CN113925633B - 一种车针辅助导航及预警方法、装置、手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种车针辅助导航及预警方法、装置、手术机器人，该方法包括：采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；车针设置于机械臂执行端；根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息。根据本申请的实施例，能够提升钻孔安全性。

Description

一种车针辅助导航及预警方法、装置、手术机器人

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，尤其涉及一种车针辅助导航及预警方法、装置、手术机器人。

背景技术

种植牙齿是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。其中，在植入骨组织内的下部结构的过程中首先需要对骨组织进行钻孔。口腔种植牙手术中口腔术野非直视而且空间狭小，钻孔操作比较困难。术野是医学术语，就是指手术时视力所及的范围。

而且，在实际的操作过程中，由于患者的轻微移动，不能保证车针和种植体之间运动的完全一致性，医生也无法清楚地了解车针是否超出安全的范围，因此容易对患者造成伤害。

发明内容

本发明实施例提供一种车针辅助导航及预警方法、装置、设备及介质，能够解决目前钻孔安全性低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种车针辅助导航及预警方法，方法应用于手术主控机器人，该方法包括：

采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；车针设置于机械臂执行端；

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；

根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；

根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息。

在一种可能的实现方式中，根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量，包括：

获取车针所在预设平面的法向量；

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的方向向量；

根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺，包括：

根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息；

根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息；

根据第一位置信息和第二位置信息，生成模拟标尺；

显示模拟标尺。

在一种可能的实现方式中，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息，包括：

根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，确定目标距离；

在目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，预警信息包括第一提示信息。

在一种可能的实现方式中，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息，包括：

获取车针的目标速度；

根据目标速度和目标距离，确定目标时间；

在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，预警信息包括第二提示信息。

在一种可能的实现方式中，在根据预设速度和目标距离，确定目标时间之前，方法还包括：

采集车针在多个预设工作时间段中对应的工作速度；

根据多个工作速度，确定目标速度。

在一种可能的实现方式中，预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量，包括：

根据车针的方向向量和每个预设平面的法向量，分别确定矢状面的标尺辅助向量、冠状面的标尺辅助向量以及横断面的标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息，包括：

对头部位置信息叠加方向向量和第一预设长度的乘积，确定第一位置信息；

根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息，包括：

对第一位置信息叠加标尺辅助向量和第二预设长度的乘积，确定第二位置信息。

在一种可能的实现方式中，在采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息之前，方法还包括：

追踪机械臂的空间位置信息；

将空间位置信息转换为图像坐标系下的位置信息；

从图像坐标系下的位置信息中，提取车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息。

在一种可能的实现方式中，方法还包括：

获取患者口腔的目标图像；

在目标图像中，选定种植体准备植入的第一规划位置

基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动。

在一种可能的实现方式中，基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动，包括：

将第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置；

控制机械臂向第二规划位置运动。

在一种可能的实现方式中，获取患者口腔的目标图像，包括：

获取患者口腔的三维图像；

对三维图像进行曲面重建处理，生成患者口腔的目标图像。

第二方面，本发明实施例提供一种车针辅助导航及预警装置，方法应用于手术主控机器人，该装置包括：

采集模块，用于采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；车针设置于机械臂执行端；

确定模块，用于根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；

生成模块，用于根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；

输出模块，用于根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息。

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：

获取车针所在预设平面的法向量；

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的方向向量；

根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，生成模块，具体用于：

根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息；

根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息；

根据第一位置信息和第二位置信息，生成模拟标尺；

显示模拟标尺。

在一种可能的实现方式中，输出模块，具体用于：

根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，确定目标距离；

在目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，预警信息包括第一提示信息。

在一种可能的实现方式中，输出模块，具体用于：

获取车针的目标速度；

根据目标速度和目标距离，确定目标时间；

在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，预警信息包括第二提示信息。

在一种可能的实现方式中，采集模块，还用于采集车针在多个预设工作时间段中对应的工作速度；

确定模块，还用于根据多个工作速度，确定目标速度。

在一种可能的实现方式中，预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；确定模块，具体用于：

根据车针的方向向量和每个预设平面的法向量，分别确定矢状面的标尺辅助向量、冠状面的标尺辅助向量以及横断面的标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：

