手术辅助机器人的运动速度的计算方法、计算系统及终端技术方案

本申请适用于医学信息处理领域，提供一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法、计算系统及终端，其中方法包括：对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像；基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像；根据所述灰度图像，结合图像灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定所述研磨钻头与所述椎板区域中不同图像灰度值的像素点对应的目标速度，提高速度计算过程的合理性，提升机器人辅助磨削过程的效率与平稳性，确保手术操作的安全性。

The calculation method, system and terminal of the movement speed of the robot

【技术实现步骤摘要】
手术辅助机器人的运动速度的计算方法、计算系统及终端
本申请属于医学信息处理领域，尤其涉及一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法、计算系统及终端。
技术介绍
减压椎板切除术是治疗腰椎管狭窄症的常用手术。将椎板完全或部分移除并通过椎弓根螺钉固定以稳定脊柱。在该过程中，磨钻工具通常用于双侧和单侧开窗。因为在椎体附近有大量的血管和脊神经分布，如果研磨钻头的磨削范围超过椎板区域，则可能导致脊神经严重受伤，甚至导致患者瘫痪，因此术中状态感知非常重要，机器人辅助椎板减压可以提高手术精度和安全。医学成像常用于微创手术中的术中导航，手术机器人可以根据虚拟力算法了解其与医学成像相关的当前周围环境，通过状态感知，实现对不同磨削位置上磨钻工具的运动速度的规划与计算。在椎板结构中，不同椎板构成区域具有不同的骨密度，例如，椎板的外层比内层更加密集。在状态感知中，当虚拟力很大时，我们认为当前位置靠近皮质骨，也被视为椎板的外表面。但是，一些椎板有破损的表面，一些没有明显的松质骨，导致影像边缘信息的丢失和不显著的灰度差异，影响状态感知，在此情况下磨钻工具在不同磨削位置上运动速度的计算受到影响，使得机器人在手术辅助磨削过程中的磨削效率及平稳性不佳，影响手术操作的安全性。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法、计算系统及终端，以解决现有技术中椎板影像边缘信息的丢失和不显著的灰度差异，影响状态感知，使得机器人在手术辅助磨削过程中的磨削效率及平稳性不佳，影响手术操作的安全性的问题。本申请实施例的第一方面提供了一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法，包括：对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像；基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像；根据所述灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定所述研磨钻头与所述椎板区域中目标像素点对应的目标速度，其中，所述目标像素点对应于所述研磨钻头的磨削路径上的插值点。本申请实施例的第二方面提供了一种手术辅助机器人的运动速度的计算系统，包括：获取模块，用于对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像；灰度图像生成模块，用于基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像；速度确定模块，用于根据所述灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定所述研磨钻头与所述椎板区域中目标像素点对应的目标速度，其中，所述目标像素点对应于所述研磨钻头的磨削路径上的插值点。本申请实施例的第三方面提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述方法的步骤。本申请实施例的第四方面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存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。本申请的第五方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如上述第一方面所述方法的步骤。由上可见，本申请实施例中，通过对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像，基于该二值图像，对二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到椎板的灰度图像，根据该灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定研磨钻头与椎板区域中目标像素点对应的目标速度，提高磨钻工具在不同磨削位置上运动速度计算的合理性，提升机器人在手术辅助磨削过程中的磨削效率及磨削平稳性，确保手术操作的安全性。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请实施例提供的一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法的流程图一；图2是本申请实施例提供的一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法的流程图二；图3是本申请实施例提供的U-Net结构的衍生网络模型的结构图；图4是本申请实施例中基于椎骨图像进行多标签语义分割之前及之后各图像的示意图；图5是本申请实施例中研磨钻头在磨削过程中的一个静态示意图；图6是本申请实施例中与动态虚拟力对应的感受野范围示意图一；图7是本申请实施例中与动态虚拟力对应的感受野范围示意图二；图8是本申请实施例中与动态虚拟力对应的感受野范围示意图三；图9是本申请实施例提供的一种手术辅助机器人的运动速度的计算系统的结构图；图10是本申请实施例提供的一种终端的结构图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。具体实现中，本申请实施例中描述的终端包括但不限于诸如具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的移动电话、膝上型计算机或平板计算机之类的其它便携式设备。还应当理解的是，在某些实施例中，所述设备并非便携式通信设备，而是具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的台式计算机。在接下来的讨论中，描述了包括显示器和触摸敏感表面的终端。然而，应当理解的是，终端可以包括诸如物理键盘、鼠标和/或控制杆的一个或多个其它物理用户接口设备。终端支持各种应用程序，例如以下中的一个或多个：绘图应用程序、演示应用程序、文字处理应用程序、网站创建应用程序、盘刻录应用程序、电子表格应用程序、游戏应用程序、电话应用程序、视频会议应用程序、电子邮件应用程序、即时消息收发应用程序、锻炼支持应用程序、照片管理应用程序、数码相机应用程序、数字摄影机应用程序、web浏览应用程序、数字音乐播放器应用程序和/或数字视频播放器应用程序。可以在终端上执行的各种应用程序可以使用诸如触摸敏感表面的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法，其特征在于，包括：对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像；基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像；根据所述灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定所述研磨钻头与所述椎板区域中目标像素点对应的目标速度，其中，所述目标像素点对应于所述研磨钻头的磨削路径上的插值点。

