CN114224428B - 一种截骨平面定位方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种截骨平面定位方法、系统及装置，涉及数据处理技术领域，应用于截骨手术系统中的控制设备，系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架，方法包括：获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；在手术对象上安装固定架之后，获取双目视觉系统实时采集的、位于机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿；获取X射线机采集的包含截骨区域的至少两张X光图像，基于CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定预设截骨平面相对于机械臂的位置。应用本发明实施例提供的方案可以提高截骨平面定位的准确度。

Description

一种截骨平面定位方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种截骨平面定位方法、系统及装置。
背景技术
手术对象的关节或骨骼可能会发生病变，例如，手术对象的腿部产生膝骨关节炎，可能伴有膝内翻畸形并造成关节内的持重应力分布改变，导致力线的不平衡，继而加速膝骨关节炎的病变。为了治疗病症可以对手术对象进行截骨，在进行截骨手术时需要定位截骨平面，并沿截骨平面向骨骼中打入两根克氏针，用摆锯沿着两根克氏针标记的截骨平面进行截骨，截骨平面定位的准确与否决定了截骨手术的效果。
现有技术中，在进行截骨手术的过程中，医生需要手动定位截骨平面并进行截骨，此方法基于医生自身的经验，定位的截骨平面准确度较低，从而会影响截骨手术的效果。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种截骨平面定位方法、系统及装置，以提高截骨平面定位的准确度。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种截骨平面定位方法，应用于截骨手术系统中的控制设备，所述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架，所述方法包括：
获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
在手术对象上安装固定架之后，获取所述双目视觉系统实时采集的、位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
获取所述X射线机采集的包含所述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
第二方面，本发明实施例提供了一种截骨平面定位系统，所述系统包括：控制设备、双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架；
所述双目视觉系统，用于在手术对象上安装固定架之后，实时采集位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，并向所述控制设备发送所述第一位姿、第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
所述X射线机，用于采集包含所述截骨区域的至少两张X光图像，并向所述控制设备发送所述X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
所述控制设备，用于获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
第三方面，本发明实施例提供了一种截骨平面定位装置，应用于截骨手术系统中的控制设备，所述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架，所述装置包括：
位置获取模块，用于获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
第一位姿获取模块，用于在手术对象上安装固定架之后，获取所述双目视觉系统实时采集的、位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
第三位姿获取模块，用于获取所述X射线机采集的包含所述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
第一位置确定模块，用于基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一所述的方法步骤。
第五方面，本发明实施例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第一方面任一所述的方法步骤。
第六方面，本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面任一所述的方法步骤。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供了一种截骨平面定位方法，获取在预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；获取双目视觉系统实时采集的、位于机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及设置于预设截骨平面所在的截骨区域中的第二标识物的第二位姿，上述第一位姿与第二位姿均为：相对于双目视觉系统的位姿；获取包含截骨区域的至少两张X光图像，基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定预设截骨平面相对于机械臂的位置。
由以上可见，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种截骨平面定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种截骨平面定位方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的第三种截骨平面定位方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的第四种截骨平面定位方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种截骨平面定位系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第五种截骨平面定位方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的第六种截骨平面定位方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的第七种截骨平面定位方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的一种截骨平面定位装置的结构示意图；
图10为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
