CN117653265A - 针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置和胫骨自动截骨装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置和胫骨自动截骨装置，涉及机器人控制技术领域。本申请根据龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹，并在获取到龙骨槽结构所在的胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息后，根据期望装配位姿信息对工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到旋转式截骨工具在机器人基坐标系下作用到待截实体胫骨上的期望截骨轨迹，以便针对龙骨槽结构实现高精度自动截骨功能，提高截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，确保TKA手术达到预期效果。
Description
技术领域
本申请涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置和胫骨自动截骨装置。
背景技术
膝关节是人体最大与最重要的关节之一，膝关节的病损将严重影响患者的活动功能，降低其生活质量。对于存在严重病变（例如，重度膝关节骨关节炎、类风湿性膝关节炎晚期病变、严重的关节创伤后膝关节功能障碍、涉及关节面的膝关节骨软骨坏死、骨肿瘤等）的膝关节，通常可以通过TKA（Total Knee Arthroplasty，全膝关节置换）手术采用膝关节假体替换原始膝关节，以重建膝关节功能，提高患者的生活质量。其中，TKA手术通常需要截除待手术膝关节处的股骨和胫骨的少许骨量，以在胫骨上截出一个胫骨平台面，在股骨截出五个相交的平台面，来将待手术膝关节截出与待装配膝关节假体相适配的造型，以便于实现假体安装。
而随着科学技术的不断发展，机器人技术在各大行业的应用越发广泛，利用机器人辅助TKA手术便是当今机器人技术在医疗行业的一项重要应用方向。目前，机器人在辅助TKA手术过程中通常是充当定位并维持截骨平面的角色，使主治医生能够直接在机器人圈定的截骨平面内拖动截骨工具（例如，摆锯、铣刀、磨钻等）进行人工截骨操作，从而完成整个TKA手术。
在此过程中，待装配膝关节假体中的胫骨假体结构通常由胫骨托结构和安装在胫骨托结构的胫骨装配面上的龙骨槽结构组成，因此在待手术膝关节涉及的实体胫骨上截出与胫骨装配面对应的胫骨平台面后，还需要在胫骨平台面上挖出一个与龙骨槽结构适配的装配空间，以便于主治医生通过锤击将龙骨槽结构嵌入到装配空间内，来使胫骨托结构的胫骨装配面与胫骨平台面贴合，完成对胫骨假体结构的安装操作。但值得注意的是，目前针对龙骨槽结构的截骨实现方案需要由主治医生在胫骨平台面上固定一个导板，并由主治医生利用往复锯或凿子等截骨工具沿着导板限定的空间边缘手动去除骨质，来形成对应的装配空间。这种去除胫骨骨质去除方案通常会因导板存在的机械结构厚度，使截骨工具无法高精度地对齐导板边缘，同时也因人工截骨过程中容易出人手抖动、医生疲劳等现象，和/或导板安装过程中容易出现安装歪斜、安装不牢固等现象，导致整体的胫骨截骨精度较差，对应截出的装配空间与龙骨槽结构吻合度不高，使胫骨假体结构无法正常安装到被截实体胫骨上，以致于TKA手术达不到预期效果，甚至出现手术失败现象。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划方法及装置、胫骨自动截骨方法及装置、计算机设备、手术机器人和可读存储介质，能够根据龙骨槽结构的结构尺寸信息，在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，并通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨功能，以提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，提高截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，确保TKA手术达到预期效果，保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划方法，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述方法包括：
根据所述龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与所述龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹；
获取所述胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息；
根据所述期望装配位姿信息对所述工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到所述旋转式截骨工具在所述机器人基坐标系下作用到所述待截实体胫骨上的期望截骨轨迹。
在可选的实施方式中，所述截骨基准坐标系的目标坐标平面与所述胫骨装配面相互平行；所述根据所述龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与所述龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹的步骤，包括：
根据所述结构尺寸信息，确定所述龙骨槽结构在所述胫骨装配面上的假体投影区域；
根据所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述假体投影区域内的多个期望移动位置；
根据所述结构尺寸信息确定所有期望移动位置各自在所述龙骨槽结构上对应的边缘部位深度；
针对每个期望移动位置，确定所述旋转式截骨工具在所述截骨基准坐标系下与该期望移动位置对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿，其中所述工具末端进刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于预设退刀距离，所述工具末端退刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；
根据所有期望移动位置各自的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿进行往复遍历路径规划，得到所述工具末端移动轨迹。
在可选的实施方式中，所述根据所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述假体投影区域内的多个期望移动位置的步骤，包括：
将所述假体投影区域的区域中心位置作为基准位置，并将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔，在所述假体投影区域内进行插补点规划，得到多个目标插补点位置，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；
将所述区域中心位置和多个所述目标插补点位置分别作为一个期望移动位置。
在可选的实施方式中，所述龙骨槽结构包括支撑柱和与所述支撑柱固定连接的两个侧翼结构，所述根据所述结构尺寸信息确定所有期望移动位置各自在所述龙骨槽结构上对应的边缘部位深度的步骤，包括：
从所述结构尺寸信息中提取所述龙骨槽结构的最大结构深度；
根据所述最大结构深度对所述侧翼结构进行结构深度变化拟合，得到对应的结构深度变化曲线，其中所述侧翼结构的翼根结构深度大于所述侧翼结构的翼尖结构深度，所述侧翼结构的翼根结构深度与所述最大结构深度保持一致；
针对处于单个侧翼结构的投影范围内的每个期望移动位置，根据该期望移动位置在对应侧翼结构的投影范围内与翼根位置的相对位置关系，基于所述结构深度变化曲线中进行结构深度求解，得到该期望移动位置的边缘部位深度；
针对处于所述支撑柱在所述胫骨装配面上的投影范围内的每个期望移动位置，将所述最大结构深度作为该期望移动位置的边缘部位深度。
在可选的实施方式中，所述截骨基准坐标系的目标坐标轴垂直于所述目标坐标平面，所述目标坐标轴正方向指向所述龙骨槽结构；所述针对每个期望移动位置，确定所述旋转式截骨工具在所述截骨基准坐标系下与该期望移动位置对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿的步骤，包括：
针对每个期望移动位置，根据所述截骨基准坐标系的坐标系原点与该期望移动位置在所述胫骨装配面上的相对投影位置关系，确定该期望移动位置在所述目标坐标平面内的目标坐标位置；
根据所述预设退刀距离，确定该期望移动位置在所述截骨基准坐标系的目标坐标轴上的第一坐标位置，其中所述第一坐标位置位于所述目标坐标平面的远离所述龙骨槽结构的一侧，所述第一坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于所述预设退刀距离；
根据与该期望移动位置对应的边缘部位深度，确定该期望移动位置在所述目标坐标轴上的第二坐标位置，其中所述第二坐标位置位于所述目标坐标平面的靠近所述龙骨槽结构的一侧，所述第二坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；
根据所述目标坐标位置和所述第一坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端进刀位姿，并根据所述目标坐标位置和第二坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端退刀位姿。
在可选的实施方式中，所述获取所述胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息的步骤，包括：
获取所述待截实体胫骨的标记参照部位与所述待装配胫骨假体结构的标记假体部位在参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位处于所述胫骨装配面上，所述标记参照部位处于胫骨平台面上；
