实施例中，在检测到当前反馈力从设定峰值回落时，输出用于制动磨骨工具的制动信号。适应于磨骨工具在对内侧密质骨进行磨除时，相应反馈力信号获取失败的情况。由于磨骨工具必须经过松质骨才能到达外侧密质骨，因此在检测到当前反馈力在低值区间维持一段时间时，说明磨骨工具在该段时间内都在磨除松质骨；在检测到磨骨工具受到的反馈力大幅上升时说明磨骨工具正在接近外侧密质骨，当检测到磨骨工具受到的反馈力上升到一定峰值并开始回落时，说明磨骨工具已经在对外侧密质骨进行磨除，即磨骨工具已到达磨骨边界，此时需立即停止骨质磨除操作。
本实施例优选在磨骨工具的末端设置光学追踪阵列，并由导航装置通过定位该光学追踪阵列来确定磨骨工具的当前位置，以获取磨骨工具在磨骨过程中的实时位置。可以理解的是，根据磨骨工具在磨骨操作开始时的初始位置以及磨骨工具的当前位置，可以确定当前已磨除骨质厚度。其中，导航装置优选但不限于双目导航装置。
S102、根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动磨骨工具的制动信号。
可以理解的是，随着磨骨操作的进行，磨骨工具的磨骨速度越高，待磨除骨质周围的危及器官被危及的可能性就越大，反之，待磨除骨质周围的危及器官被危及的可能性就越小。为此，本实施例根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，或者说根据当前位置对应的已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度的比值，降低磨骨工具的磨骨速度，从而提高磨骨操作的准确性以及降低危及器官被危及的可能性。而且，降低磨骨工具的磨骨速度还可以提高临床医生对磨骨操作的感知准确性和磨骨操作的掌控力，而感知准确性和掌控力的提高，有助于磨骨操作的准确性的提高。
其中，待磨除骨质厚度的获取方法包括：获取包含待磨除骨质的目标对象的医学影像数据，比如CT（Computed Tomography，简称CT，即电子计算机断层扫描成像）数据，根据该医学影像数据确定待磨除骨质厚度。其中，该医学影像数据对应的层厚应小于或等于1.5mm，以满足骨质磨除的精度要求。可以理解的是，待磨除骨质厚度和已磨除骨质厚度确定之后，即可确定已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度中的比值。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：在检测到当前位置对应的已磨除骨质厚度达到预设厚度阈值时，将磨骨工具的磨骨速度降低至第一预设速度。其中，预设厚度阈值分布在待磨除骨质厚度的50%-60%之间，第一预设速度优选为原磨骨速度的70%，也可由临床医生根据需要自行设置。示例性的，待磨除骨质厚度为5个单位，预设厚度阈值为3个单位，在检测到当前位置对应的已磨除骨质厚度达到3个单位时（参见图4），将磨骨工具的磨骨速度降低为原速度的70%，以提高临床医生对磨骨操作的感知准确性和掌控力。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：在当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界之前，如果对应预设厚度阈值的位置信息获取失败，且当前位置对应的已磨除骨质厚度大于预设厚度阈值，则将磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度，其中，第二预设速度小于或等于第一预设速度。示例性的，待磨除骨质厚度为5个单位，预设厚度阈值为2.5个单位的厚度，第一预设速度为V1。磨骨工具在运动至该2.5个单位的厚度对应的位置时，磨骨工具上的光学追踪阵列被遮挡，双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置，因此控制器控制磨骨工具继续执行磨骨操作，直至磨骨工具上的光学追踪阵列重新进入双目导航装置的视野。双目导航装置再次通过定位光学追踪阵列获取磨骨工具的当前位置，如果该当前位置对应的已磨除骨质厚度为3.5个单位，则将磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度V2，且V2小于或等于V1。
在一些实施例中，在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，通过显示装置24输出用于提示定位失败的提示信息，直至光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中，即双目导航装置重新根据光学追踪阵列追踪到磨骨工具的当前位置，则将显示装置输出的提示信息替换为磨骨工具的当前位置信息。显示装置输出的当前位置信息可使医生随时了解磨骨进程，而显示装置输出的提示信息可使医生根据需要及时调整磨骨工具，以使光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中，从而使双目导航装置重新根据光学追踪阵列对磨骨工具进行定位。