对头部位置信息叠加方向向量和第一预设长度的乘积，确定第一位置信息；

确定模块，具体用于：

对第一位置信息叠加标尺辅助向量和第二预设长度的乘积，确定第二位置信息。

在一种可能的实现方式中，装置还包括：

追踪模块，用于追踪机械臂的空间位置信息；

转换模块，用于将空间位置信息转换为图像坐标系下的位置信息；

提取模块，用于从图像坐标系下的位置信息中，提取车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息。

在一种可能的实现方式中，装置还包括：

获取模块，用于获取患者口腔的目标图像；

选择模块，用于在目标图像中，选定种植体准备植入的第一规划位置；

控制模块，用于基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动。

在一种可能的实现方式中，控制模块，具体用于：

将第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置；

控制机械臂向第二规划位置运动。

在一种可能的实现方式中，获取模块，具体用于：

获取患者口腔的三维图像；

对三维图像进行曲面重建处理，生成患者口腔的目标图像。

第三方面，本发明实施例提供了一种手术机器人，该手术机器人包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时，实现如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的方法。

本发明实施例中，通过根据车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；确定车针的标尺辅助向量；根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；这里，不仅可以实时显示车针的位置，还可以显示能够辅助表达车针位置的模拟标尺，可以帮助医生准确识别当前车针的走向位置及其与神经管位置间的距离差，使医生掌握手术的实时执行情况。最后，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出用于提示医生需要避开神经管组织的预警信息。由此，能够提高手术的准确性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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一种下颌骨神经管示意图；

图2是本发明实施例提供的一种车针辅助导航及预警方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种模拟标尺示意图；

图4本发明实施例提供的一种目标标记点示意图；

图5本发明实施例提供的一种神经管标记点示意图；

图6本发明实施例提供的一种第一提示信息示意图；

图7本发明实施例提供的一种车针辅助导航及预警装置结构示意图；

图8本发明实施例提供的一种手术机器人的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

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……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供的车针辅助导航及预警方法至少可以应用于下述应用场景中，下面进行说明。

口腔种植牙手术中口腔术野非直视、空间狭小，导致操作困难，影响手术效果，在下颌骨钻孔这一过程中，如果操作不当，可能会触及下颌神经管，其中，神经管是发生中枢神经系统的始基，由神经沟闭合而成。如图1所示，下颌神经管110位于下颌后牙根方的骨松质间，对管内的血管神经起保护作用，其中下颌神经和下颌动静脉负责下牙，下唇，相邻的骨、牙龈黏膜区域的血液供应、感觉和运动。如果神经管出现损坏，后果十分严重，继发感染和种植体失败。

基于上述应用场景，下面对本发明实施例提供的车针辅助导航及预警方法进行详细说明。

图2为本发明实施例提供的一种车针辅助导航及预警方法的流程图。

如图2所示，该车针辅助导航及预警方法可以包括步骤210-步骤240，方法应用于手术主控机器人，该具体如下所示：

步骤210，采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；车针设置于机械臂执行端。

步骤220，根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量。

步骤230，根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点。

步骤240，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息。

本发明提供的车针辅助导航及预警方法中，通过根据车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；确定车针的标尺辅助向量；根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；这里，不仅可以实时显示车针的位置，还可以显示能够辅助表达车针位置的模拟标尺，可以帮助医生准确识别当前车针的走向位置及其与神经管位置间的距离差，使医生掌握手术的实时执行情况。最后，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出用于提示医生需要避开神经管组织的预警信息。由此，能够提高手术的准确性和安全性。