对所述待截实体胫骨所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；
对所述骨骼示踪器和手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于机器人基坐标系的实际位姿矩阵，其中所述旋转式截骨工具安装在所述手术机器人的机器人末端；
根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。
在可选的实施方式中，所述根据所述期望装配位姿信息对所述工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到所述旋转式截骨工具在所述机器人基坐标系下作用到所述待截实体胫骨上的期望截骨轨迹的步骤，包括：
确定与所述标记假体部位对应的装配面标记坐标系在所述参照坐标系下的第一坐标系位姿，并确定所述截骨基准坐标系在所述参照坐标系下的第二坐标系位姿；
计算所述第一坐标系位姿与所述第二坐标系位姿之间的坐标系变换关系；
根据所述坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述工具末端移动轨迹进行坐标系变换，得到所述期望截骨轨迹。
第二方面，本申请提供一种针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨方法，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述方法包括：
获取所述旋转式截骨工具在机器人基坐标系下针对具备胫骨平台面的待截实体胫骨的期望截骨轨迹，其中所述期望截骨轨迹与所述龙骨槽结构匹配；
控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述胫骨平台面上进行截骨，以在所述待截实体胫骨上截出与所述龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构。
在可选的实施方式中，所述期望截骨轨迹采用前述实施方式中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划方法规划得到。
第三方面，本申请提供一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述装置包括：
移动轨迹规划模块，用于根据所述龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与所述龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹；
装配信息获取模块，用于获取所述胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息；
截骨轨迹规划模块，用于根据所述期望装配位姿信息对所述工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到所述旋转式截骨工具在所述机器人基坐标系下作用到所述待截实体胫骨上的期望截骨轨迹。
第四方面，本申请提供一种针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述装置包括：
截骨轨迹获取模块，用于获取所述旋转式截骨工具在机器人基坐标系下针对具备胫骨平台面的待截实体胫骨的期望截骨轨迹，其中所述期望截骨轨迹与所述龙骨槽结构匹配；
旋转截骨控制模块，用于控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述胫骨平台面上进行截骨，以在所述待截实体胫骨上截出与所述龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构。
第五方面，本申请提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划方法，或者驱动前述实施方式中针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置运行。
第六方面，本申请提供一种手术机器人，所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述手术机器人包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以针对龙骨槽结构实现前述实施方式中任意一项所述的胫骨自动截骨方法，或者驱动前述实施方式中针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置运行。
第七方面，本申请提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，针对龙骨槽结构实现前述实施方式中任意一项所述的胫骨截骨规划方法，或者驱动计算机设备加载并运行前述实施方式中针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置，或者驱动手术机器人针对龙骨槽结构实现前述实施方式中任意一项所述的胫骨自动截骨方法，或者驱动手术机器人加载并运行前述实施方式中针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具。
在此情况下，本申请实施例的有益效果可以包括以下内容：
1.本申请可根据龙骨槽结构的结构尺寸信息，在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，并通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨功能，提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，以确保截出的装配空间与龙骨槽结构具备良好的装配吻合度，来保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性；
2.本申请可通过针对龙骨槽结构的胫骨截骨轨迹规划操作与机器人自动截骨操作之间的配合，无需主治医生借助导板和截骨工具进行胫骨人工截骨操作，以大幅度简化TKA手术过程中的涉及龙骨槽结构的手术流程，避免繁琐的术前导板安装流程和术中截骨工具更换流程，提高TKA手术效率，同时避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦；
3.本申请针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨轨迹规划方案和胫骨自动截骨方案均具备较强的方案通用性，可适用于具备龙骨槽结构且样式不同的多种胫骨假体，并能驱使安装有旋转式截骨工具的手术机器人针对龙骨槽结构进行自动截骨作业，以在对应实体胫骨上截出与龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构（即装配空间），便于胫骨假体的正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的计算机设备的组成示意图；
图2为本申请实施例提供的待装配胫骨假体结构的结构示意图；
图3为本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨规划方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的待装配胫骨假体结构的假体冠状图；
图5为图2中的步骤S210包括的子步骤的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的旋转式截骨工具在胫骨装配面内的期望移动位置分布示意图；
图7为本申请实施例提供的龙骨槽结构的右侧翼结构的工具末端退刀位姿、工具末端进刀位姿和对应期望移动位置的分布示意图；
图8为本申请实施例提供的龙骨槽结构的左侧翼结构的工具末端退刀位姿、工具末端进刀位姿和对应期望移动位置的分布示意图；
图9为本申请实施例提供的龙骨槽结构的支撑柱的工具末端退刀位姿、工具末端进刀位姿和对应期望移动位置的分布示意图；
图10为图2中的步骤S220包括的子步骤的流程示意图；
图11为图2中的步骤S230包括的子步骤的流程示意图；
图12为本申请实施例提供的手术机器人的组成示意图；
图13为本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨自动截骨方法的流程示意图；
图14为本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨规划装置的组成示意图；
图15为本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨自动截骨装置的组成示意图。
图标：10-计算机设备；11-第一存储器；12-第一处理器；13-第一通信单元；100-胫骨截骨规划装置；110-移动轨迹规划模块；120-装配信息获取模块；130-截骨轨迹规划模块；20-手术机器人；21-第二存储器；22-第二处理器；23-第二通信单元；300-胫骨自动截骨装置；310-截骨轨迹获取模块；320-旋转截骨控制模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，可以理解的是，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