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，所描述的实施例仅仅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基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，在进行截骨手术时，往往依靠医生手动定位截骨平面进行截骨，存在截骨平面定位的准确度较低的问题，为解决这一问题，本发明实施例提供了一种截骨平面定位方法、系统及装置。
本发明实施例提供了一种截骨平面定位方法，应用于截骨手术系统中的控制设备，上述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架，上述方法包括：
获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
在手术对象上安装固定架之后，获取上述双目视觉系统实时采集的、位于上述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，上述第二标识物固定于上述固定架上，并设置于上述手术对象上、上述预设截骨平面所在的截骨区域中，上述第一位姿与第二位姿为：相对于上述双目视觉系统的位姿；
获取上述X射线机采集的包含上述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
由以上可见，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
本发明实施例应用于截骨手术的过程中，手术对象可以是人、动物等，被截骨的骨骼可以为手术对象体内的任意骨骼，例如，可以为手术对象腿部的胫骨等，则上述截骨手术为胫骨截骨手术。
另外，本发明实施例应用于截骨手术系统中的控制设备，上述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装在手术对象上的固定架，上述固定架上固定有第二标识物。
上述控制设备可以为控制电脑，控制设备可以安装于控制台车上，控制台车上除了安装有控制设备，还可以安装显示器、键盘、鼠标、交换机、台车和吊臂。
其中，显示器可以显示控制设备在截骨手术过程中接收到的各类信息以及计算得到的各类信息。用户可以通过键盘、鼠标操作控制设备。交换机用于协助控制设备与双目视觉系统、机械臂、X射线机之间进行通信。台车用于承载控制设备并调整控制设备的位置。
另外，双目视觉系统采集的位姿是三维信息，上述双目视觉系统可以安装于上述控制台车的吊臂上，双目视觉系统与交换机连接，能够与控制设备进行通信。其中，上述双目视觉系统采集位姿的方式属于现有技术，本发明实施例对此不再赘述。
再者，上述机械臂可以安装于手术机器人台车上，除了机械臂之外，上述手术机器人台车还可以包含用于控制机械臂运动的机械臂控制模块、用于与控制设备进行通信的通信模块，用于调整手术机器人台车的位置的台车升降模块。
另外，机械臂的末端始终安装有第一标识物，配准板、导向器、摆锯和撑开器可以更换安装于机械臂末端。
其中，配准板上固定有能够在X光显影的高密度配准标识物、导向器用于指示截骨平面的位置、摆锯用于进行截骨、撑开器用于在截骨后撑开创口。
由于第一标识物始终安装于机械臂的固定位置处，因此第一标识物与机械臂之间的相对位置是固定且可以预先获知的，并且在配准板安装于机械臂末端时，安装的位置同样是固定的，因此第一标识物与配准板上的配准标识物之间的相对位置同样是固定且可以预先获知的。
再者，上述第二标识物固定于固定架上，则在固定架安装于手术对象上预设截骨平面所在的截骨区域上之后，相当于第二标识物被设置在截骨区域中。手术对象发生移动或形变之后，固定架会随着手术对象发生移动，第二标识物也会随着固定架发生相同的移动，因此第二标识物的移动会反映手术对象的移动情况。
参见图1，为本发明实施例提供的第一种截骨平面定位方法的流程示意图，应用于上述控制设备，上述方法包括以下步骤S101-S104。
S101：获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置。
其中，上述CT图像是截骨手术前拍摄的手术对象的CT图像，将上述CT图像导入上述控制设备中，控制设备便可以获取上述第一位置。上述CT图像为三维图像，上述第一位置为三维数据，上述第一位置可以以截骨平面中不再同一直线上的三个点在CT图像中的位置表示。上述第一位置可以以CT图像坐标系中的三维坐标表示。
上述第一位置可以是医生在术前在CT图像中手动规划的，也可以是通过现有技术中的截骨平面规划软件在上述CT图像中自动规划的。
S102：在手术对象上安装固定架之后，获取上述双目视觉系统实时采集的、位于上述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿。
其中，上述第二标识物固定于上述固定架上，并设置于上述手术对象上、上述预设截骨平面所在的截骨区域中，上述第一位姿与第二位姿为：相对于上述双目视觉系统的位姿。上述第一位姿与第二位姿均为三维数据。上述第一位姿与第二位姿可以以设备坐标系中的三维坐标表示，上述设备坐标系的坐标原点可以为双目视觉系统自身所在的位置。
具体的，在固定架上完成消毒铺巾，并在手术对象上安装固定架，上述固定架上固定的第二标识物便能够被插入且固定于手术对象截骨区域的骨骼中。
另外，在手术过程中，手术对象可能会发生移动或形变，与CT图像展示的手术对象的姿态不同。因此难以在手术对象身体上准确确定CT图像拍摄的截骨区域的位置，但医生可以基于CT图像的内容确定截骨区域的大致位置，并将固定架安装于手术对象上。
再者，双目视觉系统安装于上述控制台车的吊臂上，可以将吊臂移动到手术对象的截骨区域附近，使得双目视觉系统能够采集第一标识物的第一位姿与第二标识物的第二位姿。
S103：获取上述X射线机采集的包含上述截骨区域的至少两张X光图像。
其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，上述预设角度大于0。例如，上述预设角度可以为90度，若拍摄的X光图像的数量为2，则两张X光图像可以分别被称为正位X光图像与侧位X光图像。
本发明的一个实施例中，可以在机械臂的末端安装配准板，并将机械臂移动到手术对象的截骨区域附近，移动X光射线机在不同的位置采集多张X光图像，所采集的X光图像中包含配准板，由于配准板上固定的配准标识物能够在X光下显影。
S104：基于上述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
本发明的一个实施例中，上述X光图像、第一位姿与第二位姿可以反映手术过程中截骨区域的具体情况，以及截骨区域在应用场景中的位置。再基于截骨区域在应用场景中的位置以及预先拍摄的截骨区域的CT图像中预设截骨平面的第一位置可以确定预设截骨平面在应用场景中的位置，从而确定预设截骨平面相对于机械臂的位置。
具体的，可以通过下文图2所示的步骤S104A-S104E实现上述步骤S104，在此暂不详述。
由以上可见，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
参见图2，为本发明实施例提供的第二种截骨平面定位方法，与前述图1所示的实施例相比，上述系统还包括固定有配准标识物的配准板，上述配准板安装于上述机械臂末端，上述步骤S104可以通过以下步骤S104A-S104E实现。
S104A：基于上述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、上述第一位姿以及预知的上述配准标识物相对于上述第一标识物的相对位置，获得上述X光图像所拍摄的平面相对于上述双目视觉系统的第五位姿。