在一些实施例中，报警信息可以通过独立的报警装置25发出。在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，控制报警装置25输出用于提示末端工具定位失败的报警信息，以使医生及时调整磨骨工具，从而使光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中；在检测到双目导航装置重新根据光学追踪阵列获取到磨骨工具的当前位置时，控制该报警装置25停止输出报警信息；或者，在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，控制报警装置输出用于提示末端工具定位失败的报警信息；在检测到双目导航装置重新根据光学追踪阵列获取到磨骨工具的当前位置时，控制该报警装置输出用于提示定位恢复的第二报警信息。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：根据当前位置对应的已磨除骨质厚度逐渐降低磨骨工具的磨骨速度，或者，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度的比值，逐渐降低磨骨工具的磨骨速度。其中，磨骨速度的降低方式可以是线性的，也可以是非线性的。
如图4所示，在待磨除骨质的磨骨过程中，磨骨工具在对待磨除骨质的内侧密质骨与松质骨的连接处进行磨骨操作时，当前反馈力达到第一峰值F1；磨骨工具在对待磨除骨质的松质骨与外侧密质骨进行磨骨操作时，当前反馈力达到第二峰值F2。
在检测到当前反馈力从第二峰值F2回落时即可确定磨骨工具刚到达作为磨骨边界的外侧密质骨，同时向磨骨工具输出制动信号，以使磨骨信号停止磨骨操作，以防止磨骨工具磨穿待磨除骨质的外侧密质骨，并伤及待磨除骨质后方的危及器官，有助于提高磨骨操作的准确性和安全性。
在一些实施例中，控制器在检测到磨骨工具到达磨骨边界时，在向磨骨工具输出制动信号的同时，还向提示装置输出用于提示磨骨结束的结束信号。该结束信号优选但不限于声音信号。
需要说明的是，在整个磨骨操作过程中，降低磨骨工具的磨骨速度或者对磨骨工具进行制动操作，均是磨骨进程的提示信息，不建议临床医生完全依赖于该系统，而是要相信自己的临床经验。如果该系统自动停止了磨骨工具的磨骨操作，则仍需检查判断当前的磨骨位置是否是磨骨边界，如果临床经验告诉自己当前的磨骨操作已到达磨骨边界，但系统没有停止磨骨工具，则可以自行停止磨骨工具，并检查当前是否已达到磨骨边界，如果是，则执行后续手术步骤，如果否，则可以继续进行磨骨操作，以防止因反馈力获取模块失灵导致磨骨边界被磨穿的情况的发生。
本发明实施例提供的骨质磨除系统的控制方法的技术方案，通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，以降低磨骨工具磨穿磨骨边界的风险以及提高临床医生的骨质磨除手感；在检测到当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界时输出用于制动所述磨骨工具的制动信号，从而在磨骨工具刚达到磨骨边界且临床医生没有对磨骨工具执行制动操作时，自动停止磨骨工具的磨骨操作，可有效避免磨骨工具将磨骨边界磨穿，并伤及磨骨边界后方的危及器官；通过降速和紧急制动两种方式保障了磨骨操作的准确性和安全性，以及加快临床医生获取不同磨骨阶段的磨骨手感。
实施例二
图5是本发明实施例提供的骨质磨除系统的结构框图。该系统用于执行上述任意实施例所提供的骨质磨除系统的控制方法，该系统包括位置获取机构21、力传感器22和控制器23，位置获取机构21用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置；力传感器22用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前反馈力；控制器23用于根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动磨骨工具的制动信号。
以颅底病变手术机器人为例，采用该手术机器人进行操作时，磨骨工具01需要经鼻咽腔11对蝶窦后壁进行磨除，参见图2和图3所示。该手术中，蝶窦12的后壁121即为待磨除骨质，且磨骨边界为蝶窦后壁的外侧密质骨。该外侧密质骨的后方分布有危及器官13，比如腺垂体、垂体柄、颈动脉血管等重要解剖结构，因此磨骨操作必须保证不能磨穿蝶窦后壁的外侧密质骨，否则就会因术中损伤待磨除骨质周围的解剖结构而增加患者术后感染的风险，甚至出现手术失败的情况。
其中，磨骨工具为临床常用的磨骨工具，比如脑室内镜或颅底内镜（参见图2）、磨骨钻（参见图3）等。
其中，位置获取机构包括双目导航装置，该双目导航装置用于通过定位设置于磨骨工具末端的光学追踪阵列来确定磨骨工具的当前位置。可以理解的是，如果在待磨除骨质的磨骨过程中，设置于磨骨工具末端的光学追踪阵列被遮挡，那么双目导航装置则无法获取其相应的位置信息，直至光学追踪阵列重新回到双目导航装置的视野中。
该系统包括用于带动磨骨工具进行骨质磨除的机械臂以及设置于该机械臂上的力传感器。用户通过机械臂拖动磨骨工具进行磨骨操作。磨骨工具在对待磨除骨质进行磨除的过程中，会受到待磨除骨质的反作用力，即反馈力。由于磨骨工具被安装于机械臂的末端，因此设置于机械臂上的力传感器也可以感受到该反馈力。其中，本实施例中的力传感器优选为六维力传感器。
其中，待磨除骨质与所有的骨质结构一样，包括两侧的密质骨以及两侧密质骨之间的松质骨。其中，密质骨的密度大于松质骨，因此磨骨工具在磨除密质骨时所受到的反馈力大于其在磨除松质骨时所受到的反馈力。
磨骨过程中，磨骨工具从待磨除骨质的内侧密质骨开始进行磨骨操作，通过力传感器实时检测磨骨工具在磨骨过程中受到的反馈力。如图4所示，在检测到磨骨工具受到的反馈力从第一峰值回落时，则判定此时为磨骨工具从内侧密质骨进入中间松质骨的时刻，在检测到磨骨工具受到的反馈力从第二峰值回落时，则判定此时为磨骨工具从中间松质骨进入外侧密质骨的时刻，即磨骨工具刚到达磨骨边界的时刻，应立即向磨骨工具输出用于制动磨骨工具的制动信号。本实施例达到了根据磨骨工具在对待磨除骨质磨除过程中受到的反馈力的变化信息，确定磨骨工具从一个骨质部分进入另一个骨质部分的时刻，并在期望时刻对磨骨工具执行设定操作的技术效果。