请参照图1，图1是本申请实施例提供的计算机设备10的组成示意图。在本申请实施例中，所述计算机设备10可与安装有截骨工具（包括摆锯、铣刀、磨钻等工具）的手术机器人通信连接，并根据待装配膝关节假体的假体尺寸信息和截骨工具的工具尺寸信息，针对待手术膝关节规划出与所述待装配膝关节假体包括的各个假体组成结构（例如，胫骨假体结构和股骨假体结构）适配的截骨轨迹，以驱动所述手术机器人在所述待手术膝关节上实现自动截骨功能，提升膝关节截骨精度、膝关节截骨准确度和膝关节截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的截骨误差，确保待装配膝关节假体能够正常安装在截骨后的实体膝关节上，并有效确保TKA手术达到预期效果，同时通过机器人自动截骨操作大幅度简化TKA手术流程，避免繁琐的术前导板安装流程和术中截骨工具更换流程，以提升TKA手术效率，并避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦。其中，所述计算机设备10可以是独立于所述手术机器人的电子设备，所述计算机设备10可以是，但不限于，个人计算机、服务器等；所述计算机设备10也可以是与所述手术机器人集成在一起的物理硬件设备；所述手术机器人可以是，但不限于，位控机械臂、力控机械臂、力位混合控制的机械臂等；所述待装配膝关节假体至少包括有待装配胫骨假体结构，其中所述待装配胫骨假体结构由胫骨托结构和龙骨槽结构组成，所述龙骨槽结构安装在所述胫骨托结构的胫骨装配面上。
在本申请实施例中，所述计算机设备10可以包括第一存储器11、第一处理器12、第一通信单元13及针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置100。其中，所述第一存储器11、所述第一处理器12及所述第一通信单元13各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述第一存储器11、所述第一处理器12及所述第一通信单元13这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
在本实施例中，所述第一存储器11可以是，但不限于，随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM）等。其中，所述第一存储器11用于存储计算机程序，所述第一处理器12在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。
在本实施例中，所述第一处理器12可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述第一处理器12可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）及网络处理器（Network Processor，NP）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
在本实施例中，所述第一通信单元13用于通过网络建立所述计算机设备10与其他电子设备之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。例如，所述计算机设备10可以通过所述第一通信单元13获取待装配膝关节假体和待手术膝关节各自的三维数字模型，并通过对三维数字模型进行信息识别，得到所述待装配膝关节假体和所述待手术膝关节各自的尺寸信息；所述计算机设备10也可以通过所述第一通信单元13将针对待手术膝关节规划出的截骨轨迹发送给所述手术机器人，以驱动所述手术机器人按照所述截骨轨迹对所述待手术膝关节进行自动化截骨操作。
在本实施例中，针对所述龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置100包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述第一存储器11中或者固化在所述计算机设备10的操作系统中的软件功能模块。所述第一处理器12可用于执行所述第一存储器11存储的可执行模块，例如所述胫骨截骨规划装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述计算机设备10可通过所述胫骨截骨规划装置100在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出与待装配胫骨假体结构的龙骨槽结构适配的期望截骨轨迹，以便通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的胫骨自动截骨功能，提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的截骨误差，提高对应实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，以便于包括龙骨槽结构的胫骨假体结构在实体胫骨的胫骨平台面上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。
可以理解的是，图1所示的框图仅为所述计算机设备10的一种组成示意图，所述计算机设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
而对上述待装配胫骨假体结构来说，可以结合参照图2（a）所示的整体视图、图2（b）所示的主视图和图2（c）所示的仰视图进行描述。在本申请实施例中，所述待装配假体结构可以包括胫骨托结构和龙骨槽结构，所述龙骨槽结构安装在所述胫骨托结构的胫骨装配面上，其中所述龙骨槽结构可以包括支撑柱和与所述支撑柱固定连接的两个侧翼结构，所述支撑柱和两个所述侧翼结构同时与所述胫骨装配面固定连接，每个所述侧翼结构的翼根部位与所述支撑柱的柱体侧面固定连接，每个所述侧翼结构的翼尖部位相对于翼根部位远离所述支撑柱，两个所述侧翼结构各自的侧翼延伸方向可以互不平行（即两个所述侧翼结构各自的侧翼延伸方向之间存在非零夹角），以提升所述龙骨槽结构在嵌入到实体胫骨截出的装配空间中时的安装牢固性。可以理解的是，所述待装配胫骨假体结构可以是后方稳定（PS）型膝关节假体所包括的胫骨假体结构，也可以是保留后交叉韧带（CR）型膝关节假体所包括的胫骨假体结构。
可以理解的是，图2所示的附图仅为所述待装配胫骨假体结构的一种结构示意图，所述待装配胫骨假体结构还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。
在本申请中，为确保所述计算机设备10能够根据待装配胫骨假体结构所包括的龙骨槽结构的假体尺寸信息，在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，以便于通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人针对龙骨槽结构的自动截骨功能，提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，以便于包括龙骨槽结构的胫骨假体结构在实体胫骨的胫骨平台面上正常安装，提高TKA手术成功率，本申请实施例提供一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划方法实现前述目的。下面对本申请针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨规划方法进行详细描述。
请参照图3，图3是本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨规划方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述胫骨截骨规划方法可以包括步骤S210~步骤S230。
步骤S210，根据龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹。
在本实施例中，所述结构尺寸信息可以包括所述龙骨槽结构的两个侧翼结构各自的侧翼延伸方向之间的翼面夹角、所述龙骨槽结构的支撑柱的柱体底面到所述胫骨装配面的深度距离、所述龙骨槽结构的每个侧翼结构的不同翼体边缘部位各自到所述胫骨装配面的深度距离、所述龙骨槽结构的支撑柱的柱体底面的长度信息和宽度信息、所述龙骨槽结构的每个侧翼结构的不同翼体部位各自的厚度信息等；所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端，所述旋转式截骨工具为通过旋转动作去除骨性结构的截骨工具，所述旋转式截骨工具所涉及的截骨模式可以包括铣削模式和磨削模式等，所述截骨半径即为所述旋转式截骨工具的工具末端去除骨性结构时的作业半径。在本实施例的一种实施方式中，所述旋转式截骨工具可以是与铣削模式对应的铣刀，也可以是与磨削模式对应的磨钻。
同时，所述计算机设备10可通过在与CT（Computed Tomography，电子计算机断层扫描）影像对应的参照坐标系下构建所述待装配胫骨假体结构的三维假体模型，并在该参照坐标系下构建所述待装配胫骨假体结构的标记假体部位在该三维假体模型上的装配面标记坐标系，而后通过对所述装配面标记坐标系进行坐标系平移操作和/或坐标系旋转操作，在该参照坐标系下得到用于圈定龙骨槽结构截骨基准范围的截骨基准坐标系，其中所述标记假体部位处于所述胫骨装配面上，所述截骨基准坐标系存在一个目标坐标平面与所述胫骨装配面相互平行，所述截骨基准坐标系的目标坐标轴垂直于所述目标坐标平面，所述目标坐标轴正方向指向所述龙骨槽结构，以通过所述目标坐标轴正方向表征所述旋转式截骨工具的进刀方向。
其中，可以理解的是，所述标记假体部位可以是所述胫骨装配面上的实体部位，也可以是针对所述胫骨装配面设置的虚拟部位；所述标记假体部位在待手术膝关节的实体胫骨处对应有一个对标部位（即标记参照部位），可通过在同一坐标系下描述所述标记假体部位相对于所述标记参照部位的位姿状况，来描述所述待装配胫骨假体结构相对于所述待手术膝关节的实体胫骨的装配位姿状况。
在本实施例的一种实施方式中，以图4所示的胫骨假体结构的假体冠状图为例，图4中的点即用于表征上述标记假体部位，此时坐标系/>即为上述标记假体部位在参照坐标系下的装配面标记坐标系，平面/>即为所述胫骨装配面所在的平面，此时可通过坐标系旋转操作，将坐标系/>旋转90°，得到所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系/>，点/>与点/>重合，平面/>即为与所述胫骨装配面平行的目标坐标平面，坐标轴/>即用于表征所述目标坐标轴，此时所述截骨基准坐标系与所述装配面标记坐标系之间的坐标系变换关系可采用如下式子进行表示：
；
其中，用于表示所述截骨基准坐标系，/>用于表示所述装配面标记坐标系，/>用于表示旋转算子，其中旋转算子通常采用如下式子进行表示：
。