具体的，拍摄到的X光图像中可以包含配准标识物的显影，识别上述显影便可以确定配准标识物在X光图像中的位置，X光图像是二维图像，配准标识物的位置同样是二维数据。上述配准标识物的位置可以以X光图像坐标系中的二维坐标表示。
另外，由于第一标识物与配准标识物之间的相对位置是固定的，因此基于第一位姿以及第一标识物与配准标识物之间的相对位置，可以确定当前配准标识物的位姿。
具体的，可以通过以下公式计算得到配准标识物的位姿：
Pn＝P1T1
其中，上述Pn为配准标识物的位姿，P1为上述第一位姿，T1为第一标识物与配准标识物之间的相对位置。
在获得配准标识物相对于双目视觉系统的三维位姿以及X光图像中配准标识物的二维位置之后，可以对上述三维位姿与二维位置进行配准，确定X光图像所拍摄的平面相对于上述双目视觉系统的第五位姿。上述获得第五位姿的过程属于现有技术，在此不再赘述。
S104B：基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系。
对于任意两个X光图像，可以基于以下公式计算两者包含的位置信息之间的第三转换关系：
M＝X-1Y
其中，M为第三转换关系，X为一张X光图像的第五位姿，Y为另一张X光图像的第五位姿。
S104C：基于上述第三转换关系，分别对各个X光图像与上述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系。
其中，上述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个。
具体的，可以对各个X光图像与CT图像分别进行配准，得到不同X光图像的第一配准结果，并基于第三转换关系与目标X光图像的第一配准结果，确定其他X光图像与CT图像之间的第二配准结果，与其他X光图像与CT图像之间实际的第一配准结果进行比较，对目标X光图像的第一配准结果进行验证。通过多次配准，确定目标X光图像包含的位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系。
具体的，对X光图像与CT图像进行配准的方式，以及基于配准结果获得第四转换关系的方式属于现有技术，在此不再赘述。
S104D：基于上述第四转换关系、上述目标X光图像的第五位姿、上述第二位姿，计算设备位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系。
其中，上述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于上述双目视觉系统的位置。上述设备位置信息可以以设备坐标系中的三维坐标的形式表示，上述设备坐标系的坐标原点可以为双目视觉系统自身所在的位置。
本发明的一个实施例中，上述第二位姿与第五位姿为第二标识物与目标X光图像相对于同一物体，即双目视觉系统的位姿，相当于第二位姿与第五位姿为基于同一参照系的位姿，基于第二位姿与第五位姿可以计算得到第二标识物在目标X光图像中的位置，再基于目标X光图像与CT图像之间的第四转换关系，可以将计算得到的位置转换为CT图像中的位置，基于计算得到的第二标识物在CT图像中的位置以及第二标识物相对于双目视觉系统的第二位姿，便可以确定上述第五转换关系。
具体的，可以按照以下公式计算上述第五转换关系：
O＝N-1P3P2 -1
其中，上述N为第五转换关系，P3为目标X光图像的第五位姿，P2为第二标识物的第二位姿。
S104E：基于上述第一位姿、上述第五转换关系、上述第一标识物与上述机械臂之间的相对位置、上述第一位置，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
本发明的一个实施例中，可以通过以下步骤A-步骤C确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
步骤A：基于上述第一位姿、上述第一标识物与上述机械臂之间的相对位置，确定机械臂位置信息与设备位置信息之间的第六转换关系。
其中，上述机械臂位置信息用于表示：应用场景中的点相对于上述机械臂的位置。上述机械臂位置信息可以以机械臂坐标系中的三维坐标的形式表示，上述机械臂坐标系的原点可以为机械臂上的任一点。
具体的，上述第一位姿是双目视觉系统采集的、第一标识物相对于双目视觉系统的位姿，通过对比同一第一标识物相对于双目视觉系统的第一位姿以及第一标识物相对于机械臂的相对位置，可以确定上述第六转换关系。
步骤B：基于上述第五转换关系、上述第一位置，确定上述预设截骨平面相对于上述双目视觉系统的第六位姿。
具体的，上述第五转换关系为CT图像中的位置信息与应用场景中的点相对于上述双目视觉系统的设备位置信息之间的转换关系，因此基于上述第五转换关系，可以将CT图像中的第一位置转换为相对于双目视觉系统的第六位姿。
步骤C：基于上述第六位姿、上述第六转换关系，计算上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
具体的，上述第六转换关系为：应用场景中的点相对于机械臂的机械臂位置信息与应用场景中的点相对于双目视觉系统的设备位置信息之间的第四转换关系，第六位姿为预设截骨平面相对于双目视觉系统的位姿，因此基于第六转换关系，可以将第六位姿转换为相对于机械臂的位置。
其中，上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置为三维数据，可以以机械臂坐标系中的三维坐标的形式表示，上述机械臂坐标系的原点可以为机械臂上的任一点。
另外，本发明的一个实施例中，还可以通过以下步骤D确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
步骤D：基于上述第一位姿、上述第五转换关系、上述第一标识物与上述机械臂之间的相对位置、上述第一位置与上述双目视觉系统实时采集的第二标识物的第二位姿，确定上述预设截骨平面当前相对于上述机械臂的位置。
具体的，可以采用前述步骤S104E所示的方式，基于第一位姿、第五转换关系、上述第一标识物与上述机械臂之间的相对位置、上述第一位置计算得到预设截骨平面相对与机械臂的位置。
另外，由于第二标识物安装于截骨区域内，因此若截骨区域发生移动或形变，则第二标识物的第二位姿会随之发生改变，所以若基于实时采集的第二位姿确定第二标识物发生变化，则可以确定截骨区域发生移动或形变，预设截骨平面相对于机械臂的位置也会随之发生变化。
具体的，可以基于第二位姿的变化幅度确定预设截骨平面的移动幅度，在已经确定的预设截骨平面相对与机械臂的位置的基础上，调整上述移动幅度，得到预设截骨平面当前相对于上述机械臂的位置。
由以上可见，本实施例基于实时采集的第二标识物的第二位姿确定手术对象上的截骨区域是否发生变化，若第二位姿发生变化，则可以实时对所确定的预设截骨平面相对于上述机械臂的位置进行调整，使得所确定的位置能够反映当前预设截骨平面与机械臂的相对位置，使得定位结果更准确。在后续基于所确定的位置进行截骨时也能够得到最好的截骨效果。
本发明的另一个实施例中，在确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以将机械臂末端安装的器件更换为摆锯，并执行以下步骤E。
步骤E：控制上述机械臂通过安装于自身末端的摆锯按照所确定的预设截骨平面的位置进行截骨。