下面，对步骤210-步骤240的内容分别进行描述：

首先，涉及步骤210。

若规划的种植体在下牙颌，在种植过程中需要注意避开神经管，需要采集下颌神经管标记点的位置信息。具体可以通过患者口腔图像确定患者下颌神经管标记点的位置信息。

在一种可能的实施例中，在步骤210之前，还可以包括以下步骤：

追踪机械臂的空间位置信息；

将空间位置信息转换为图像坐标系下的位置信息；

从图像坐标系下的位置信息中，提取车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息。

在实时导航过程中，具体可以通过定位器数据服务器实时追踪机械臂的空间位置及患者的空间位置，并将空间位置信息转换到图像坐标系下，显示图像坐标系下的位置信息，由于机械臂和车针的相对位置关系是确定的，因此可以从图像坐标系下的机械臂的位置信息中，提取车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息。

通过预先建立的机械臂坐标系和图像坐标系之间的转换关系，可以将任何机械臂坐标系中的坐标点（如车针的坐标点、神经管标记线的坐标点），转换为图像坐标系的位置信息。

另外，可以通过定时器进行定时，每间隔预设时间段（如100ms）会重新获取车针位置并执行上述计算流程，计算出车针的头部位置信息和尾部位置信息。

在一种可能的实施例中，获取患者口腔的目标图像；在目标图像中，选定种植体准备植入的第一规划位置；基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动。

在生成的CPR（curved plannar reconstruction，曲面重建）曲面上选定种植体摆放的位置后，系统根据选定的位置将种植体从数据库导入并摆放在选定位置，基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动。

其中，上述涉及到的获取患者口腔的目标图像的步骤中，具体可以包括以下步骤：

获取患者口腔的三维图像；

对三维图像进行曲面重建处理，生成患者口腔的目标图像。

首先导入患者三维图像（如CBCT图像），对三维图像进行曲面重建处理，生成患者口腔的目标图像，目标图像是二维图像。

具体可以为根据用户的牙弓曲线对患者口腔的三维图像进行曲面重建生成患者口腔的目标图像，对牙位信息进行重组，将牙位图像拉直，展示在同一平面上。

上述涉及到的曲面重建处理是一种特殊的多平面重组方式。其中，多平面重组是将各个不同层面的像素重新排列的技术，将扫描范围内所有的轴位图像叠加起来再对某些标线标定的重组线所指定的组织进行冠状、矢状位、任意角度斜位图像重组。由于某些结构（如血管、神经管）等并非在同一平面上，或者行径扭曲，即使多平面重组也难以显示其全貌，曲面重建为多平面重组技术的延伸和发展，即在多平面重组的基础上，沿兴趣器官划一条曲线，将沿曲线的体积元资料进行重组，便获得曲面重建图像，它可以将扭曲的结构伸展拉直，展示在同一平面上。

其中，上述涉及到的基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动的步骤中，具体可以包括以下步骤：

将第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置；控制机械臂向第二规划位置运动。

由于，第一规划位置是第一种植体准备进行植入的位置，一般是图像坐标系的位置。所以要将第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置，以指导机械臂的运动，其中，控制机械臂向第二规划位置运动的过程可以在三维显示界面中进行显示，以辅助医生清楚地了解车针的行走过程。

涉及步骤220。

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量，标尺辅助向量主要是为了后续生成模拟标尺，以辅助医生快速了解车针的运动情况。

其中，步骤220，具体可以包括以下步骤：

获取车针所在预设平面的法向量；

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的方向向量；

根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量。

首先，获取车针所在预设平面的法向量。

其中，预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量。

矢状面是解剖学术语。将人体分切为左右两部分，左右切面就是矢状面，而左右相等的切面被称为正中矢状面。

冠状面是沿左，右方向将人体纵切为前后两部分的断面。通过铅垂轴与横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。

横断面是指过中线桩垂直于中线方向的断面，横断面测量是测量中桩处垂直于中线方向(法线方向)的地面高程，进行横断面测量时首先要测定横断面的方向，然后在这个方向上测定中线桩两侧地面变化点与桩点间的距离和高差，从而绘制横断面图。

车针所在预设平面的法向量，可以从上述三个平面对应的图像（矢状面图像、冠状面图像和横断面图像）中读取处理，在读取图像并建立图像的渲染窗口中后，可以从渲染窗口中取出这三个二维面及其相关信息。