在一个实施例中，在检测到当前反馈力从设定峰值回落时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号。适应于磨骨工具在对内侧密质骨进行磨除时，相应反馈力信号获取失败的情况。由于磨骨工具必须经过松质骨才能到达外侧密质骨，因此在检测到当前反馈力在低值区间维持一段时间时，说明磨骨工具在该段时间内都在磨除松质骨；在检测到磨骨工具受到的反馈力大幅上升时说明磨骨工具正在接近外侧密质骨，当检测到磨骨工具受到的反馈力上升到一定峰值并开始回落时，说明磨骨工具已经在对外侧密质骨进行磨除，即磨骨工具已到达磨骨边界，此时需立即停止骨质磨除操作。
本实施例优选在磨骨工具的末端设置光学追踪阵列，并由导航装置通过定位该光学追踪阵列来确定磨骨工具的当前位置，以获取磨骨工具在磨骨过程中的实时位置。可以理解的是，根据磨骨工具在磨骨操作开始时的初始位置以及磨骨工具的当前位置，可以确定当前已磨除骨质厚度。其中，导航装置优选但不限于双目导航装置。
可以理解的是，随着磨骨操作的进行，磨骨工具的磨骨速度越高，待磨除骨质周围的危及器官被危及的可能性就越大，反之，待磨除骨质周围的危及器官被危及的可能性就越小。为此，本实施例根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，或者说根据当前位置对应的已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度的比值，降低磨骨工具的磨骨速度，从而提高磨骨操作的准确性以及降低危及器官被危及的可能性。而且，降低磨骨工具的磨骨速度还可以提高临床医生对磨骨操作的感知准确性和磨骨操作的掌控力，而感知准确性和掌控力的提高，有助于磨骨操作的准确性的提高。
其中，待磨除骨质厚度的获取方法包括：获取包含待磨除骨质的目标对象的医学影像数据，比如CT（Computed Tomography，简称CT，即电子计算机断层扫描成像）数据，根据该医学影像数据确定待磨除骨质厚度。其中，该医学影像数据对应的层厚应小于或等于1.5mm，以满足骨质磨除的精度要求。可以理解的是，待磨除骨质厚度和已磨除骨质厚度确定之后，即可确定已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度中的比值。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：在检测到当前位置对应的已磨除骨质厚度达到预设厚度阈值时，将磨骨工具的磨骨速度降低至第一预设速度。其中，预设厚度阈值分布在待磨除骨质厚度的50%-60%之间，第一预设速度优选为原磨骨速度的70%，也可由临床医生根据需要自行设置。示例性的，待磨除骨质厚度为5个单位，预设厚度阈值为3个单位，在检测到当前位置对应的已磨除骨质厚度达到3个单位时（参见图4），将磨骨工具的磨骨速度降低为原速度的70%，以提高临床医生对磨骨操作的感知准确性和掌控力。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：在当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界之前，如果对应预设厚度阈值的位置信息获取失败，且当前位置对应的已磨除骨质厚度大于预设厚度阈值，则将磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度，其中，第二预设速度大于或等于第一预设速度。示例性的，待磨除骨质厚度为5个单位，预设厚度阈值为2.5个单位的厚度，第一预设速度为V1。磨骨工具在运动至该2.5个单位的厚度对应的位置时，磨骨工具上的光学追踪阵列被遮挡，双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置，因此控制器控制磨骨工具继续执行磨骨操作，直至磨骨工具上的光学追踪阵列再次进入双目导航装置的视野。双目导航装置通过定位光学追踪阵列获取磨骨工具的当前位置，如果该当前位置对应的已磨除骨质厚度为3.5个单位，则将磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度V2，且V2小于或等于V1。
在一些实施例中，在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，通过显示装置24（参见图6）输出用于提示定位失败的提示信息，直至光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中，即双目导航装置重新根据光学追踪阵列追踪到磨骨工具的当前位置，则将显示装置输出的提示信息替换为磨骨工具的当前位置信息。显示装置输出的当前位置信息可使医生随时了解磨骨进程，而显示装置输出的提示信息可使医生根据需要及时调整磨骨工具，以使光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中，从而使双目导航装置重新根据光学追踪阵列对磨骨工具进行定位。