具体的，控制设备可以向机械臂发送计算得到的、预设截骨平面相对于机械臂的位置，并向机械臂发送截骨控制信号，使得机械臂在接收到截骨控制信号之后使用上述摆锯向所确定的位置进行切割，完成截骨。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的摆锯完成截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
本发明的又一个实施例中，在确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以将机械臂末端安装的器件更换为导向器，并执行以下步骤F。
步骤F：控制上述机械臂通过安装于自身末端的导向器指示所确定的预设截骨平面的位置。
具体的，控制设备可以向机械臂发送计算得到的、预设截骨平面相对于机械臂的位置，并向机械臂发送导向控制信号，使得机械臂在接收到导向控制信号之后移动导向器，将导向器指向所确定的预设截骨平面的位置。则医生可以沿导向器指示的位置向手术对象的骨骼中打入两根平行的克氏针，再沿克氏针切割手术对象的骨骼，完成截骨。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的导向器指示预设截骨平面的位置，使得医生可以向所指示的位置进行截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
参见图3，为本发明实施例提供的第三种截骨平面定位方法的流程示意图，与前述图1所示的实施例相比，在确定截骨完成并且截骨处已插入撑开器之后，在上述步骤S104之后，还包括以下步骤S105-S106。
具体的，在完成截骨之后可以将机械臂末端的器件更换为撑开器，控制器可以向机械臂发送撑开控制信号，则机械臂可以将撑开器移动至步骤S104确定的位置处，并将撑开器插入创口，撑开截骨处。
另外，在完成截骨之后也可以由医生完成在创口插入撑开器并撑开截骨处的过程。
S105：获取上述双目视觉系统实时采集的第三标识物的第三位姿。
其中，上述第三标识物固定于上述固定架上，在上述手术对象上的截骨区域中、上述第三标识物与上述第二标识物分别设置于截骨处的两侧。上述第三标识物能够被插入固定于手术对象截骨区域的骨骼中。
具体的，在截骨之前，手术对象上位于截骨处两侧的区域连接在一起，因此安装于截骨区域的第二标识物便可以表示整个截骨区域的位置，但截骨之后，截骨处两侧的区域不再连接在一起，需要在截骨区域中安装第三标识物，第三标识物与第二标识物分别设置于截骨处的两侧不同的截骨子区域内，第二标识物的第二位姿与第三标识物的第三位姿可以分别表示截骨处两侧的两个截骨子区域的位姿。
S106：基于实时采集的第二位姿与第三位姿计算上述撑开器撑开截骨处的角度。
具体的，第二标识物与第三标识物分别安装于截骨处的两侧，第二标识物的第二位姿与第三标识物的第三位姿分别可以表示截骨处两侧的截骨子区域当前的位姿，基于第二位姿与第三位姿便可以计算得到截骨处两侧的截骨子区域之间的夹角度数，也就是撑开器撑开截骨处的角度。在获取到上述角度之后可以将上述角度显示在显示器上，使得医生可以实时确定上述角度，便可以确定是否需要继续增大撑开截骨处的角度。
另外，除了执行步骤S105-S106之外，还可以执行以下步骤G-步骤H。
步骤G：对各个X光图像与上述第一CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述第一CT子图像包含的位置信息之间的第一转换关系，并对各个X光图像与上述第二CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述第二CT子图像包含的位置信息之间的第二转换关系。
其中，上述第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，上述远端侧为：上述截骨处远离上述手术对象心脏位置的一侧。上述第二CT子图像与第一CT子图像在上述CT图像中分别位于上述预设截骨平面两侧，上述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个。
具体的，对X光图像与第一CT子图像进行配准获得第一转换关系的方式与前述步骤S104C相似，对各个X光图像与上述第二CT子图像进行配准，获得第二转换关系的方式也与前述步骤S104C相似，在此不再赘述。
另外，第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，在截骨并在截骨处插入撑开器后远端侧的区域会发生形变，远端侧的第一CT子图像与X光图像之间的转换关系不再是第四转换关系，因此需要重新计算第一转换关系。
但，第二CT子图像表示的区域为截骨处近端侧的区域，在截骨并在截骨处插入撑开器后远端侧的区域往往不会发生形变，第二CT子图像与X光图像之间的第二转换关系可以延用CT图像与X光图像之间的第四转换关系，当然也可以重新计算第二转换关系，本实施例对此不进行限定。
步骤H：基于上述第一转换关系、第二转换关系、第二位姿与第三位姿计算第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系。
具体的，第二标识物与第三标识物分别安装于截骨处两侧，第二标识物的第二位姿与第三识别物的第三位姿可以分别表示第一CT子图像所表示的区域的位姿与第二CT子图像所表示的区域的位姿。
假设第二标识物安装于第二CT子图像表示的近端区域，第三标识物安装于第一CT图像标识的远端区域，则基于第二转换关系将第二位姿转换为第一CT子图像中的位置，再基于第一转换关系将第三位姿转换为第二CT子图像中的位置，对比转换得到的位置，可以确定第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系。
在获得上述相对位置关系之后，控制设备也可以将相对位置关系实时显示在显示屏上，以供医生查看。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在截骨处插入撑开器之后，可以实时获得撑开器撑开截骨处的角度，使得医生可以实时获得当前撑开器撑开截骨处的情况，在撑开器撑开截骨处的角度达到预设角度后，便可以锁定撑开器。与医生凭借经验使用撑开器撑开截骨处相比，本发明实施例可以准确的获得撑开器撑开截骨处的角度，达到较好的手术效果。
参见图4，为本发明实施例提供的第四种截骨平面定位方法的流程示意图，与前述图1所示的实施例相比，在完成截骨后，在上述步骤S104之后，还包括以下步骤S107-S108。
S107：在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，获取上述双目视觉系统实时采集的上述螺丝的第四位姿。
具体的，医生可以手动在截骨处放置钢板并拧入螺丝。
S108：基于上述第四位姿，实时确定上述螺丝在上述CT图像中的位置。
具体的，上述第四位姿是螺丝相对于双目视觉系统的位姿，可以基于第四位姿与第五转换关系实时确定上述螺丝在CT图像中的位置。第五转换关系是设备位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的转换关系，基于第五转换关系可以将相对于双目视觉系统的第四位姿转换为CT图像中的位置。
另外，在获取上述螺丝在上述CT图像中的位置之后，可以在显示器中显示的CT图像中标识出上述位置，使得医生可以实时确定螺丝在截骨处的位置，从而可以确定螺丝是否已经固定到了手术效果较好的预设位置。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，可以实时获得螺丝在CT图像中的位置，使得医生可以实时获得螺丝当前拧入的情况，在螺丝拧入预设位置后，便可以停止拧入螺丝。与医生凭借经验拧入螺丝相比，本发明实施例可以准确的获得螺丝的位置，达到较好的手术效果。