因此，车针所在预设平面的法向量包括：矢状面的法向量、冠状面的法向量和横断面的法向量。

然后，根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的方向向量。

如图3所示，车针包括头部标记点310（startpoint）和车针的尾部标记点320（endpoint）。车针的方向向量d如图3所示，是经过头部标记点310和尾部标记点320的有向向量。

具体的计算方式可以如下所示：

其中，车针的方向向量是一个三维向量，包括x、y、z三个维度，具体如下所示：

由于车针所在预设平面的法向量包括：矢状面的法向量、冠状面的法向量像和横断面的法向量。所以根据头部位置信息和尾部位置信息确定的车针的方向向量也是车针在矢状面的、冠状面和横断面投影的方向向量。

最后，根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量

即可以根据

和法向量进行向量相乘，求出标尺辅助向量：

其中，

为车针所在预设平面的法向量。

法向量n，以及标尺辅助向量r如图3所示。

由于预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；相应地，根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量，包括：

根据车针的方向向量和每个预设平面的法向量，分别确定矢状面的标尺辅助向量、冠状面的标尺辅助向量以及横断面的标尺辅助向量。

在实时导航过程中，可以根据车针的方向向量和每个预设平面的法向量，分别确定矢状面的标尺辅助向量、冠状面的标尺辅助向量以及横断面的标尺辅助向量，然后将车针投影到矢状面、冠状面、横断面三个二维平面上进行绘制显示，即可以在三个显示界面中分别显示矢状面、冠状面和横断面对应的车针投影。

涉及步骤230。

其中，步骤230，具体可以包括以下步骤：

根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息；根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息，生成模拟标尺；显示模拟标尺。

依次按以上方式计算标尺上的其他点坐标并将这些点连成线进行绘制即可在显示车针的基础上绘制出图4的标尺。

示例性地，标尺单位格长度为5mm，绘制5格，标尺用于对种植机车针走向进行预测，在车针距离神经管中心点到达5mm范围内对医生进行提示预警以避开神经管组织。

其中，模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；

根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息，即可以在车针头部的基础上，沿车针方向进行延长，得到模拟标尺的第一标记点的第一位置信息。

根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息，可以在第一标记点的基础上，沿标尺辅助向量的方向进行延长，确定第二标记点的第二位置信息。

由此，通过根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息；根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息，生成模拟标尺并显示模拟标尺，可以帮助医生准确识别当前种植机上车针的走向位置，能够使得医生可以看到车针行走的实时情况，由于模拟标尺上包括多组相对应的第一标记点和第二标记点，可以进一步辅助医生从模拟标尺中快速识别出车针与神经管的距离，辅助医生感知手术的实时执行情况，提高手术的准确性和安全性。

其中，上述涉及到的根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息的步骤中，具体可以包括以下步骤：

对头部位置信息叠加方向向量和第一预设长度的乘积，确定第一位置信息；

相应地，其中，上述涉及到的根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息的步骤中，具体可以包括以下步骤：

