CN116115341A - 手术系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种手术系统，用于通过外科手术工具处理解剖组织，其特征在于，包括执行器、机械臂、定位器以及控制器，执行器包括具有基准提示特征的视觉指示区域，视觉指示区域包括多个排列的指示单元，指示单元至少具有可切换的第一指示状态和第二指示状态；控制器用于根据空间关系信息控制与基准提示特征有预定方位关系的指示单元呈现第二指示状态来指示外科手术工具相对于目标位置的状态。便于医师精确获知手术空间中外科手术工具在手术部位的手术情况。

Description

手术系统

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种手术系统。

背景技术

机器人辅助的导航外科手术中，导航系统的显示器可以实时显示手术部位和外科手术工具的数字三维模型，以便医师判断外科手术工具与目标解剖结构之间的相对位置。

比如，使用膝关节导航手术系统进行的膝关节置换术中，医师推动协作机械臂末端搭载的电动摆锯可以对股骨远端和胫骨近端进行截骨，而系统可以实时追踪电动摆锯的锯片与目标截骨面之间的相对位置关系，并将二者的数字三维模型显示在显示器中。截骨过程中医师可以观察显示器中锯片与目标截骨面之间的位置偏差，从而改变对协作机械臂的施力方向以纠正偏差，达到更加精准的截骨效果。

此外，在医师对某一目标截骨面内实施截骨操作时，系统追踪锯片的轨迹并统计锯片与待被移除的骨区域的重合情况，根据重合情况以数字三维模型的形式将待被移除的骨是否完成移除或者移除的进度在显示器中显示。医师可以据此获知机械臂把持的锯片对该截骨面内骨移除的具体情况并及时更换截骨的方向或停止截骨。

以及，髋关节手术中，为保证髋臼假体的精准安装，髋臼磨挫对髋臼窝的磨削也需要进行精确且严格的监测。为此，系统追踪髋臼磨挫及髋臼窝的位置，髋臼磨挫相对于预定的目标髋臼窝轮廓的相对位置关系通过数字三维模型显示在显示器中。医师可以观察显示器中髋臼磨挫和目标髋臼窝轮廓的位置关系，以便指导医师对精确完成髋臼窝的制备工作。

然而，显示器一般都位于手术床周围，其远离手术部位。医师在操作过程中既要关注手术部位，又要观察显示器中的影像来指导手术操作，手术过程中需要不断转动头部以转换视线，不利于手术操作的顺畅进行。

发明内容

本申请提供一种手术系统，便于医师精确获知手术空间中外科手术工具在手术部位的手术情况。

手术系统，用于通过外科手术工具处理解剖组织，其特征在于，包括，执行器，用于搭载外科手术工具，执行器包括具有基准提示特征的视觉指示区域，视觉指示区域包括多个排列的指示单元，指示单元至少具有可切换的第一指示状态和第二指示状态；机械臂，用于把持执行器；定位器，用于获取执行器和/或外科手术工具以及目标位置的坐标信息，目标位置与解剖组织关联，坐标信息用于计算执行器和/或外科手术工具与目标位置的空间关系信息；控制器，用于根据空间关系信息控制与基准提示特征有预定方位关系的指示单元呈现第二指示状态来指示外科手术工具相对于目标位置的状态。

在第一种可能的实现方式中，预定方位关系包括距离关系和方向关系。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，距离关系为：与基准提示特征的距离等于或小于等于对应于空间关系信息的一个或多个值。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，方向关系为：呈现第二指示状态的指示单元位于基准提示特征的两侧中的一侧。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，空间方位关系为外科手术工具平面与目标平面间的相对位置关系。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，基准提示特征具有标识或本身形状、大小区别于指示单元，指示单元沿直线或曲线排布在基准提示特征两侧。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，视觉指示区域预设为多个指示区间，多个指示区间被设置为每个指示区间对应一种第二指示状态，相邻区间中的指示单元具有不同的第二指示状态。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，多个指示区间至少包括：第一指示区间，包含基准提示特征及基准提示特征预定范围内的指示单元；第二指示区间，在第一指示区间的第一方向上与之相邻，包含至少一个指示单元，其中指示单元距离基准提示特征的距离处在第一距离范围内；以及，第三指示区间，在第一指示区间的第二方向上与之相邻，包含至少一个指示单元，其中指示单元距离基准提示特征的距离处在第二距离范围内。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，基准提示特征为可形成预定区域的基准界线。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，空间方位关系为外科手术工具的预设区域与目标区域的重合关系。