在一些实施例中，报警信息可以通过独立的报警装置25发出。在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，控制报警装置25输出用于提示末端工具定位失败的报警信息，以使医生及时调整磨骨工具，从而使光学追踪阵列重新出现在双目导航装置中；在检测到双目导航装置重新根据光学追踪阵列获取到磨骨工具的当前位置时，控制该报警装置25停止输出报警信息；或者，在检测到双目导航装置无法通过定位光学追踪阵列来获取磨骨工具的当前位置时，控制报警装置输出用于提示末端工具定位失败的报警信息；在检测到双目导航装置重新根据光学追踪阵列获取到磨骨工具的当前位置时，控制该报警装置输出用于提示定位恢复的第二报警信息。
在一些实施例中，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度包括：根据当前位置对应的已磨除骨质厚度逐渐降低磨骨工具的磨骨速度，或者，根据当前位置对应的已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度的比值，逐渐降低磨骨工具的磨骨速度。其中，磨骨速度的降低方式可以是线性的，也可以是非线性的。对于非线性的磨骨速度降低方式，当已磨除骨质厚度与待磨除骨质厚度的比值增加M个百分点时，磨骨速度降低N个百分点，且N小于M，从而使磨骨工具在到达磨骨边界附近时还能执行磨骨操作。
如图4所示，在待磨除骨质的磨骨过程中，磨骨工具在对待磨除骨质的内侧密质骨与松质骨的连接处进行磨骨操作时，当前反馈力达到第一峰值F1；磨骨工具在对待磨除骨质的松质骨与外侧密质骨进行磨骨操作时，当前反馈力达到第二峰值F2。
在检测到当前反馈力从第二峰值F2回落时即可确定磨骨工具刚到达作为磨骨边界的外侧密质骨，同时向磨骨工具输出制动信号，以使磨骨信号停止磨骨操作，以防止磨骨工具磨穿待磨除骨质的外侧密质骨，并伤及待磨除骨质后方的危及器官，有助于提高磨骨操作的准确性和安全性。
在一些实施例中，控制器在检测到磨骨工具到达磨骨边界时，在向磨骨工具输出制动信号的同时，还向提示装置输出用于提示磨骨结束的结束信号。该结束信号优选但不限于声音信号。
本发明实施例提供的骨质磨除系统的技术方案，通过位置获取机构在磨骨工具对待磨除骨质进行磨除的过程中，实时获取磨骨工具的当前位置；通过力传感器获取磨骨工具在对待磨除骨质进行磨除的过程中感应到的当前反馈力；通过控制器根据当前位置对应的已磨除骨质厚度降低磨骨工具的磨骨速度，以降低磨骨工具磨穿磨骨边界的风险以及提高临床医生的磨除手感；在检测到当前反馈力显示磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动磨骨工具的制动信号，从而在磨骨工具刚达到磨骨边界且临床医生没有对磨骨工具执行制动操作时，自动停止磨骨工具的磨骨操作，可有效避免磨骨工具将磨骨边界磨穿，并伤及磨骨边界后方的危及器官；通过降速和紧急制动两种方式保障了磨骨操作的准确性和安全性，以及加快临床医生获取不同磨骨阶段的磨骨手感。
本发明实施例所提供的骨质磨除系统可执行本发明任意实施例所提供的骨质磨除系统的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
该系统还包括存储器26和输入装置27；系统中控制器23的数量可以是一个或多个，图6中以一个控制器23为例；系统中的控制器23、存储器26、输入装置27以及显示装置24可以通过总线或其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储器26作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的骨质磨除引导方法对应的程序指令/模块。控制器23通过运行存储在存储器26中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的骨质磨除系统的控制方法。
存储器26可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器26可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器26可进一步包括相对于控制器23远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置27可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。
显示装置24可包括显示屏等显示设备，至少用于输出磨骨过程中的提示信息和磨骨工具的位置数据，例如，用户终端的显示屏。
实施例三
本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种骨质磨除系统的控制方法，该方法包括：
通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力；
根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，和/或，在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的骨质磨除引导方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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，如计算机的软盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（RandomAccess Memory， 简称RAM）、闪存（FLASH）、硬盘或光盘等，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）执行本发明各个实施例所述的骨质磨除系统的控制方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种骨质磨除系统，其特征在于，包括控制器和存储器，所述存储器存储有计算机可执行程序，所述控制器在执行所述计算机可执行程序时实现骨质磨除系统的控制方法，该方法包括：