与前述应用于控制设备的截骨平面定位方法相对应，本发明实施例还提供了一种截骨平面定位系统。
参见图5，为本发明实施例提供的一种截骨平面定位系统的结构示意图，上述系统包括：控制设备501、双目视觉系统502、机械臂503、X射线机504、用于安装于手术对象的固定架505。
其中，控制设备501能够分别与双目视觉系统502、机械臂503与X射线机504通信连接。
参见图6，为本发明实施例提供的第五种截骨平面定位方法的流程示意图。
S601：双目视觉系统502在手术对象上安装固定架505之后，实时采集位于上述机械臂503末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿。
其中，上述第二标识物固定于上述固定架上，并设置于上述手术对象上、上述预设截骨平面所在的截骨区域中，上述第一位姿与第二位姿为：相对于上述双目视觉系统502的位姿。
S602：双目视觉系统502向上述控制设备501发送上述第一位姿、第二位姿。
S603：上述X射线机504采集包含上述截骨区域的至少两张X光图像。
其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，上述预设角度大于0。
S604：上述X射线机504向上述控制设备501发送上述X光图像。
S605：上述控制设备501获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置。
S606：上述控制设备501基于上述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
由以上可见，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
本发明的一个实施例中，上述系统还包括固定有配准标识物的配准板，上述控制设备501，具体用于：
基于上述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、上述第一位姿以及预知的上述配准标识物相对于上述第一标识物的相对位置，获得上述X光图像所拍摄的平面相对于上述双目视觉系统502的第五位姿，上述配准板安装于上述机械臂503末端；
基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系；
基于上述第三转换关系，分别对各个X光图像与上述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系，上述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于上述第四转换关系、上述目标X光图像的第五位姿、上述第二位姿，计算设备位置信息与上述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系，上述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于上述双目视觉系统502的位置；
基于上述第一位姿、上述第五转换关系、上述第一标识物与上述机械臂503之间的相对位置、上述第一位置，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂503的位置。
本发明的一个实施例中，上述控制设备501，具体用于：
基于上述第一位姿、上述第一标识物与上述机械臂503之间的相对位置，确定机械臂位置信息与设备位置信息之间的第六转换关系，其中，上述机械臂位置信息用于表示：应用场景中的点相对于上述机械臂503的位置；
基于上述第五转换关系、上述第一位置，确定上述预设截骨平面相对于上述双目视觉系统502的第六位姿；
基于上述第六位姿、上述第六转换关系，确定上述预设截骨平面相对于上述机械臂的位置。
本发明的一个实施例中，上述控制设备501，具体用于：
基于上述第一位姿、上述第五转换关系、上述第一标识物与上述机械臂503之间的相对位置、上述第一位置与上述双目视觉系统502实时采集的第二标识物的第二位姿，确定上述预设截骨平面当前相对于上述机械臂503的位置。
由以上可见，本实施例基于实时采集的第二标识物的第二位姿确定手术对象上的截骨区域是否发生变化，若第二位姿发生变化，则可以实时对所确定的预设截骨平面相对于上述机械臂的位置进行调整，使得所确定的位置能够反映当前预设截骨平面与机械臂的相对位置，使得定位结果更准确。在后续基于所确定的位置进行截骨时也能够得到最好的截骨效果。
参见图7，为本发明实施例提供的第六种截骨平面定位方法的流程示意图，与前述图6所示的实施例相比，还包括以下步骤S607。
S607：上述控制设备501控制上述机械臂503通过安装于自身末端的摆锯按照所确定的预设截骨平面的位置进行截骨。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的摆锯完成截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
参见图8，为本发明实施例提供的第七种截骨平面定位方法的流程示意图，与前述图6所示的实施例相比，还包括以下步骤S608。
S608：上述控制设备501控制上述机械臂503通过安装于自身末端的导向器指示所确定的预设截骨平面的位置。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的导向器指示预设截骨平面的位置，使得医生可以向所指示的位置进行截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
本发明的一个实施例中，上述在确定截骨完成并且截骨处已插入撑开器之后，上述双目视觉系统502，还用于：
实时采集并向上述控制设备501发送第三标识物的第三位姿，其中，上述第三标识物固定于上述固定架上，在上述手术对象上的截骨区域中、上述第三标识物与上述第二标识物分别设置于截骨处的两侧；
上述控制设备501，还用于：
基于实时获得的第二位姿与第三位姿计算上述撑开器撑开截骨处的角度。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在截骨处插入撑开器之后，可以实时获得撑开器撑开截骨处的角度，使得医生可以实时获得当前撑开器撑开截骨处的情况，在撑开器撑开截骨处的角度达到预设角度后，便可以锁定撑开器。与医生凭借经验使用撑开器撑开截骨处相比，本发明实施例可以准确的获得撑开器撑开截骨处的角度，达到较好的手术效果。
本发明的一个实施例中，上述控制设备501，还用于：
对各个X光图像与所述第一CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述第一CT子图像包含的位置信息之间的第一转换关系，并对各个X光图像与上述第二CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与上述第二CT子图像包含的位置信息之间的第二转换关系；