结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，空间方位关系为外科手术工具的预设轮廓与目标轮廓之间的距离关系。

结合上述可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，指示单元还具有第三指示状态，第三指示状态区别于第一指示状态和第二指示状态。

结合上述可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，其特征在于，当外科手术工具位于目标位置的第一方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第一指示状态；当外科手术工具位于目标位置的第二方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第二指示状态；当外科手术工具位于目标位置的第三方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第三指示状态。

结合上述可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，当外科手术工具在预定方向上偏移目标位置时，预定区域内相应的指示单元呈现第三指示状态。

结合上述可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，指示单元为条状、点状或块状。

结合上述可能的实现方式，在第十五种可能的实现方式中，第二指示状态为区别于第一指示状态的颜色或亮度。

本申请提出的手术系统，沿执行器表面设置有视觉指示区域，视觉指示区域的指示单元可以提示手术工具与解剖组织的相对位置。视觉指示区域与手术工具都设在执行器上，且视觉指示区域不会阻挡医生观察手术工具的视线，执行手术时，医生的视线不必远离手术工具即可观察到视觉指示区域，医生可以更便捷地获得导航系统的导航信息。

附图说明

图1为本申请实施例的手术系统示意图；

图2为本申请实施例的第一种执行器结构示意图一；

图3为本申请实施例的第一种指示部件示意图一；

图4为本申请实施例的第一种指示部件示意图二；

图5为本申请实施例的第一种指示部件示意图三；

图6为本申请实施例的第一种执行器结构示意图二；

图7为本申请实施例的第一种执行器结构示意图三；

图8为本申请实施例的指示单元内部结构示意图一；

图9为本申请实施例的指示单元内部结构示意图二；

图10为本申请实施例的第一种指示部件示意图四；

图11为本申请实施例的第一种指示部件示意图五；

图12为本申请实施例的第一种指示部件示意图六；

图13为本申请实施例的第一种指示部件示意图七；

图14为本申请实施例的第一种指示部件示意图八；

图15为本申请实施例的第一种指示部件示意图九；

图16为本申请实施例的第二种执行器结构示意图；

图17为本申请实施例的第二种指示部件示意图一；

图18为本申请实施例的第二种指示部件示意图二；

图19为本申请实施例的第二种指示部件示意图三；

图20为本申请实施例的第二种指示部件示意图四；

图21为本申请实施例的第三种执行器结构示意图；

图22为本申请实施例的第三种指示部件示意图一；

图23为本申请实施例的第三种指示部件示意图二；

图24为本申请实施例的第三种指示部件示意图三；

图25为本申请实施例的第三种指示部件示意图四；

附图标记：1-执行器，2-锯片，3-锯片接口，4-指示部件，401-指示单元，402-基准指示特征，4011-内部光源，4012-表面透光层，4013-导光材料，4014-保护层，501-第一指示区间，502-第二指示区间，503-第三指示区间，600-机械臂，700-定位器，800-控制器，900-显示器，10-预定区域，101-完成区域。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、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，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请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申请的示例来提供对本申请的更好的理解。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

本申请实施例提供了一种手术系统。通过机械臂搭载外科手术工具执行外科手术。外科手术工具由执行器搭载，并且执行器设置在机械臂末端，执行器上设置有用于显示提示信息的视觉指示区域，视觉指示区域内设置有作为参照的基准提示特征，并且视觉指示区域包括多个排列的指示单元，指示单元至少具有可切换的第一指示状态和第二指示状态。