对第一位置信息叠加标尺辅助向量和第二预设长度的乘积，确定第二位置信息。

如图3所示，对头部位置信息叠加方向向量和第一预设长度的乘积，确定第一位置信息的具体计算方式如下所示：

以模拟标尺中的point1点330和point2点340坐标计算方式为例说明模拟标尺的绘制计算方式，标尺上的其他点类似：

第一预设长度，即模拟标尺的单位格长度step设置为5mm，则有

其中，point1为第一位置信息，startpoint为头部位置信息，

为方向向量，step为第一预设长度，i为目标标记点序列号，第一格为1，即point1时i取值为1，其他点的位置i依次递增。

对第一位置信息叠加标尺辅助向量和第二预设长度的乘积，确定第二位置信息的具体计算方式如下所示：

其中，point2为第二位置信息，

为标尺辅助向量，step’为第二预设长度。

涉及步骤240。

在一种可能的实施例中，步骤240，具体可以包括以下步骤：

根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，确定目标距离；

在目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，预警信息包括第一提示信息。

其中，神经管标记点的位置信息可以为神经管中心点位置坐标。

神经管中心点位置坐标，可以通过在图5中规划的510（point1）和520（point2）计算得到，具体计算过程如下所示：

然后根据神经管中心点和车针的头部位置信息（tippoint）计算当前车针与神经管之间的距离：

根据神经管标记点的位置信息530（center），和头部位置信息540（tippoint）确定目标距离，具体计算过程如下所示：

在目标距离小于预设距离阈值的情况下，说明车针有触碰到神经管的可能，这时输出第一提示信息，以提示医生需要避开神经管组织。

示例性地，如图6所示，如果distance小于5mm，则系统判定车针有触碰到神经管的危险，会输出第一提示信息“车针距离神经管过近”，以实现对医生的提醒。

此处的center和tippoint都是图像坐标系下的坐标位置信息。

由此，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，确定目标距离；在目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，可以帮助医生准确识别当前种植机上车针与神经管位置间的目标距离，在种植机车针靠近神经管位置到达系统设定的预设距离阈值时，会输出第一提示信息对医生进行预警提示，提高手术的准确性和安全性。

其中，步骤240，具体可以包括以下步骤：

获取车针的目标速度；根据目标速度和目标距离，确定目标时间；在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，预警信息包括第二提示信息。

其中，在上述涉及到的根据目标速度和目标距离，确定目标时间的步骤之前，还可以包括以下步骤：

采集车针在多个预设工作时间段中对应的工作速度；根据多个工作速度，确定目标速度。

可以通过采集车针在历史操作中的，多个预设工作时间段中对应的工作速度，然后取多个工作速度的平均值，将该平均值作为目标速度。

然后，根据目标速度和目标距离，确定目标时间；在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息。

示例性地，如果目标时间小于3-4s，则判定车针有触碰到神经管的危险，会输出第一提示信息，以实现对医生的提醒。

由此根据目标速度和目标距离，确定目标时间；在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，预警信息包括第二提示信息，可以帮助医生准确识别当前车针将要触及与神经管位置的目标时间，在种植机车针靠近神经管位置到达系统设定的预设时间阈值时，会输出第二提示信息对医生进行预警提示，提高手术的准确性和安全性。

综上，在本发明实施例中，通过根据车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；确定车针的标尺辅助向量；根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；这里，不仅可以实时显示车针的位置，还可以显示能够辅助表达车针位置的模拟标尺，可以帮助医生准确识别当前车针的走向位置及其与神经管位置间的距离差，使医生掌握手术的实时执行情况。最后，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出用于提示医生需要避开神经管组织的预警信息。由此，能够提高手术的准确性和安全性。

基于上述图2所示的车针辅助导航及预警方法，本发明实施例还提供一种数据处理的装置，方法应用于手术主控机器人，如图7所示，该装置700可以包括：

采集模块710，用于采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；车针设置于机械臂执行端。

确定模块720，用于根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；模拟标尺包括至少一个目标标记点，目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点。

生成模块730，用于根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺。

输出模块740，用于根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出预警信息。

在一种可能的实现方式中，确定模块720，具体用于：

获取车针所在预设平面的法向量；

根据头部位置信息和尾部位置信息，确定车针的方向向量；

根据车针的方向向量和法向量，确定标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，生成模块730，具体用于：

根据头部位置信息和车针的方向向量、第一预设长度，确定第一标记点的第一位置信息；

根据第一位置信息、标尺辅助向量、第二预设长度，确定第二标记点的第二位置信息；

根据第一位置信息和第二位置信息，生成模拟标尺；

显示模拟标尺。

在一种可能的实现方式中，输出模块740，具体用于：

根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，确定目标距离；在目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，预警信息包括第一提示信息。