通过位置获取机构和力传感器分别获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置和当前反馈力；
根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，或者，根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，以及在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号；
其中，所述根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，包括：
在检测到所述当前位置对应的已磨除骨质厚度达到预设厚度阈值时，将所述磨骨工具的磨骨速度降低至第一预设速度；
在所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界之前，如果对应预设厚度阈值的位置信息获取失败，且所述当前位置对应的已磨除骨质厚度大于预设厚度阈值，则将所述磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度，其中，所述第二预设速度小于所述第一预设速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设厚度阈值的确定方法包括：
根据包含所述待磨除骨质的目标对象的医学影像数据，确定所述待磨除骨质厚度；
根据所述待磨除骨质厚度确定所述预设厚度阈值。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述根据所述待磨除骨质厚度确定所述预设厚度阈值，包括：
将所述待磨除骨质厚度的50%-60%之间的一个目标数值作为所述预设厚度阈值。
4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号，包括：
在检测到所述当前反馈力从设定峰值回落时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述在检测到所述当前反馈力从设定峰值回落时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号，包括：
在检测到所述当前反馈力从第二峰值回落时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号，其中，反馈力的第一峰值对应内侧密质骨与松质骨的连接处。
6.一种骨质磨除系统，其特征在于，包括：
位置获取机构，用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前位置；
力传感器，用于获取磨骨工具在待磨除骨质的磨骨过程中的当前反馈力；
控制器，用于：
根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度；或者
用于根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，以及在检测到所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界时，输出用于制动所述磨骨工具的制动信号；
其中，所述根据所述当前位置对应的已磨除骨质厚度降低所述磨骨工具的磨骨速度，包括：
在检测到所述当前位置对应的已磨除骨质厚度达到预设厚度阈值时，将所述磨骨工具的磨骨速度降低至第一预设速度；
在所述当前反馈力显示所述磨骨工具到达磨骨边界之前，如果对应预设厚度阈值的位置信息获取失败，且所述当前位置对应的已磨除骨质厚度大于预设厚度阈值，则将所述磨骨工具的磨骨速度降低至第二预设速度，其中，所述第二预设速度小于所述第一预设速度。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述位置获取机构包括双目导航装置，所述双目导航装置用于通过定位设置于磨骨工具末端的光学追踪阵列来确定所述磨骨工具的当前位置。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
显示装置，至少用于输出磨骨工具的当前位置和/或磨骨工具当前受到的反馈力；
和/或，报警装置，输出用于提示末端工具定位失败的报警信息。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1579813A2 (en) * 2004-03-26 2005-09-28 Depuy Products, Inc. Navigated pin placement for orthopaedic procedures
CN105011983A (zh) * 2015-08-18 2015-11-04 张为 一种可在关节突上定向钻骨的骨钻