因此，当所述计算机设备10确定出所述龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径后，会在所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，使所述旋转式截骨工具通过规划出的工具末端移动轨迹在所述截骨基准坐标系下去除掉与所述龙骨槽结构尺寸适配的骨性结构。
可选地，请参照图5，图5是图2中的步骤S210包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S210可以包括子步骤S211~子步骤S215，以在截骨基准坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出用于去除与所述龙骨槽结构尺寸适配的骨性结构的工具末端移动轨迹。
子步骤S211，根据结构尺寸信息，确定龙骨槽结构在胫骨装配面上的假体投影区域。
在本实施例中，以图6为例，所述龙骨槽结构在胫骨装配面上的假体投影区域可采用图6中处于平面内的倒Y字形区域进行表示，该假体投影区域可由所述支撑柱和两个所述侧翼结构各自在所述胫骨装配面上的投影区域组成，此时图6中的“左侧翼结构”即为按照图2（b）所示的主视图确定出的位于所述支撑柱左侧的侧翼结构，图6中的“右侧翼结构”即为按照图2（b）所示的主视图确定出的位于所述支撑柱右侧的侧翼结构。
子步骤S212，根据截骨半径，确定旋转式截骨工具的工具末端中心部位在假体投影区域内的多个期望移动位置。
在本实施例中，所述期望移动位置用于表示所述工具末端中心部位在截骨过程中于所述胫骨装配面的平行平面内期望到达的位置。所述子步骤S212可以包括子步骤A~子步骤B：
子步骤A，将所述假体投影区域的区域中心位置作为基准位置，并将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔，在所述假体投影区域内进行插补点规划，得到多个目标插补点位置，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍。
其中，所述假体投影区域内相邻两个目标插补点位置之间的距离即为所述截骨直径，与所述区域中心位置相邻的每个目标插补点位置到所述区域中心位置的直线距离即为所述截骨直径。
在本实施例中的一种实施方式中，为简化插补点规划操作，可直接在从所述区域中心位置指向所述支撑柱和两个所述侧翼结构各自的最远投影边缘中心位置的方向上选取插补点。以图6为例，若所述假体投影区域的区域中心位置采用坐标系原点进行表示，与所述支撑柱对应的最远投影边缘中心位置采用D进行表示，与左侧翼结构对应的最远投影边缘中心位置采用a进行表示，与右侧翼结构对应的最远投影边缘中心位置采用b进行表示，夹角aO 1 b即为左侧翼结构和右侧翼结构之间的翼面夹角θ，坐标轴/>可将夹角aO 1 b均分为两个部分，在O 1 a、O 1 D和O 1 b三个方向上各自确定出的目标插补点位置总数目可通过“计算区域中心位置到对应方向上的最远投影边缘中心位置之间的距离与所述截骨直径之间的比值，并对计算出的比值进行向下取整运算得到”，例如距离O 1 a=O 1 b=22mm，O 1 D=4mm，作业半径/>为1.5mm，则在方向O 1 a或O 1 b上的目标插补点位置总数目M即为7，在方向O 1 D上的目标插补点位置总数目N即为1。
子步骤B，将区域中心位置和多个目标插补点位置分别作为一个期望移动位置。
以图6为例，可图6中的平面内采用黑色圆点表示期望移动位置。
由此，本申请可通过执行上述子步骤A~子步骤B，有效确定旋转式截骨工具的工具末端中心部位在截骨过程中需要到达的多个期望移动位置。
子步骤S213，根据结构尺寸信息确定所有期望移动位置各自在龙骨槽结构上对应的边缘部位深度。
在本实施例的一种实施方式中，当确定出所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位所对应的所有期望移动位置后，可针对每个期望移动位置，从所述结构尺寸信息包括的所述龙骨槽结构的不同翼体边缘部位和支撑柱的柱体底面各自到所述胫骨装配面的深度距离中，读取对应投影位置与该期望移动位置重叠的龙骨槽结构边缘部位的深度距离，并将读取出的深度距离作为该期望移动位置所对应的边缘部位深度，以通过所述边缘部位深度表征对应龙骨槽结构边缘部位需要在胫骨截骨过程中的骨质去除深度。
在本实施例的另一种实施方式中，所述子步骤S213可以包括子步骤C~子步骤F：
子步骤C，从结构尺寸信息中提取龙骨槽结构的最大结构深度。
其中，所述最大结构深度为所述结构尺寸信息包括的所有深度距离中的最大距离值。
子步骤D，根据最大结构深度对侧翼结构进行结构深度变化拟合，得到对应的结构深度变化曲线，其中侧翼结构的翼根结构深度大于侧翼结构的翼尖结构深度，侧翼结构的翼根结构深度与最大结构深度保持一致。
其中，单个侧翼结构的翼根部位在所述假体投影区域内对应的投影位置可采用所述假体投影区域的区域中心位置进行表示，单个侧翼结构的翼尖部位在假体投影区域内对应的投影位置可采用该侧翼结构的最远投影边缘中心位置进行表示，单个侧翼结构的翼尖结构深度即为对应翼尖部位的深度距离；所述结构深度变化曲线用于表示单个侧翼结构的从翼根部位到翼尖部位的翼体边缘部位位置和深度距离之间的关联关系。
以图7和图8为例，图7或图8中的距离O 1 c可用于表示翼根结构深度（即上述最大结构深度），右侧翼结构和左侧翼结构的翼尖结构深度均为0，为计算方便，可采用线性曲线拟合的方式来构建结构深度变化曲线，此时该结构深度变化曲线可以表示为“，其中l=距离O 1 a或O 1 b，t用于表示对应翼体边缘部位在假体投影区域内的投影位置与区域中心位置之间的距离”。
子步骤E，针对处于单个侧翼结构的投影范围内的每个期望移动位置，根据该期望移动位置在对应侧翼结构的投影范围内与翼根位置的相对位置关系，基于结构深度变化曲线中进行结构深度求解，得到该期望移动位置的边缘部位深度。
针对每个侧翼结构来说，与该侧翼结构对应的靠近所述区域中心位置的第i（i=1,…，M）个期望移动位置（如图7或8中的黑色圆点所示）的边缘部位深度可采用“”计算得到。
子步骤F，针对处于支撑柱在胫骨装配面上的投影范围内的每个期望移动位置，将最大结构深度作为该期望移动位置的边缘部位深度。
以图9为例，处于支撑柱在胫骨装配面上的投影范围内的每个期望移动位置（如图7或8中的黑色圆点所示）均可采用相同深度距离作为所述边缘部位深度，即处于支撑柱所对应的投影范围内的每个期望移动位置的边缘部位深度均为距离O 1 c。
由此，本申请可通过执行上述子步骤C~子步骤F，有效确定每个期望移动位置在龙骨槽结构上对应的边缘部位深度。
子步骤S214，针对每个期望移动位置，确定旋转式截骨工具在截骨基准坐标系下与该期望移动位置对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿，其中工具末端进刀位姿与目标坐标平面之间的距离大于或等于预设退刀距离，工具末端退刀位姿与目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度。
其中，所述子步骤S214可以包括子步骤H~子步骤K：
子步骤H，针对每个期望移动位置，根据所述截骨基准坐标系的坐标系原点与该期望移动位置在所述胫骨装配面上的相对投影位置关系，确定该期望移动位置在所述目标坐标平面内的目标坐标位置。
子步骤I，根据所述预设退刀距离，确定该期望移动位置在所述截骨基准坐标系的目标坐标轴上的第一坐标位置，其中所述第一坐标位置位于所述目标坐标平面的远离所述龙骨槽结构的一侧，所述第一坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于所述预设退刀距离。
子步骤J，根据与该期望移动位置对应的边缘部位深度，确定该期望移动位置在所述目标坐标轴上的第二坐标位置，其中所述第二坐标位置位于所述目标坐标平面的靠近所述龙骨槽结构的一侧，所述第二坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；
子步骤K，根据所述目标坐标位置和所述第一坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端进刀位姿，并根据所述目标坐标位置和第二坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端退刀位姿。
以图7所示的右侧翼结构为例，当所述假体投影区域的区域中心位置采用坐标系原点进行表示，且涉及右侧翼结构的各个期望移动位置的第一坐标位置到目标坐标平面/>的距离即为预设退刀距离/>时，与区域中心位置对应的工具末端进刀位姿P0u（如图7中的处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为/>，与区域中心位置对应的工具末端退刀位姿P0d（如图7中的处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为/>，在方向O 1 b上靠近所述区域中心位置的第i（i=1,…，M）个期望移动位置的工具末端进刀位姿Priu（如图7中未处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为/>，在方向O 1 b上靠近所述区域中心位置的第i（i=1,…，M）个期望移动位置的工具末端退刀位姿Prid（如图7中未处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为。其中，/>用于表示平移算子，所述平移算子通常采用如下式子进行表示：
。
以图8所示的左侧翼结构为例，当所述假体投影区域的区域中心位置采用坐标系原点进行表示，且涉及左侧翼结构的各个期望移动位置的第一坐标位置到目标坐标平面/>的距离即为预设退刀距离/>时，与区域中心位置对应的工具末端进刀位姿P0u（如图8中的处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为/>，与区域中心位置对应的工具末端退刀位姿P0d（如图8中的处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为/>，在方向O 1 a上靠近所述区域中心位置的第i（i=1,…，M）个期望移动位置的工具末端进刀位姿Pliu（如图8中未处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为/>，在方向O 1 a上靠近所述区域中心位置的第i（i=1,…，M）个期望移动位置的工具末端退刀位姿Pid（如图7中未处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为/>。