其中，本申请所称的外科手术工具，是指能够在医学上使用并辅助医师完成检查或者手术操作的器械性装置，例如可以是全膝关节置换手术中用到的电锯及其锯片，但是不限于此，也可以是钳、钻、铣刀、螺丝刀、扩张器、植入物插入器等。

手术系统中设置有定位器，与定位器相配合的，执行器、外科手术工具以及患者的解剖组织处均固定有用于标定其位置的示踪器，系统通过定位器获取示踪器的位置并结合示踪器与被标定部分的已知位置关系来获取执行器和/或外科手术工具以及目标位置的坐标信息。目标位置与解剖组织关联，例如目标位置可以是全膝关节置换手术中的目标截骨面。坐标信息用于计算执行器和/或外科手术工具与目标位置的空间关系信息。

作为手术系统中导航的关键，定位器通常可采用光学或电磁的方式实现。如通过双目视觉相机作为定位器，反射标记作为示踪器时，双目视觉相机端发出红外光，经过作为示踪器的反射标记的反射再次回到双目视觉相机端进行成像，以此实现定位器对示踪器位置的获取。同样的，也可采用其他能够获取位置的装置进行导航，例如电磁接收器作为定位器，电磁发生器作为示踪器来实现手术中的定位和导航。

手术系统中还设置有控制器，通常采用计算机作为控制器。控制器根据获得的空间关系信息对视觉指示区域的显示状态进行控制。当外科手术工具与目标位置具有某一位置关系时，控制器控制相应的指示单元呈现出第二指示状态，这些呈现第二指示状态的指示单元与基准提示特征有着预定的方位关系。其中，预定的方位关系是控制器对空间关系信息进行处理分析后所得出的，所得出的预定的方位关系与实际手术空间中手术工具相对于目标位置的方位关系一一对应。基于预定方位关系进行显示的视觉指示区域向医师指示外科手术工具相对于所述目标位置的状态。医师在关注解剖组织的同时可方便且直观地观察该指示信息进行手术操作。

第一方面，以全膝关节置换手术系统为例进行说明，截骨手术时的外科手术工具采用高速摆动的锯片。

具体的如图1所示，手术系统包括机械臂600、定位器700、示踪器(未示出)、控制器800以及显示手术信息的显示器900。机械臂600作为执行外科手术的动作机构，执行器1搭载于其末端。示踪器分别固定于患者的股骨、胫骨以及机械臂600末端和/或外科手术工具上，定位器700通过示踪器的坐标信息获取患者股骨、胫骨和锯片2的坐标信息，为手术导航定位提供基础。控制器800在手术系统中控制手术动作的执行、内部控制程序的运行以及各种手术信息的显示。本实施例中采用双目视觉照相机作为定位器700，反光标记作为示踪器进行手术导航。

利用手术系统进行的手术过程具体包括定位导航阶段和截骨导航阶段。在定位导航阶段，控制器800控制机械臂600动作使执行器1到达手术部位，锯片2到达与目标截骨面预定对准的位置。在截骨导航阶段，控制器800控制机械臂600将锯片2的运动范围限制在目标截骨面内，由医师通过牵引执行器1驱动锯片2进行截骨操作。用于指示锯片2相对于目标截骨面的偏差距离和偏差方向的指示部件4设置于执行器1表面上。

如图3-5所示，指示部件4中包括以一定的距离等间距排列的指示单元401和基准提示特征402。指示单元401和基准提示特征402均设置为矩形指示条，基准提示特征402位于指示部件4的中部，指示单元401沿直线分布于基准提示特征402两侧，该间距小于矩形指示条的宽度。基准提示特征402的长度长于指示单元401的长度。并且，指示部件4中的矩形指示条被划分三个指示区间，其中，第一指示区间501内包括基准提示特征402、基准提示特征402一侧的两个指示单元401和另一侧的两个指示单元401；第二指示区间502位于第一指示区间501的上方且与之相邻，包含多个指示单元401；第三指示区间503位于第一指示区间501的下方且与之相邻，包含多个指示单元401。