在一种可能的实现方式中，输出模块740，具体用于：

获取车针的目标速度；根据目标速度和目标距离，确定目标时间；

在目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，预警信息包括第二提示信息。

在一种可能的实现方式中，采集模块710，还用于采集车针在多个预设工作时间段中对应的工作速度。

确定模块720，还用于根据多个工作速度，确定目标速度。

在一种可能的实现方式中，预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；确定模块720，具体用于：

根据车针的方向向量和每个预设平面的法向量，分别确定矢状面的标尺辅助向量、冠状面的标尺辅助向量以及横断面的标尺辅助向量。

在一种可能的实现方式中，确定模块720，具体用于：

对头部位置信息叠加方向向量和第一预设长度的乘积，确定第一位置信息。

确定模块720，具体用于：

对第一位置信息叠加标尺辅助向量和第二预设长度的乘积，确定第二位置信息。

在一种可能的实现方式中，装置700还包括：

追踪模块，用于追踪机械臂的空间位置信息。

转换模块，用于将空间位置信息转换为图像坐标系下的位置信息。

提取模块，用于从图像坐标系下的位置信息中，提取车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息。

在一种可能的实现方式中，装置700还包括：

获取模块，用于获取患者口腔的目标图像。

选择模块，用于在目标图像中，选定种植体准备植入的第一规划位置。

控制模块，用于基于第一规划位置控制机械臂向种植体运动。

在一种可能的实现方式中，控制模块，具体用于：

将第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置；控制机械臂向第二规划位置运动。

在一种可能的实现方式中，获取模块，具体用于：

获取患者口腔的三维图像；对三维图像进行曲面重建处理，生成患者口腔的目标图像。

综上，在本发明实施例中，通过根据车针的头部标记点的头部位置信息和车针的尾部标记点的尾部位置信息；确定车针的标尺辅助向量；根据头部位置信息和标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；这里，不仅可以实时显示车针的位置，还可以显示能够辅助表达车针位置的模拟标尺，可以帮助医生准确识别当前车针的走向位置及其与神经管位置间的距离差，使医生掌握手术的实时执行情况。最后，根据神经管标记点的位置信息和头部位置信息，输出用于提示医生需要避开神经管组织的预警信息。由此，能够提高手术的准确性和安全性。

图8示出了本发明实施例提供的一种手术机器人的硬件结构示意图。

手术机器人可以包括处理器801以及存储有计算机程序指令的存储器802。

具体地，上述处理器801可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器802可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器802可包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器802可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器802可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器802是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器802包括只读存储器（ROM）。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除PROM（EPROM）、电可擦除PROM（EEPROM）、电可改写ROM（EAROM）或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器801通过读取并执行存储器802中存储的计算机程序指令，以实现图所示实施例中的任意一种车针辅助导航及预警方法。

在一个示例中，手术机器人还可包括通信接口803和总线810。其中，如图8所示，处理器801、存储器802、通信接口803通过总线810连接并完成相互间的通信。

通信接口803，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线810包括硬件、软件或两者，将手术机器人的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口（AGP）或其他图形总线、增强工业标准架构（EISA）总线、前端总线（FSB）、超传输（HT）互连、工业标准架构（ISA）总线、无限带宽互连、低引脚数（LPC）总线、存储器总线、微信道架构（MCA）总线、外围组件互连（PCI）总线、PCI-Express（PCI-X）总线、串行高级技术附件（SATA）总线、视频电子标准协会局部（VLB）总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线810可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

该手术机器人可以执行本发明实施例中的车针辅助导航及预警方法，从而实现结合图2至图6描述的车针辅助导航及预警方法。

另外，结合上述实施例中的车针辅助导航及预警方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现图2至图6中的车针辅助导航及预警方法。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频（RF）链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种车针辅助导航及预警方法，其特征在于，所述方法应用于手术主控机器人，所述方法包括：

采集下颌神经管标记点的位置信息、车针的头部标记点的头部位置信息和所述车针的尾部标记点的尾部位置信息；所述车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；所述车针设置于机械臂执行端；

根据所述头部位置信息和所述尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；

根据头部位置信息和所述标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；所述模拟标尺包括至少一个目标标记点，所述目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；

根据所述神经管标记点的位置信息和所述头部位置信息，输出预警信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述头部位置信息和所述尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量，包括：