以图9所示的支撑柱为例，当所述假体投影区域的区域中心位置采用坐标系原点进行表示，且涉及支撑柱的各个期望移动位置的第一坐标位置到目标坐标平面/>的距离即为预设退刀距离/>时，与区域中心位置对应的工具末端进刀位姿P0u（如图9中的处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为/>，与区域中心位置对应的工具末端退刀位姿P0d（如图9中的处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为，在方向O 1 D上靠近所述区域中心位置的第j（j=1,…，N）个期望移动位置的工具末端进刀位姿Pju（如图9中未处于目标坐标轴/>上的黑色矩形所示）可表示为，在方向O 1 D上靠近所述区域中心位置的第j（j=1,…，N）个期望移动位置的工具末端退刀位姿Pjd（如图9中未处于目标坐标轴/>上的黑色菱形所示）可表示为/>。
由此，本申请可通过执行上述子步骤H~子步骤K，有效确定每个期望移动位置的与所述龙骨槽结构对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿。
子步骤S215，根据所有期望移动位置各自的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿进行往复遍历路径规划，得到工具末端移动轨迹。
其中，所述工具末端移动轨迹可以包括所述支撑柱、所述右侧翼结构和所述左侧翼结构各自对应的涉及所有期望移动位置的往复运动路径。以图7为例，与所述右侧翼结构对应的往复运动路径即为P0u→P0d→P0u→Pr1u→Pr1d→Pr1u→Pr2u→…→Pr6d→Pr7u→Pr7d→Pr7u；与图8为例，与所述左侧翼结构对应的往复运动路径即为P0u→P0d→P0u→Pl1u→Pl1d→Pl1u→Pl2u→…→Pl6d→Pl7u→Pl7d→Pl7u；与图9为例，与所述支撑柱对应的往复运动路径即为P0u→P0d→P0u→P1u→P1d→P1u。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S211~子步骤S215，在截骨基准坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出用于去除与所述龙骨槽结构尺寸适配的骨性结构的工具末端移动轨迹。
步骤S220，获取胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息。
在本实施例中，所述期望装配位姿信息用于表征所述待装配胫骨假体结构在待截实体胫骨成功截骨后的于机器人基坐标系内的期望装配位姿，所述期望装配位姿信息可用于确保所述待装配胫骨假体结构的胫骨装配面与所述待截实体胫骨的胫骨平台面装配在一起。
可以理解的是，所述计算机设备10可通过所述第一通信单元13从其他电子设备处获取所述期望装配位姿信息；所述计算机设备10也可响应主治医生的配置操作，自行针对所述待装配胫骨假体结构和所述待截实体胫骨生成对应的期望装配位姿信息。
可选地，请参照图10，图10是图2中的步骤S220包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S220可以包括子步骤S221~子步骤S224，以精准求解出所述待装配胫骨假体结构的胫骨装配面在所述待截实体胫骨完成截骨后的期望装配位姿状况。
子步骤S221，获取待截实体胫骨的标记参照部位与待装配胫骨假体结构的标记假体部位在参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中标记假体部位处于胫骨装配面上，标记参照部位处于胫骨平台面上。
其中，可在所述参照坐标系下针对所述待截实体胫骨建立对应的骨骼模型，并由主治医生根据预期TKA手术效果在所述参照坐标系下调整所述待装配胫骨假体结构的三维假体模型的装配位姿，以确定出所述待装配胫骨假体结构的标记假体部位在对应待截实体胫骨完成截骨后的相对于所述标记参照部位的期望装配位姿，得到所述相对装配位姿关系，此时所述相对装配位姿关系即可表征所述标记假体部位在所述参照坐标系下相对于所述标记参照部位的期望装配位姿，可采用进行表示。
子步骤S222，对待截实体胫骨所对应的骨骼示踪器和参照坐标系进行点云配准，得到参照坐标系相对于骨骼示踪器的目标配准矩阵。
其中，所述骨骼示踪器用于标记所述待截实体胫骨在真实手术环境内的真实位姿状况，此时所述目标配准矩阵即可用于表征待截实体胫骨的骨骼模型与真实手术环境中的待截实体胫骨之间的映射关系，其可采用进行表示。
子步骤S223，对骨骼示踪器和手术机器人进行相对位姿配准，得到骨骼示踪器相对于机器人基坐标系的实际位姿矩阵，其中旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端。
其中，所述实际位姿矩阵用于描述所述真实手术环境中的待截实体胫骨在手术机器人的机器人基坐标系下的实际位姿状况，其可采用进行表示。
可选地，在本实施例的一种实施方式中，可在所述手术机器人上针对旋转式截骨工具安装工具示踪器，以通过所述工具示踪器标定所述旋转式截骨工具的安装位置，其中所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具相对静止，此时所述子步骤S223可以包括：
对所述旋转式截骨工具与所述手术机器人进行位姿标定，得到所述旋转式截骨工具的工具坐标系相对于机器人基坐标系的第一位姿标定矩阵；
对所述骨骼示踪器和工具示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述工具示踪器的第一位姿配准矩阵；
对所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具进行位姿配准，得到所述工具示踪器相对于所述旋转式截骨工具的工具坐标系的第二位姿配准矩阵；
对所述第一位姿标定矩阵、所述第二位姿配准矩阵及所述第一位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。
其中，所述第一位姿标定矩阵可采用进行表示，与所述骨骼示踪器对应的第一位姿配准矩阵可采用/>进行表示，所述第二位姿配准矩阵可采用/>进行表示。
可选地，在本实施例的另一种实施方式中，可在待手术膝关节的真实手术环境内安装与所述手术机器人的机器人基座相对静止的基座示踪器，以将该基座示踪器作为参照物，来确定所述骨骼示踪器和所述手术机器人的相对位姿关系，此时所述子步骤S223可以包括：
对基座示踪器和所述手术机器人进行位姿配准，得到所述基座示踪器相对于机器人基坐标系的第三位姿配准矩阵；
对该骨骼示踪器和所述基座示踪器进行位姿配准，得到该骨骼示踪器相对于所述基座示踪器的第四位姿配准矩阵；
对所述第三位姿配准矩阵和所述第四位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与该骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。
其中，所述第三位姿配准矩阵可采用进行表示，与骨骼示踪器对应的第四位姿配准矩阵可采用/>进行表示。
子步骤S224，根据目标配准矩阵和实际位姿矩阵，对相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到期望装配位姿信息。
其中，可通过对所述目标配准矩阵、所述实际位姿矩阵和所述相对装配位姿关系进行矩阵乘法运算，得到所述期望装配位姿信息。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S221~子步骤S224，精准求解出所述待装配胫骨假体结构的胫骨装配面在所述待截实体胫骨完成截骨后的期望装配位姿状况。
步骤S230，根据期望装配位姿信息对工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到旋转式截骨工具在机器人基坐标系下作用到待截实体胫骨上的期望截骨轨迹。
可选地，请参照图11，图11是图2中的步骤S230包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S230可以包括子步骤S231~子步骤S233，以有效确保最终得到的期望截骨轨迹能够同时与旋转式截骨工具的作业半径、待截实体胫骨的胫骨平台面和龙骨槽结构适配。
子步骤S231，确定与标记假体部位对应的装配面标记坐标系在参照坐标系下的第一坐标系位姿，并确定截骨基准坐标系在参照坐标系下的第二坐标系位姿。
其中，所述第一坐标系位姿可以包括对应装配面标记坐标系的坐标系原点在所述参照坐标系下的三维位置坐标，以及对应装配面标记坐标系的三个坐标轴正方向各自在所述参照坐标系下的方向向量；所述第二坐标系位姿可以包括对应截骨基准坐标系的坐标系原点在所述参照坐标系下的三维位置坐标，以及对应截骨基准坐标系的三个坐标轴正方向各自在所述参照坐标系下的方向向量。
子步骤S232，计算第一坐标系位姿与第二坐标系位姿之间的坐标系变换关系。
其中，所述第一坐标系位姿与第二坐标系位姿之间的坐标系变换关系可采用如下式子进行表示：
；
其中，用于表示所述截骨基准坐标系，/>用于表示所述装配面标记坐标系，/>用于表示旋转算子。
子步骤S233，根据坐标系变换关系和期望装配位姿信息，对工具末端移动轨迹进行坐标系变换，得到期望截骨轨迹。
其中，可通过对所述工具末端移动轨迹涉及到的各个工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿、所述期望装配位姿信息及所述坐标系变换关系进行矩阵乘法运算，得到对应的期望截骨轨迹，此时所述期望截骨轨迹将对应包括所述支撑柱、所述右侧翼结构和所述左侧翼结构各自对应的截骨运动轨迹。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S231~子步骤S233，确保最终得到的期望截骨轨迹能够同时与旋转式截骨工具的作业半径、待截实体胫骨的胫骨平台面和龙骨槽结构适配。