指示部件4中基准提示特征402和指示单元401的显示状态受控于控制器800，在控制器800的控制下，当系统通过定位器700检测到锯片2的位置与目标截骨面重合或位于其附近时，指示部件中的基准提示特征402呈现第二指示状态；当检测到锯片2的位置位于目标截骨面上方Xmm处时，指示部件4中基准提示特征402上方与之对应的第n个指示单401元呈现第二指示状态；当检测到锯片2的位置位于目标截骨面下方Ymm处时，指示部件4中基准提示特征402下方与之对应的第m个指示单401元呈现第二指示状态。

在具体的控制过程中，控制器800运行机器人辅助导航外科手术的系统程序。程序根据定位器700检测到的锯片2的实际位置和目标截骨面的位置计算偏差值x，程序预置基本偏差范围δ，其中偏差值x为矢量，以正负号表示其方向。程序把偏差值x和基本偏差范围δ的比较值作为显示控制数据反馈给控制器800，控制器800据此改变对应基准提示特征402和/或指示单元401的状态。以对锯片2的截骨精度进行指示。

本实施例中预设基本偏差δ对应的偏差范围为-0.2mm～0.2mm，当定位器700获取的偏差值x落在-0.2mm～0.2mm内时，偏差值x和基本偏差范围δ的比较值为0，程序把数值0反馈给控制器800，控制器800使基准提示特征402呈现绿色高亮状态，意味着锯片2的实际位置与目标截骨面基本重叠，是理想的刀具位置，指示部件4的具体呈指示情况如图3所示。

当定位器700检测到的锯片2的实际位置和目标截骨面计算偏差值落在0.2mm～0.4mm内时，即锯片2的实际位置位于目标截骨面上方的0.2mm～0.4mm处，偏差值x和基本偏差范围δ的比较值为1，程序把数值1反馈给控制器800，控制器800使基准提示特征402上方的第一个指示单元401呈现绿色高亮状态；当定位器700检测到的锯片2的实际位置和目标截骨面计算偏差值落在-0.4mm～-0.2mm内时，即锯片2的实际位置位于目标截骨面下方的0.2mm～0.4mm处，偏差值x和基本偏差范围δ的比较值为-1，程序把数值-1反馈给控制器800，控制器800使基准提示特征402下方的第一个指示单元401呈现绿色高亮状态。可以理解的是，上述指示单元401的指示表明锯片2的实际位置与目标截骨面的偏差较小，偏差范围在可接受的范围内。同样的，第一指示区间501内的指示单元401或基准提示特征402呈现绿色的高亮状态时，均代表锯片2的实际位置与目标截骨面的偏差较小，可以满足手术的精度要求，此种情况下可以正常进行截骨。

与上述同理的，当定位器700检测到的锯片2的实际位置和目标截骨面计算偏差值落在1mm～1.2mm内或-1.2mm～-1mm时，即锯片2的实际位置位于目标截骨面上方的1mm～1.2mm处或下方的1mm～1.2mm处，偏差值x和基本偏差范围δ的比较值为5或-5，程序把数值5或-5反馈给控制器800，控制器800将使基准提示特征402上方的第五个指示单元401呈现黄色高亮状态或使基准提示特征402下方的第五个指示单元401呈现黄色高亮状态，具体如图4和图5所示。可以理解的是，位于第二指示区间502或第三指示区间503内的矩形指示条呈现黄色高亮状态时，代表锯片2的实际位置与目标截骨面存在一定偏差。该偏差会对手术精度造成影响，医师从执行器1的指示部件4观察到此种情况后应当牵引执行器1进行细微的调整，直到第一指示区间501内的矩形指示条呈现绿色高亮状态为止。