其中，上述第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，上述远端侧为：上述截骨处远离上述手术对象心脏位置的一侧，上述第二CT子图像与第一CT子图像在上述CT图像中分别位于上述预设截骨平面两侧，上述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于上述第一转换关系、第二转换关系、第二位姿与第三位姿计算第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系。
本发明的一个实施例中，在完成截骨后，
上述双目视觉系统502，还用于：
在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，实时采集并向上述控制设备501发送上述螺丝的第四位姿；
上述控制设备501，还用于：
基于上述第四位姿，实时确定上述螺丝在上述CT图像中的位置。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，可以实时获得螺丝在CT图像中的位置，使得医生可以实时获得螺丝当前拧入的情况，在螺丝拧入预设位置后，便可以停止拧入螺丝。与医生凭借经验拧入螺丝相比，本发明实施例可以准确的获得螺丝的位置，达到较好的手术效果。
与前述应用于控制设备的截骨平面定位方法相对应，本发明实施例还提供了一种截骨平面定位装置。
参见图9，为本发明实施例提供的一种截骨平面定位装置的结构示意图，应用于截骨手术系统中的控制设备，上述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架，上述装置包括：
位置获取模块901，用于获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
第一位姿获取模块902，用于在手术对象上安装固定架之后，获取所述双目视觉系统实时采集的、位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
第三位姿获取模块903，用于获取所述X射线机采集的包含所述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
第一位置确定模块904，用于基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
由以上可见，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
本发明的一个实施例中，所述装置还包括：
截骨控制模块，用于控制所述机械臂通过安装于自身末端的摆锯按照所确定的预设截骨平面的位置进行截骨。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的摆锯完成截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
本发明的一个实施例中，上述装置还包括：
截骨指示模块，用于控制所述机械臂通过安装于自身末端的导向器指示所确定的预设截骨平面的位置。
由以上可见，在准确的确定预设截骨平面相对于机械臂的位置之后，可以直接控制机械臂基于预设截骨平面相对于自身的位置，使用自身安装的导向器指示预设截骨平面的位置，使得医生可以向所指示的位置进行截骨，由于定位得到的预设截骨平面的位置较为准确，因此截骨手术的效果较好。
本发明的一个实施例中，在确定截骨完成并且截骨处已插入撑开器之后，所述装置还包括：
第三位姿获取模块，用于获取所述双目视觉系统实时采集的第三标识物的第三位姿，其中，所述第三标识物固定于所述固定架上，在所述手术对象上的截骨区域中、所述第三标识物与所述第二标识物分别设置于截骨处的两侧；
角度采集模块，用于基于实时采集的第二位姿与第三位姿计算所述撑开器撑开截骨处的角度。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在截骨处插入撑开器之后，可以实时获得撑开器撑开截骨处的角度，使得医生可以实时获得当前撑开器撑开截骨处的情况，在撑开器撑开截骨处的角度达到预设角度后，便可以锁定撑开器。与医生凭借经验使用撑开器撑开截骨处相比，本发明实施例可以准确的获得撑开器撑开截骨处的角度，达到较好的手术效果。
本发明的一个实施例中，所述装置还包括：
第一关系确定模块，用于对各个X光图像与所述第一CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第一CT子图像包含的位置信息之间的第一转换关系，并对各个X光图像与所述第二CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第二CT子图像包含的位置信息之间的第二转换关系；
其中，所述第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，所述远端侧为：所述截骨处远离所述手术对象心脏位置的一侧，所述第二CT子图像与第一CT子图像在所述CT图像中分别位于所述预设截骨平面两侧，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
相对位置确定模块，用于基于所述第一转换关系、第二转换关系、第二位姿与第三位姿计算第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系。
本发明的一个实施例中，在完成截骨后，所述装置还包括：
第四位姿获取模块，用于在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，获取所述双目视觉系统实时采集的所述螺丝的第四位姿；
第二位置确定模块，用于基于所述第四位姿，实时确定所述螺丝在所述CT图像中的位置。
由以上可见，本申请实施例在完成截骨并在为截骨处放置钢板并拧入螺丝的过程中，可以实时获得螺丝在CT图像中的位置，使得医生可以实时获得螺丝当前拧入的情况，在螺丝拧入预设位置后，便可以停止拧入螺丝。与医生凭借经验拧入螺丝相比，本发明实施例可以准确的获得螺丝的位置，达到较好的手术效果。
本发明的一个实施例中，上述第一位置确定模块904包括：
第五位姿获得子模块，用于基于所述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、所述第一位姿以及预知的所述配准标识物相对于所述第一标识物的相对位置，获得所述X光图像所拍摄的平面相对于所述双目视觉系统的第五位姿；
第三关系计算子模块，用于基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系；
第四关系计算子模块，用于基于所述第三转换关系，分别对各个X光图像与所述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
第五关系计算子模块，用于基于所述第四转换关系、所述目标X光图像的第五位姿、所述第二位姿，计算设备位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系，所述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于所述双目视觉系统的位置；
位置确定子模块，用于基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
本发明的一个实施例中，上述位置确定子模块，具体用于：
基于所述第一位姿、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置，确定机械臂位置信息与设备位置信息之间的第六转换关系，其中，所述机械臂位置信息用于表示：应用场景中的点相对于所述机械臂的位置；