所述计算机设备10在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出与龙骨槽结构尺寸适配的期望截骨轨迹后，可根据TKA手术的手术流程将所述期望截骨轨迹所包括的与支撑柱、右侧翼结构和左侧翼结构分别对应的截骨运动轨迹依次发送给所述手术机器人，使所述手术机器人依次按照得到的截骨运动轨迹带动所述旋转式截骨工具进行截骨作业，从而在所述待截实体胫骨的胫骨平台面上切割出与龙骨槽结构尺寸适配的装配空间，以实现手术机器人针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨功能，提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高装配空间与龙骨槽结构的吻合度，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及胫骨的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，从而大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，以便于具备龙骨槽结构且样式不同的多种胫骨假体均能在实体胫骨上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，并保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。
由此，本申请可通过执行上述步骤S210~步骤S230，根据待装配胫骨假体结构所包括的龙骨槽结构的假体尺寸信息，在待截实体胫骨的胫骨平台面上规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，以便于通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人针对龙骨槽结构的自动截骨功能，提升针对龙骨槽结构的胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及胫骨的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，从而大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，以便于具备龙骨槽结构且样式不同的多种胫骨假体均能在实体胫骨上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，并保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。
此外，请参照图9，图9是本申请实施例提供的手术机器人20的组成示意图。在本申请实施例中，所述手术机器人20的机器人末端安装有旋转式截骨工具；所述手术机器人20可与所述计算机设备10通信连接，以获取所述计算机设备10针对待截实体胫骨规划出的截骨轨迹，并按照获取到的截骨轨迹带动旋转式截骨工具在所述待截实体胫骨上实现自动截骨功能，提升胫骨截骨精度，并简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，避免人工截骨操作引起的截骨误差，以确保待装配胫骨假体结构能够正常安装在截骨后的实体胫骨上，并确保TKA手术达到预期效果。
其中，所述计算机设备10可采用图3~图11所涉及的胫骨截骨规划方法针对龙骨槽结构规划出的前述截骨轨迹，也可采用另外的截骨轨迹规划手段（例如，在同一模型空间内根据假体装配需求将待装配胫骨假体结构的三维模型装配到待截实体胫骨的三维模型上，并基于两个三维模型之间的与龙骨槽结构对应的模型重叠区域在机器人基坐标下进行截骨轨迹规划，使规划出的截骨轨迹能够去除前述模型重叠区域在待截实体胫骨上对应的骨性结构，以在对应实体胫骨上截出与龙骨槽结构尺寸匹配的装配空间）规划出对应的截骨轨迹。
在本申请实施例中，所述手术机器人20可以包括第二存储器21、第二处理器22、第二通信单元23及针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置300。其中，所述第二存储器21、所述第二处理器22及所述第二通信单元23各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述第二存储器21、所述第二处理器22及所述第二通信单元23这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
在本实施例中，所述第二存储器21可以是，但不限于，随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM）等。其中，所述第二存储器21用于存储计算机程序，所述第二处理器22在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。
在本实施例中，所述第二处理器22可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述第二处理器22可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）及网络处理器（Network Processor，NP）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
在本实施例中，所述第二通信单元23用于通过网络建立所述手术机器人20与其他电子设备之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。
在本实施例中，针对所述龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置300包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述第二存储器21中或者固化在所述手术机器人20的操作系统中的软件功能模块。所述第二处理器22可用于执行所述第二存储器21存储的可执行模块，例如所述胫骨自动截骨装置300所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述手术机器人20可通过所述胫骨自动截骨装置300按照预先规划出的期望截骨轨迹在待截实体胫骨的胫骨平台面上实现自动截骨功能，提升胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高对应实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，来保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及胫骨的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括龙骨槽结构且样式不同的胫骨假体均能在实体胫骨上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。
可以理解的是，图12所示的框图仅为所述手术机器人20的一种组成示意图，所述手术机器人20还可包括比图12中所示更多或者更少的组件，或者具有与图12所示不同的配置。图12中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
在本申请中，为确保所述手术机器人20能够按照预先规划出的期望截骨轨迹在待截实体胫骨的胫骨平台面上实现自动截骨功能，提升胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高对应实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，来保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及胫骨的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括龙骨槽结构且样式不同的胫骨假体均能在实体胫骨上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，本申请实施例提供一种针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨方法实现前述目的，下面对本申请针对龙骨槽结构提供的胫骨自动截骨方法进行详细描述。
请参照图13，图13是本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨自动截骨方法的流程示意图。本申请实施例中，所述胫骨自动截骨方法应用于上述手术机器人20，所述胫骨自动截骨方法可以包括步骤S410~步骤S420。
步骤S410，获取旋转式截骨工具在机器人基坐标系下针对具备胫骨平台面的待截实体胫骨的期望截骨轨迹，其中期望截骨轨迹与龙骨槽结构匹配。
其中，所述期望截骨轨迹可采用图3~图11所涉及的任意一种胫骨自动截骨方法规划得到，也可采用其他截骨轨迹规划手段规划得到。本申请对于所述手术机器人20获得与所述龙骨槽结构匹配的期望截骨轨迹的具体轨迹规划手段不作具体限定。
在本实施例的一种实施方式中，所述期望截骨轨迹可采用图3~图11所涉及的任意一种胫骨自动截骨方法规划得到。
步骤S420，控制手术机器人带动旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在胫骨平台面上进行截骨，以在待截实体胫骨上截出与龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构。