综上，当锯片2与目标截骨面基本重合时，基准提示特征402呈现绿色高亮状态；当锯片2与目标截骨面的偏差距离在第一预定范围时，第一指示区间501中的相应指示单元401呈现绿色高亮状态；当锯片2与目标截骨面的偏差距离超出第一预定范围且锯片2位于目标截骨面上方时，第二指示区间502中的相应指示单元401呈现黄色高亮状态；当锯片2与目标截骨面的偏差距离超出第一预定范围且锯片2位于目标截骨面下方时，第三指示区间503中的相应指示单元401呈现黄色高亮状态。指示部件4以此指示锯片2的实际位置相对于目标截骨面的偏差距离和偏差方向。

如图2所示，执行器1上安装有用于全膝关节置换手术截骨的锯片2。锯片2为长条状，锯片2实际执行切割的末端为锯齿。锯片2的另一端在锯片接口3处与执行器1内的机械传动装置的输出端连接，机械传动装置的输入端和动力装置连接。动力装置通常设置为电机，通电后电机开始运转，通过机械传动机构将电机输出的转动转换为机械传动机构输出端的摆动，锯片2跟随该输出端做沿锯片平面的摆动切割动作。作为视觉指示区域的指示部件4设置在执行器1本体的表面，平行且对齐于锯片2。在一些可选的实施方式中，指示部件4可以嵌入执行器1本体的表面，也可以贴合于执行器1本体的表面。

基准提示特征402和指示单元401沿直线排列，指示部件4整体呈矩形。如图6所示，基准提示特征402和指示单元401排布所沿的直线方向与锯片2的长度方向一致。在另一些可选的实施方式中，如图7所示，基准提示特征402和指示单元401排布所沿的直线方向与锯片2的长度方向垂直。基准提示特征左侧的指示单元用于对应手术空间中截骨平面的上方，该部分基准提示特征显示第二指示状态时表示锯片位于截骨平面上方。同理，基准提示特征右侧的指示单元用于对应手术空间中截骨平面的下方。当然，指示部件4在执行器1上的位置设置不限于上述方式，只需保证医师在关注解剖结构处能够方便地观察到指示部件4即可。

在一种可选的实施方式中，指示部件4中的矩形指示条被划分的第一指示区间501和第二指示区间502/第三指示区间503内矩形指示条所发出的光不限于绿色和黄色，也可以是其他颜色如蓝色和紫色。第三指示区间503内指示单元401所发出的光的颜色也可以不同于第二指示区间502内指示单元401所发出光的颜色，只要相邻的指示区间内矩形指示条所发出的光的颜色能够相互区分即可。

在另一种可选的实施方式中，指示区间的数量也不局限于三个，也可以是更多，如五个。与上述同理地，第四指示区间位于第二指示区间502的上方且与之相邻，其包含多个指示单元401，该区域内指示单元401能够发出区别于第二指示区间502内指示单元401的发光颜色，如红色。同理的，第五指示区间位于第三指示区间503下方且与之相邻，其包含多个指示单元401，该区域内指示单元401能够发出区别于第三指示区间503内指示单元401所发出的光的颜色，如红色。

在一种可选的实施方式中，基准提示特征402和指示单元401包括内部光源4011和表面透光层4012，表面透光层4012由透明材料制成。内部光源4011所发出的光经导光材料4013传到表面透光层进行显示。基准提示特征402和每个指示单元401内的内部光源4011为一个或多个发光二极管，如图8所示，指示单元401的内部结构的内部光源由多个发光二极管组成。可以理解的是，光光二极管所发出的光通过表面透光层4011被外界观察到，表面透光层4011为实际显示低亮或高亮状态的视窗，表面透光层4011的形状决定了视窗的形状。基于此，由于本实施例中采用的表面透光层4011的形状为矩形，所以基准提示特征402和指示单元401均为矩形指示条。

本实施例中所采用的发光二极管可以采用耐高温的部件。且基准提示特征402和指示单元401内部的发光二极管均进行密封保护，如图9所示，具体方式为采用电子灌封胶在发光二极管外部形成保护层4014以进行密封保护。耐高温和密封设计可以使执行器1及指示部件满足临床上的高温蒸汽消毒条件。