基于所述第五转换关系、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述双目视觉系统的第六位姿；
基于所述第六位姿、所述第六转换关系，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
本发明的一个实施例中，上述位置确定子模块，具体用于：
基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置与所述双目视觉系统实时采集的第二标识物的第二位姿，确定所述预设截骨平面当前相对于所述机械臂的位置。
由以上可见，本实施例基于实时采集的第二标识物的第二位姿确定手术对象上的截骨区域是否发生变化，若第二位姿发生变化，则可以实时对所确定的预设截骨平面相对于上述机械臂的位置进行调整，使得所确定的位置能够反映当前预设截骨平面与机械臂的相对位置，使得定位结果更准确。在后续基于所确定的位置进行截骨时也能够得到最好的截骨效果。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，
存储器1003，用于存放计算机程序；
处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现上述前述方法实施例中截骨平面定位方法的步骤。
应用本发明实施例提供的电子设备进行截骨平面定位时，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(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。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机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上述前述方法实施例中截骨平面定位方法的步骤。
执行本发明实施例提供的计算机可读存储介质中存储的计算机程序进行截骨平面定位时，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述前述方法实施例中截骨平面定位方法的步骤。
执行本发明实施例提供的计算机程序进行截骨平面定位时，第一位置是预设截骨平面在预先拍摄的CT图像中的位置，手术过程中手术对象可能会发生移动，或者截骨区域发生形变，基于第一位置难以准确地确定预设截骨平面的位置。本实施例在进行截骨手术的过程中，实时获取第一标识物的第一位姿以及第二标识物的第二位姿，并且获取截骨手术的过程中截骨区域的X光图像，上述X光图像与第一位姿、第二位姿能够反映手术过程中截骨区域的信息。以上述X光图像、第一位姿、第二位姿为基础进行多轮计算可以获得手术过程中预设截骨平面相对于机械臂的位置。由于最终定位得到的位置是基于能够反映手术过程中截骨区域信息的、准确的X光图像以及第一位姿、第二位姿确定的，因此基于本实施例定位得到的预设截骨平面相对于机械臂的位置较为准确。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
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。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统、装置、电子设备、存储介质、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种截骨平面定位方法，其特征在于，应用于截骨手术系统中的控制设备，所述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架、固定有配准标识物的配准板，所述配准板安装于所述机械臂末端，所述方法包括：
获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
在手术对象上安装固定架之后，获取所述双目视觉系统实时采集的、位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
获取所述X射线机采集的包含所述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
基于所述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、所述第一位姿以及预知的所述配准标识物相对于所述第一标识物的相对位置，获得所述X光图像所拍摄的平面相对于所述双目视觉系统的第五位姿；
基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系；
基于所述第三转换关系，分别对各个X光图像与所述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于所述第四转换关系、所述目标X光图像的第五位姿、所述第二位姿，计算设备位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系，所述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于所述双目视觉系统的位置；
基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置之后，还包括：
控制所述机械臂通过安装于自身末端的导向器指示所确定的预设截骨平面的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对各个X光图像与第一CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第一CT子图像包含的位置信息之间的第一转换关系，并对各个X光图像与第二CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第二CT子图像包含的位置信息之间的第二转换关系；
其中，所述第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，所述远端侧为：所述截骨处远离所述手术对象心脏位置的一侧，所述第二CT子图像与第一CT子图像在所述CT图像中分别位于所述预设截骨平面两侧，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于所述第一转换关系、第二转换关系、第二位姿与第三位姿计算第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系，其中，所述第三位姿为：固定于所述固定架上的第三标识物的位姿，在所述手术对象上的截骨区域中、所述第三标识物与所述第二标识物分别设置于截骨处的两侧。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置，包括：
基于所述第一位姿、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置，确定机械臂位置信息与设备位置信息之间的第六转换关系，其中，所述机械臂位置信息用于表示：应用场景中的点相对于所述机械臂的位置；
基于所述第五转换关系、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述双目视觉系统的第六位姿；