由此，本申请可通过执行上述步骤S410~步骤S420，使所述手术机器人20按照预先规划出的期望截骨轨迹在待截实体胫骨的胫骨平台面上实现自动截骨功能，提升胫骨截骨精度、胫骨截骨准确度和胫骨截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的胫骨截骨误差，提高对应实体胫骨上截出的装配空间与龙骨槽结构的吻合度，来保证本申请针对龙骨槽结构提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及胫骨的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括龙骨槽结构且样式不同的胫骨假体均能在实体胫骨上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。
在本申请中，为确保所述计算机设备10能够通过所述胫骨截骨规划装置100执行上述胫骨截骨规划方法，本申请通过对所述胫骨截骨规划装置100进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的胫骨截骨规划装置100的具体组成进行相应描述。
请参照图14，图14是本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨截骨规划装置100的组成示意图。在本申请实施例中，所述胫骨截骨规划装置100可以包括移动轨迹规划模块110、装配信息获取模块120及截骨轨迹规划模块130。
移动轨迹规划模块110，用于根据龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹。
装配信息获取模块120，用于获取胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息。
截骨轨迹规划模块130，用于根据期望装配位姿信息对工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到旋转式截骨工具在机器人基坐标系下作用到待截实体胫骨上的期望截骨轨迹。
可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述截骨基准坐标系的目标坐标平面与所述胫骨装配面相互平行，所述移动轨迹规划模块可以包括：假体投影确定子模块，用于根据所述结构尺寸信息，确定所述龙骨槽结构在所述胫骨装配面上的假体投影区域；期望位置确定子模块，用于根据所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述假体投影区域内的多个期望移动位置；深度信息确定子模块，用于根据所述结构尺寸信息确定所有期望移动位置各自在所述龙骨槽结构上对应的边缘部位深度；末端位姿确定子模块，用于针对每个期望移动位置，确定所述旋转式截骨工具在所述截骨基准坐标系下与该期望移动位置对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿，其中所述工具末端进刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于预设退刀距离，所述工具末端退刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；末端轨迹规划子模块，用于根据所有期望移动位置各自的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿进行往复遍历路径规划，得到所述工具末端移动轨迹。
可以理解的是，所述期望位置确定子模块可以包括：插补位置规划单元，用于将所述假体投影区域的区域中心位置作为基准位置，并将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔，在所述假体投影区域内进行插补点规划，得到多个目标插补点位置，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；期望位置输出单元，用于将所述区域中心位置和多个所述目标插补点位置分别作为一个期望移动位置。
此外，所述龙骨槽结构可以包括支撑柱和与所述支撑柱固定连接的两个侧翼结构，所述深度信息确定子模块可以包括：最大结构深度提取单元，用于从所述结构尺寸信息中提取所述龙骨槽结构的最大结构深度；深度变化曲线拟合单元，用于根据所述最大结构深度对所述侧翼结构进行结构深度变化拟合，得到对应的结构深度变化曲线，其中所述侧翼结构的翼根结构深度大于所述侧翼结构的翼尖结构深度，所述侧翼结构的翼根结构深度与所述最大结构深度保持一致；侧翼结构深度求解单元，用于针对处于单个侧翼结构的投影范围内的每个期望移动位置，根据该期望移动位置在对应侧翼结构的投影范围内与翼根位置的相对位置关系，基于所述结构深度变化曲线中进行结构深度求解，得到该期望移动位置的边缘部位深度；支撑柱深度输出单元，用于针对处于所述支撑柱在所述胫骨装配面上的投影范围内的每个期望移动位置，将所述最大结构深度作为该期望移动位置的边缘部位深度。
还可以理解的是，在所述截骨基准坐标系的目标坐标轴垂直于所述目标坐标平面，并且所述目标坐标轴正方向指向所述龙骨槽结构的情况下，所述端位姿确定子模块可以包括：投影坐标位置确地单元，用于针对每个期望移动位置，根据所述截骨基准坐标系的坐标系原点与该期望移动位置在所述胫骨装配面上的相对投影位置关系，确定该期望移动位置在所述目标坐标平面内的目标坐标位置；工具退刀位置确定单元，用于根据所述预设退刀距离，确定该期望移动位置在所述截骨基准坐标系的目标坐标轴上的第一坐标位置，其中所述第一坐标位置位于所述目标坐标平面的远离所述龙骨槽结构的一侧，所述第一坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于所述预设退刀距离；末端作业深度确定单元，用于根据与该期望移动位置对应的边缘部位深度，确定该期望移动位置在所述目标坐标轴上的第二坐标位置，其中所述第二坐标位置位于所述目标坐标平面的靠近所述龙骨槽结构的一侧，所述第二坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；末端进退位姿输出单元，用于根据所述目标坐标位置和所述第一坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端进刀位姿，并根据所述目标坐标位置和第二坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端退刀位姿。
可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述装配信息获取模块可以包括：位姿关系获取子模块，用于获取所述待截实体胫骨的标记参照部位与所述待装配胫骨假体结构的标记假体部位在参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位处于所述胫骨装配面上，所述标记参照部位处于胫骨平台面上；骨骼点云配准子模块，用于对所述待截实体胫骨所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；相对位姿配准子模块，用于对所述骨骼示踪器和手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于机器人基坐标系的实际位姿矩阵，其中所述旋转式截骨工具安装在所述手术机器人的机器人末端；期望位姿输出子模块，用于根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。
可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述截骨轨迹规划模块可以包括：坐标系位姿确定子模块，用于确定与所述标记假体部位对应的装配面标记坐标系在所述参照坐标系下的第一坐标系位姿，并确定所述截骨基准坐标系在所述参照坐标系下的第二坐标系位姿；坐标系关系计算子模块，用于计算所述第一坐标系位姿与所述第二坐标系位姿之间的坐标系变换关系；轨迹坐标系变换子模块，用于根据所述坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述工具末端移动轨迹进行坐标系变换，得到所述期望截骨轨迹。
需要说明的是，本申请实施例所提供的胫骨截骨规划装置100，其基本原理及产生的技术效果与前述的胫骨截骨规划方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对胫骨截骨规划方法的描述内容。
在本申请中，为确保上述手术机器人20能够通过所述胫骨自动截骨装置300执行上述胫骨自动截骨方法，本申请通过对所述胫骨自动截骨装置300进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的胫骨自动截骨装置300的具体组成进行相应描述。
请参照图15，图15是本申请实施例针对龙骨槽结构提供的胫骨自动截骨装置300的组成示意图。在本申请实施例中，所述胫骨自动截骨装置300应用于上述手术机器人20，所述胫骨自动截骨装置300可以包括截骨轨迹获取模块310及旋转截骨控制模块320。
截骨轨迹获取模块310，用于获取旋转式截骨工具在机器人基坐标系下针对具备胫骨平台面的待截实体胫骨的期望截骨轨迹，其中期望截骨轨迹与龙骨槽结构匹配，所述期望截骨轨迹可由上述任意一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置100规划得到。
旋转截骨控制模块320，用于控制手术机器人带动旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在胫骨平台面上进行截骨，以在待截实体胫骨上截出与龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构。
