【技术实现步骤摘要】
本申请涉及机器人控制，具体而言，涉及一种髁间窝截骨规划装置、髁间窝自动截骨装置和相关设备。
技术介绍
1、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。
2、目前tka手术通常需要截除待手术膝关节处的股骨、胫骨和髁间窝的少数骨量，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，并在髁间窝去除掉髁间窝骨性结构，从而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。
3、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。
4、在此过程中，值得注意的是，髁间窝属于较为狭窄但深度较深的类u型窝面，主治医生需要借助导板固定目标实体髁间窝，并在导板的引导作用下利用往复锯或凿子等截骨工具去除髁间窝骨性结构。这种去除髁间窝骨性结构的方案通常会因导板存在的机械结构厚
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种髁间窝截骨规划方法及装置、髁间窝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，能够根据待装配膝关节假体的髁间窝假体尺寸信息，针对待截骨实体髁间窝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的髁间窝自动截骨功能，以提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，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，保证本申请针对髁间窝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、为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种髁间窝截骨规划方法，所述方法包括：
4、获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端；
5、根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系；
6、根据所述截骨半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点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，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹，其中每层工具末端移动轨迹在所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内；
7、获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息；
8、根据所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到所述旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到所述待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，其中每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹。
9、在可选的实施方式中，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系的步骤，包括：
10、根据所述假体尺寸信息，确定所述髁间窝假体底面的目标垂直平面，其中所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面相互垂直，所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面和所述前斜装配面相交于同一平面交线；
11、在所述参照坐标系下将所述标记假体坐标系往所述目标垂直平面上的远离所述髁间窝假体底面的目标位置进行偏转，得到所述截骨进刀点坐标系，其中所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点与所述目标位置重叠，所述目标位置到所述平面交线的距离大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度。
12、在可选的实施方式中，所述根据所述工具半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点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，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹的步骤，包括：
13、根据所述髁间窝假体尺寸信息包括的髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息，确定所述髁间窝假体底面的四个底面顶点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的顶点坐标；
14、根据所述四个底面顶点各自的顶点坐标和所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面上的四个移动边界顶点各自的顶点坐标，其中每个移动边界顶点单独靠近一个底面顶点，每个移动边界顶点到所述髁间窝假体底面的底面边缘的实际距离与所述截骨半径保持一致；
15、根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹；
16、根据预设轨迹规划层数，将所述目标工具末端移动轨迹沿所述结构深度所在方向朝所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点进行轨迹平移，得到包括所述目标工具末端移动轨迹的所述至少一层工具末端移动轨迹，其中轨迹平移总次数由所述预设轨迹规划层数减一得到。
17、在可选的实施方式中，所述根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹的步骤，包括：
18、对所述四个移动边界顶点进行分组处理，得到与所述髁间窝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种髁间窝截骨规划装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述进刀坐标变换模块包括：
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移动轨迹规划模块包括：
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述工具末端移动规划子模块包括：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述假体位姿获取模块包括：
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述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所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，包括：
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示
8.一种髁间窝自动截骨装置，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，所述装置包括：
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述至少一层期望截骨轨迹由权利要求1-7中任意一项所述的髁间窝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中任意一项所述的髁间窝截骨规划装置运行。
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中任意一项所述的髁间窝自动截骨装置运行。
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中任意一项所述的髁间窝截骨规划装置，或者驱动手术机器人加载并运行权利要求8-9中任意一项所述的髁间窝自动截骨装置，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。
...【技术特征摘要】
1.一种髁间窝截骨规划装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述进刀坐标变换模块包括：
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移动轨迹规划模块包括：
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述工具末端移动规划子模块包括：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述假体位姿获取模块包括：
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述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所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，包括：
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述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所述基坐标系的实际位...
【专利技术属性】
技术研发人员：马朝阳，姚凤杰，陆臻陶，姜黎威，
申请(专利权)人：鑫君特苏州医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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