在一种可选的实施方式中，如图10所示，指示部件4中用于指示锯片2相对于目标截骨面的偏差的显示，可以通过基准提示特征402和由基准提示特征402起始的多个指示单元401呈现特定颜色和高亮和颜色状态进行显示。在另一种可选的实施方式中，如图11所示，偏差显示也可以通过在基准提示特征402和由基准提示特征402起始的多个指示单元401呈现特定颜色的高亮状态的基础上，与锯片2位置对应的相应指示单元401呈现更加突出的特定颜色的高亮状态。

如图12所示，在一种可选的实施方式中，指示部件4a中基准提示特征402a和指示单元401a间无间距地沿直线排列。基准提示特征402a和指示单元401a的长度相同但显示出区别于指示单元401b的亮度/颜色状态。

在一种可选的实施方式中，如图13所示，指示部件4b为由形状不同的梯形指示条组成的漏斗形，基准提示特征402b位于漏斗形的中间位置处，指示单元401b以逐渐增长的趋势对称排列在基准提示特征402b两侧。

在一种可选的实施方式中，如图14所示，指示部件4c中的基准提示特征402c和指示单元401c均为圆形，其中基准提示特征402c的半径大于指示单元401c的半径。

在一种可选的实施方式中，如图15所示，指示部件4d为由矩形指示条沿弧线排列的半圆形，并且按圆周方向划分出三个指示区间。基准提示特征402d位于半圆形的中间，指示单元401d间隔一定角度均匀排列在基准提示特征402d两侧。

第二方面，在计算机辅助的全膝关节置换手术系统中，手术系统需要按照规划的目标截骨面对患者骨骼进行切割并移除一部分骨骼，切割过程会形成横断面。控制器800可以根据骨骼的数字三维模型及手术规划方案计算出切割后横断面的形状；控制器800还可以藉由导航系统计算出切割过程中锯片与骨骼的接触状况，如切入深度、方位等。执行器1上可以设置指示部件4e，指示部件4e中可以通过具有不同指示状态的指示单元401e显示出前述横断面，并基于锯片2与骨骼的接触情况调整与接触情况对应的指示单元401e的指示状态，以使指示部件4e显示出实时的切割情况。

具体地，定位器700通过示踪器获取锯片2和作为目标区域的横断面的空间关系信息，控制器对空间关系信息进行处理，并控制指示部件4e显示指示锯片2在横断面内移除骨的进度的指示信息。视觉指示区域设置在执行器上，与手术工具距离较近，且位于医师观察手术工具的视线的旁侧，便于医生观察以获得骨移除情况。

如图16所示，指示部件4e设置在执行器1表面上，且位于医生正常观察手术部位时的视野范围内。如17-20图所示，指示部件4e包含沿平面排列的多个指示单元401e和基准提示特征402e，其中，指示部件4e中通过部分指示单元401e呈现第一指示状态和/或第二指示状态形成与作为目标区域的横断面相对应的预定区域10，基准提示特征402e为预定区域10的边界。

具体的，在控制器的控制下，预定第一指示状态为绿色，第二指示状态为白色，如图17所示，当锯片未进入横断面的范围内时，预定区域10内的指示单元401e均呈现绿色，此时表示横断面一侧上与呈现绿色的第一指示单元相对应的骨均处于待移除状态。如图18所示，当锯片从横断面的右下方进入待移除骨区域时，预定区域10中右下方边界预定范围内的部分指示单元401e由绿色变为白色，呈现白色的指示单元401e形成完成区域101，完成区域101与锯片轨迹和横断面重合的区域相对应，代表与此处对应的横断面位置已经完成截骨。预定区域10内全部呈现为白色，即完成区域101与预定区域10重合，意味着该横断面的截骨工作已经完成。