EP3001164A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-30 ABB Technology Ltd Evaluation of static brake torque in a robot
CN106725711A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 中国科学院深圳先进技术研究院 骨质磨削机器人、椎板磨削手术机器人控制系统及方法
CN107847236A (zh) * 2015-06-10 2018-03-27 奥瑟钻医疗有限公司 与身体运动对齐的传感器技术
CN111360841A (zh) * 2020-05-27 2020-07-03 北京云迹科技有限公司 机器人监控方法及装置、存储介质及电子设备
CN111949027A (zh) * 2020-08-10 2020-11-17 珠海一维弦机器人有限公司 自适应的机器人导航方法和装置
CN112998859A (zh) * 2021-02-09 2021-06-22 汕头大学 一种髋关节置换手术中关键点空间测量控制方法及系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8165659B2 (en) * 2006-03-22 2012-04-24 Garrett Sheffer Modeling method and apparatus for use in surgical navigation
US20120059378A1 (en) * 2009-11-25 2012-03-08 James David Farrell Efficient Sculpting System
TWI418327B (zh) * 2011-06-03 2013-12-11 Kabo Tool Co 醫療用電鑽
WO2013033566A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Stryker Corporation Surgical instrument including a cutting accessory extending from a housing and actuators that establish the position of the cutting accessory relative to the housing
EP2901957A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-05 Universität Basel Controlling a surgical intervention to a bone
US10702344B2 (en) * 2017-04-24 2020-07-07 Intellijoint Surgical Inc. Cutting tools, systems and methods for navigated bone alterations
EP3569159A1 (en) * 2018-05-14 2019-11-20 Orthotaxy Surgical system for cutting an anatomical structure according to at least one target plane
US20210128250A1 (en) * 2019-11-04 2021-05-06 Orthosoft Ulc Computer-assisted surgery with electromagnetic tracking

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1579813A2 (en) * 2004-03-26 2005-09-28 Depuy Products, Inc. Navigated pin placement for orthopaedic procedures
EP3001164A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-30 ABB Technology Ltd Evaluation of static brake torque in a robot
CN107847236A (zh) * 2015-06-10 2018-03-27 奥瑟钻医疗有限公司 与身体运动对齐的传感器技术
CN105011983A (zh) * 2015-08-18 2015-11-04 张为 一种可在关节突上定向钻骨的骨钻
CN106725711A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 中国科学院深圳先进技术研究院 骨质磨削机器人、椎板磨削手术机器人控制系统及方法
CN111360841A (zh) * 2020-05-27 2020-07-03 北京云迹科技有限公司 机器人监控方法及装置、存储介质及电子设备
CN111949027A (zh) * 2020-08-10 2020-11-17 珠海一维弦机器人有限公司 自适应的机器人导航方法和装置
CN112998859A (zh) * 2021-02-09 2021-06-22 汕头大学 一种髋关节置换手术中关键点空间测量控制方法及系统

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