基于所述第六位姿、所述第六转换关系，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置，包括：
基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置与所述双目视觉系统实时采集的第二标识物的第二位姿，确定所述预设截骨平面当前相对于所述机械臂的位置。
6.一种截骨平面定位系统，其特征在于，所述系统包括：控制设备、双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架；
所述控制设备，用于获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
所述双目视觉系统，用于在手术对象上安装固定架之后，实时采集位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，并向所述控制设备发送所述第一位姿、第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
所述X射线机，用于采集包含所述截骨区域的至少两张X光图像，并向所述控制设备发送所述X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
所述控制设备，基于所述CT图像、X光图像、第一位置、第一位姿与第二位姿，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置；
所述系统还包括固定有配准标识物的配准板，所述控制设备，具体用于：
基于所述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、所述第一位姿以及预知的所述配准标识物相对于所述第一标识物的相对位置，获得所述X光图像所拍摄的平面相对于所述双目视觉系统的第五位姿，所述配准板安装于所述机械臂末端；
基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系；
基于所述第三转换关系，分别对各个X光图像与所述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于所述第四转换关系、所述目标X光图像的第五位姿、所述第二位姿，计算设备位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系，所述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于所述双目视觉系统的位置；
基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制设备，还用于：
控制所述机械臂通过安装于自身末端的导向器指示所确定的预设截骨平面的位置。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制设备，还用于：
对各个X光图像与第一CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第一CT子图像包含的位置信息之间的第一转换关系，并对各个X光图像与第二CT子图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述第二CT子图像包含的位置信息之间的第二转换关系；
其中，所述第一CT子图像表示的区域为截骨处远端侧的区域，所述远端侧为：所述截骨处远离所述手术对象心脏位置的一侧，所述第二CT子图像与第一CT子图像在所述CT图像中分别位于所述预设截骨平面两侧，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；
基于所述第一转换关系、第二转换关系、第二位姿与第三位姿计算第一CT子图像表示的区域与第二CT子图像表示的区域之间的相对位置关系，其中，所述第三位姿为：固定于所述固定架上的第三标识物的位姿，在所述手术对象上的截骨区域中、所述第三标识物与所述第二标识物分别设置于截骨处的两侧。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制设备，具体用于：
基于所述第一位姿、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置，确定机械臂位置信息与设备位置信息之间的第六转换关系，其中，所述机械臂位置信息用于表示：应用场景中的点相对于所述机械臂的位置；
基于所述第五转换关系、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述双目视觉系统的第六位姿；
基于所述第六位姿、所述第六转换关系，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制设备，具体用于：
基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置与所述双目视觉系统实时采集的第二标识物的第二位姿，确定所述预设截骨平面当前相对于所述机械臂的位置。
11.一种截骨平面定位装置，其特征在于，应用于截骨手术系统中的控制设备，所述系统还包括：双目视觉系统、机械臂、X射线机、用于安装于手术对象的固定架、固定有配准标识物的配准板，所述配准板安装于所述机械臂末端，所述装置包括：
位置获取模块，用于获取预先拍摄的CT图像中预设截骨平面的第一位置；
第一位姿获取模块，用于在手术对象上安装固定架之后，获取所述双目视觉系统实时采集的、位于所述机械臂末端的第一标识物的第一位姿，以及第二标识物的第二位姿，其中，所述第二标识物固定于所述固定架上，并设置于所述手术对象上、所述预设截骨平面所在的截骨区域中，所述第一位姿与第二位姿为：相对于所述双目视觉系统的位姿；
第三位姿获取模块，用于获取所述X射线机采集的包含所述截骨区域的至少两张X光图像，其中，各个X光图像的采集方向之间存在预设角度的夹角，所述预设角度大于0；
第一位置确定模块，用于基于所述配准板上固定的配准标识物在X光图像中的位置、所述第一位姿以及预知的所述配准标识物相对于所述第一标识物的相对位置，获得所述X光图像所拍摄的平面相对于所述双目视觉系统的第五位姿；基于各个X光图像的第五位姿，计算各个X光图像包含的位置信息之间的第三转换关系；基于所述第三转换关系，分别对各个X光图像与所述CT图像进行配准，获得目标X光图像包含的位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第四转换关系，所述目标X光图像为各个X光图像中的任意一个；基于所述第四转换关系、所述目标X光图像的第五位姿、所述第二位姿，计算设备位置信息与所述CT图像包含的位置信息之间的第五转换关系，所述设备位置信息表示：应用场景中的点相对于所述双目视觉系统的位置；基于所述第一位姿、所述第五转换关系、所述第一标识物与所述机械臂之间的相对位置、所述第一位置，确定所述预设截骨平面相对于所述机械臂的位置。
12.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机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权利要求1-5任一所述的方法步骤。
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