获取所述车针所在预设平面的法向量；

根据所述头部位置信息和所述尾部位置信息，确定所述车针的方向向量；

根据所述车针的方向向量和所述法向量，确定所述标尺辅助向量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据头部位置信息和所述标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺，包括：

根据所述头部位置信息和所述车针的方向向量、第一预设长度，确定所述第一标记点的第一位置信息；

根据所述第一位置信息、所述标尺辅助向量、第二预设长度，确定所述第二标记点的第二位置信息；

根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，生成所述模拟标尺；

显示所述模拟标尺。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述神经管标记点的位置信息和所述头部位置信息，输出预警信息，包括：

根据所述神经管标记点的位置信息和所述头部位置信息，确定目标距离；

在所述目标距离小于预设距离阈值的情况下，输出第一提示信息，所述预警信息包括所述第一提示信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述神经管标记点的位置信息和所述头部位置信息，输出预警信息，包括：

获取所述车针的目标速度；

根据目标速度和所述目标距离，确定目标时间；

在所述目标时间小于预设时间阈值的情况下，输出第二提示信息，所述预警信息包括所述第二提示信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据预设速度和所述目标距离，确定目标时间之前，所述方法还包括：

采集所述车针在多个预设工作时间段中对应的工作速度；

根据多个所述工作速度，确定所述目标速度。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设平面包括：矢状面、冠状面和横断面；所述根据所述车针的方向向量和所述法向量，确定所述标尺辅助向量，包括：

根据所述车针的方向向量和每个所述预设平面的法向量，分别确定所述矢状面的标尺辅助向量、所述冠状面的标尺辅助向量以及所述横断面的标尺辅助向量。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述头部位置信息和所述车针的方向向量、第一预设长度，确定所述第一标记点的第一位置信息，包括：

对所述头部位置信息叠加所述方向向量和所述第一预设长度的乘积，确定所述第一位置信息；

所述根据所述第一位置信息、所述标尺辅助向量、第二预设长度，确定所述第二标记点的第二位置信息，包括：

对所述第一位置信息叠加所述标尺辅助向量和所述第二预设长度的乘积，确定所述第二位置信息。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采集所述下颌神经管标记点的位置信息、所述车针的头部标记点的头部位置信息和所述车针的尾部标记点的尾部位置信息之前，所述方法还包括：

追踪所述机械臂的空间位置信息；

将所述空间位置信息转换为图像坐标系下的位置信息；

从所述图像坐标系下的位置信息中，提取所述车针的头部标记点的头部位置信息和所述车针的尾部标记点的尾部位置信息。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取患者口腔的目标图像；

在所述目标图像中，选定种植体准备植入的第一规划位置；

基于第一规划位置控制所述机械臂向所述种植体运动。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基于第一规划位置控制所述机械臂向所述种植体运动，包括：

将所述第一规划位置转换为机械臂坐标系下的第二规划位置；

控制所述机械臂向所述第二规划位置运动。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，获取患者口腔的目标图像，包括：

获取患者口腔的三维图像；

对所述三维图像进行曲面重建处理，生成所述患者口腔的目标图像。

13.一种车针辅助导航及预警装置，其特征在于，所述装置应用于手术主控机器人，所述装置包括：

采集模块，用于采集下颌神经管标记点的位置信息、所述车针的头部标记点的头部位置信息和所述车针的尾部标记点的尾部位置信息；所述车针用于在下颌骨的目标位置钻孔；所述车针设置于机械臂执行端；

确定模块，用于根据所述头部位置信息和所述尾部位置信息，确定车针的标尺辅助向量；

确定模块，用于根据头部位置信息和所述标尺辅助向量，生成并显示模拟标尺；所述模拟标尺包括至少一个目标标记点，所述目标标记点包括相对应的第一标记点和第二标记点；

输出模块，用于根据所述神经管标记点的位置信息和所述头部位置信息，输出预警信息。

14.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-12任意一项所述的车针辅助导航及预警方法。

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