需要说明的是，本申请实施例所提供的胫骨自动截骨装置300，其基本原理及产生的技术效果与前述的胫骨自动截骨方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对胫骨自动截骨方法的描述内容。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的实施例的装置、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、程序段或代码的一部分，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。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，在本申请各个实施例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。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可以是计算机设备，或者安装有旋转式截骨工具的手术机器人等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤，或者加载并运行本申请各个实施例所述装置的全部或部分模块。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置，其特征在于，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述装置包括：
移动轨迹规划模块，用于根据所述龙骨槽结构的结构尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，在所述龙骨槽结构的截骨基准坐标系下进行截骨工具末端轨迹规划，得到与所述龙骨槽结构匹配的工具末端移动轨迹；
装配信息获取模块，用于获取所述胫骨装配面在机器人基坐标系下相对于待截实体胫骨的胫骨平台面的期望装配位姿信息；
截骨轨迹规划模块，用于根据所述期望装配位姿信息对所述工具末端移动轨迹进行轨迹变换处理，得到所述旋转式截骨工具在所述机器人基坐标系下作用到所述待截实体胫骨上的期望截骨轨迹。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述截骨基准坐标系的目标坐标平面与所述胫骨装配面相互平行；所述移动轨迹规划模块包括：
假体投影确定子模块，用于根据所述结构尺寸信息，确定所述龙骨槽结构在所述胫骨装配面上的假体投影区域；
期望位置确定子模块，用于根据所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述假体投影区域内的多个期望移动位置；
深度信息确定子模块，用于根据所述结构尺寸信息确定所有期望移动位置各自在所述龙骨槽结构上对应的边缘部位深度；
末端位姿确定子模块，用于针对每个期望移动位置，确定所述旋转式截骨工具在所述截骨基准坐标系下与该期望移动位置对应的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿，其中所述工具末端进刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于预设退刀距离，所述工具末端退刀位姿与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；
末端轨迹规划子模块，用于根据所有期望移动位置各自的工具末端进刀位姿和工具末端退刀位姿进行往复遍历路径规划，得到所述工具末端移动轨迹。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述期望位置确定子模块包括：
插补位置规划单元，用于将所述假体投影区域的区域中心位置作为基准位置，并将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔，在所述假体投影区域内进行插补点规划，得到多个目标插补点位置，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；
期望位置输出单元，用于将所述区域中心位置和多个所述目标插补点位置分别作为一个期望移动位置。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述龙骨槽结构包括支撑柱和与所述支撑柱固定连接的两个侧翼结构，所述深度信息确定子模块包括：
最大结构深度提取单元，用于从所述结构尺寸信息中提取所述龙骨槽结构的最大结构深度；
深度变化曲线拟合单元，用于根据所述最大结构深度对所述侧翼结构进行结构深度变化拟合，得到对应的结构深度变化曲线，其中所述侧翼结构的翼根结构深度大于所述侧翼结构的翼尖结构深度，所述侧翼结构的翼根结构深度与所述最大结构深度保持一致；
侧翼结构深度求解单元，用于针对处于单个侧翼结构的投影范围内的每个期望移动位置，根据该期望移动位置在对应侧翼结构的投影范围内与翼根位置的相对位置关系，基于所述结构深度变化曲线中进行结构深度求解，得到该期望移动位置的边缘部位深度；
支撑柱深度输出单元，用于针对处于所述支撑柱在所述胫骨装配面上的投影范围内的每个期望移动位置，将所述最大结构深度作为该期望移动位置的边缘部位深度。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述截骨基准坐标系的目标坐标轴垂直于所述目标坐标平面，所述目标坐标轴正方向指向所述龙骨槽结构；所述末端位姿确定子模块包括：
投影坐标位置确地单元，用于针对每个期望移动位置，根据所述截骨基准坐标系的坐标系原点与该期望移动位置在所述胫骨装配面上的相对投影位置关系，确定该期望移动位置在所述目标坐标平面内的目标坐标位置；
工具退刀位置确定单元，用于根据所述预设退刀距离，确定该期望移动位置在所述截骨基准坐标系的目标坐标轴上的第一坐标位置，其中所述第一坐标位置位于所述目标坐标平面的远离所述龙骨槽结构的一侧，所述第一坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离大于或等于所述预设退刀距离；
末端作业深度确定单元，用于根据与该期望移动位置对应的边缘部位深度，确定该期望移动位置在所述目标坐标轴上的第二坐标位置，其中所述第二坐标位置位于所述目标坐标平面的靠近所述龙骨槽结构的一侧，所述第二坐标位置与所述目标坐标平面之间的距离等于该期望移动位置所对应的边缘部位深度；
末端进退位姿输出单元，用于根据所述目标坐标位置和所述第一坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端进刀位姿，并根据所述目标坐标位置和第二坐标位置，构建该期望移动位置所对应的工具末端退刀位姿。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装配信息获取模块包括：
位姿关系获取子模块，用于获取所述待截实体胫骨的标记参照部位与所述待装配胫骨假体结构的标记假体部位在参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位处于所述胫骨装配面上，所述标记参照部位处于胫骨平台面上；
骨骼点云配准子模块，用于对所述待截实体胫骨所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；
相对位姿配准子模块，用于对所述骨骼示踪器和手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于机器人基坐标系的实际位姿矩阵，其中所述旋转式截骨工具安装在所述手术机器人的机器人末端；
期望位姿输出子模块，用于根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述截骨轨迹规划模块包括：
坐标系位姿确定子模块，用于确定与所述标记假体部位对应的装配面标记坐标系在所述参照坐标系下的第一坐标系位姿，并确定所述截骨基准坐标系在所述参照坐标系下的第二坐标系位姿；
坐标系关系计算子模块，用于计算所述第一坐标系位姿与所述第二坐标系位姿之间的坐标系变换关系；
轨迹坐标系变换子模块，用于根据所述坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述工具末端移动轨迹进行坐标系变换，得到所述期望截骨轨迹。
8.一种针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置，其特征在于，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述龙骨槽结构安装在待装配胫骨假体结构的胫骨装配面上，所述装置包括：
截骨轨迹获取模块，用于获取所述旋转式截骨工具在机器人基坐标系下针对具备胫骨平台面的待截实体胫骨的期望截骨轨迹，其中所述期望截骨轨迹与所述龙骨槽结构匹配；
旋转截骨控制模块，用于控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述胫骨平台面上进行截骨，以在所述待截实体胫骨上截出与所述龙骨槽结构尺寸匹配的骨面结构。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述期望截骨轨迹由权利要求1-7中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置规划得到。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以驱动权利要求1-7中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置运行。
11.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述手术机器人包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以驱动权利要求8-9中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置运行。
12.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，驱动计算机设备加载并运行权利要求1-7中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨截骨规划装置，或者驱动手术机器人加载并运行权利要求8-9中任意一项所述的针对龙骨槽结构的胫骨自动截骨装置，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具。
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