由于锯片2的宽度较小，一般小于横断面的宽度，为了将横断面完全成型，需要在多个方向上进行锯片2的进给。在锯片2进给的某一方向上，若预定区域10内对应方向上的指示单元401e未全部由绿色变为白色，则表示在该方向上，锯片2还没有完成切割，需要继续驱动锯片2沿该方向进给直至对应方向上指示单元401e的状态均呈现白色；若预定区域10内对应方向上的指示单元401e全部变为白色，则表示在该方向上锯片已经完成切割，需要更换锯片的进给方向以实现横断面上其他区域的切割；如图19所示，当预定区域10内所有的指示单元401e均呈现白色，则表示整个截骨面已经完成切割，医生需要结束对该目标截骨面内的截骨，继续更换目标截骨面，直至完成手术中所有横断面的制备。

在具体的手术过程中，由于锯片2是在一个理想的目标截骨面内进行的截骨动作，锯片的抖动或机械臂和医生作用力等外力的影响，锯片实际切割的平面难以完全保证与目标截骨面重合。在一种可选的实施方式中，在控制器的控制下，预定区域内的指示单元401e还可以呈现第三指示状态，例如，如图20所示，当锯片进行截骨时，锯片的实际切割面位于目标截骨面的上方而未完全将骨移除时，预定区域10中相应的指示单元401e呈现第三指示状态，如黄色；锯片的实际切割面位于目标截骨面的下方而过量将骨移除时，预定区域中相应的第一指示单元呈现第三指示状态或第四指示状态，如黄色或红色。

第三方面，在计算机辅助的髋关节手术中，如第一方面所述的手术系统，系统也包括机械臂600、定位器700、示踪器(未示出)、控制器800以及显示手术信息的显示器900。机械臂600作为执行外科手术的动作机构，执行器1搭载于其末端。其中在髋臼窝的制备中所采用的外科手术工具为髋臼磨挫。

为保证髋臼假体的精准安装，髋臼磨锉对髋臼窝的磨削需要进行精确且严格的监测。手术时需要通过髋臼磨挫制备出作为目标轮廓的预设髋臼窝表面，为了直观显示髋臼磨挫和预设髋臼窝表面的相对位置关系，在执行器1上设置指示部件4f作为视觉指示区域。定位器700通过示踪器获取髋臼磨挫和作为目标轮廓的预设髋臼窝表面的空间关系信息，控制器800对空间关系信息进行处理，并控制指示部件4f显示指示髋臼磨挫在髋臼窝内的磨挫情况，医师可以方便地观察参考指示部件4f中显示的信息来完成髋臼窝的制备工作。

如图21所示，指示部件4f设置在执行器1表面上，且位于医生正常观察手术部位时的视野范围内。如图22-24所示，指示部件4f包含沿平面排列的多个指示单元401f和基准提示特征402f，部分指示单元401f通过呈现第一指示状态和/或第二指示状态形成与上述预设髋臼窝表面相对应的预定区域10a。基准提示特征402e为预定区域10a的边界。

具体的，在控制器800的控制下，预定第一指示状态为绿色，第二指示状态为白色。当髋臼磨锉沿髋臼窝轴线进入而未到达预设髋臼窝表面时，预定区域10a内的部分指示单元401f呈现绿色，呈现绿色的指示单元401f代表预设髋臼窝表面上待被磨挫的骨，如图22所示为预定区域10a内的指示单元401f全部呈现绿色的一种情况。如图23所示，当髋臼磨挫沿髋臼窝轴线进入并到达预设髋臼窝表面时，呈现绿色的指示单元变为白色，此时表示通过髋臼磨挫的磨削，预设髋臼表面已经完成制备。

在一种可选的实施方式中，当系统检测到髋臼磨挫的预设轮廓越过预定髋臼窝表面时，预定区域10a内与过量切割的骨相对应的指示单元401f呈现第三指示状态，如红色。如图24所示为髋臼磨挫过量切割程度严重而使整个预定区域10a内的指示单元401f均呈现红色，当然也存在相对于预设髋臼窝表面部分过量切割的情况，如图25所示，由于髋臼磨挫没有严格按照髋臼窝的轴向方向进给而出现一侧存在过量切割的问题。指示部件4f在执行器1上靠近髋臼磨挫，医生可以在观察髋臼磨挫的同时观察指示部件4f，当髋臼磨挫出现过量磨挫时能够被医生及时知晓。

此外，视觉指示中指示单元401e和指示单元401f与基准提示特征402和指示单元401相同，可以采用耐高温的发光二极管作为内部光源，并进行密封处理，具体可行的设置方式与基准提示特征402和指示单元401相同，这里不再赘述。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本发申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (16)

1.一种手术系统，用于通过外科手术工具处理解剖组织，其特征在于，包括：

执行器，用于搭载所述外科手术工具，所述执行器包括具有基准提示特征的视觉指示区域，所述视觉指示区域包括多个排列的指示单元，所述指示单元至少具有可切换的第一指示状态和第二指示状态；

机械臂，用于把持所述执行器；

定位器，用于获取所述执行器和/或外科手术工具以及目标位置的坐标信息，所述目标位置与解剖组织关联，所述坐标信息用于计算所述执行器和/或外科手术工具与所述目标位置的空间关系信息；

控制器，用于根据所述空间关系信息控制与所述基准提示特征有预定方位关系的指示单元呈现所述第二指示状态来指示所述外科手术工具相对于所述目标位置的状态。

2.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述预定方位关系包括距离关系和方向关系。

3.根据权利要求2所述的手术系统，其特征在于，所述距离关系为：与所述基准提示特征的距离等于或小于等于对应于所述空间关系信息的一个或多个值。

4.根据权利要求2所述的手术系统，其特征在于，所述方向关系为：呈现第二指示状态的所述指示单元位于所述基准提示特征的两侧中的一侧。

5.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述空间方位关系为外科手术工具平面与目标平面间的相对位置关系。

6.根据权利要求5所述的手术系统，其特征在于，所述基准提示特征具有标识或本身形状、大小区别于所述指示单元，所述指示单元沿直线或曲线排布在所述基准提示特征两侧。

7.根据权利要求5所述的手术系统，其特征在于，所述视觉指示区域预设为多个指示区间，所述多个指示区间被设置为每个所述指示区间对应一种第二指示状态，相邻区间中的所述指示单元具有不同的第二指示状态。

8.根据权利要求7所述的手术系统，其特征在于，所述多个指示区间至少包括：

第一指示区间，包含所述基准提示特征及所述基准提示特征预定范围内的指示单元；

第二指示区间，在所述第一指示区间的第一方向上与之相邻，包含至少一个所述指示单元，其中所述指示单元距离所述基准提示特征的距离处在第一距离范围内；以及

第三指示区间，在所述第一指示区间的第二方向上与之相邻，包含至少一个所述指示单元，其中所述指示单元距离所述基准提示特征的距离处在第二距离范围内。

9.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述基准提示特征为可形成预定区域的基准界线。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其特征在于，所述空间方位关系为外科手术工具的预设区域与目标区域的重合关系。

11.根据权利要求9所述的手术系统，其特征在于，所述空间方位关系为外科手术工具的预设轮廓与目标轮廓之间的距离关系。

12.根据权利要求9所述的手术系统，其特征在于，所述指示单元还具有第三指示状态，所述第三指示状态区别于所述第一指示状态和所述第二指示状态。

13.根据权利要求12所述的手术系统，其特征在于，

当所述外科手术工具位于所述目标位置的第一方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第一指示状态；

当所述外科手术工具位于所述目标位置的第二方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第二指示状态；

当所述外科手术工具位于所述目标位置的第三方位时，预定区域内的相应指示单元呈现出第三指示状态。

14.根据权利要求12所述的手术系统，其特征在于，当所述外科手术工具在预定方向上偏移所述目标位置时，预定区域内相应的指示单元呈现第三指示状态。

15.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述指示单元为条状、点状或块状。

16.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述第二指示状态为区别于第一指示状态的颜色或亮度。

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