【技术特征摘要】
1.一种手术辅助机器人的运动速度的计算方法，其特征在于，包括：对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像；基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像；根据所述灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，确定所述研磨钻头与所述椎板区域中目标像素点对应的目标速度，其中，所述目标像素点对应于所述研磨钻头的磨削路径上的插值点。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述对椎骨图像进行图像处理，获取椎骨中椎板的二值图像，包括：采用U-Net网络结构对所述椎骨图像进行多标签语义分割，获取图像输出结果；基于所述图像输出结果，提取得到所述椎骨中椎板的二值图像；其中，所述椎骨图像中图像背景及包括椎板在内的不同椎骨构成部分具有不同的分类标签。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述基于所述二值图像，对所述二值图像中的椎板区域进行灰度值重定义，得到所述椎板的灰度图像，包括：提取所述二值图像中的图像轮廓，确定所述椎板区域的边缘信息；基于所述边缘信息，确定所述二值图像中位于椎板边缘内的椎板像素点；获取不同的所述椎板像素点至所述椎板边缘的最小距离；依据所述最小距离，得到不同的所述椎板像素点对应的灰度值，其中，所述最小距离的大小与所述灰度值的大小负相关；根据不同的所述椎板像素点对应的灰度值，对所述椎板区域进行灰度参数调整，生成所述灰度图像。4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述依据所述最小距离，得到不同的所述椎板像素点对应的灰度值，包括：将所述椎板像素点中，与第一最小距离值对应的像素点的灰度值映射为255；所述第一最小距离值为所述最小值中的最小值；将所述椎板像素点中，与第二最小距离值对应的像素点的灰度值映射为0；所述第二最小距离值为所述最小值中的最大值；当所述第二最小距离值大于阈值时，将所述椎板像素点中，与第三最小距离值对应的像素点的灰度值映射为0；所述第三最小距离值的大小介于所述阈值与所述第二最小距离值之间；当所述第二最小距离值大于所述阈值时，将所述椎板像素点中，与第四最小距离值对应的像素点的灰度值分别映射为0至255之间的整数；所述第四最小距离值的大小介于所述第一最小距离值与所述阈值之间，其中，所述第四最小距离值的大小与对应的像素点的灰度值的大小负相关；当所述第二最小距离值小于或等于所述阈值时，将所述椎板像素点中，与第五最小距离值对应的像素点的灰度值分别映射为0至255之间的整数；所述第五最小距离值的大小介于所述第一最小距离值与所述第二最小距离值之间，其中，所述第五最小距离值的大小与对应的像素点的灰度值的大小负相关。5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述灰度图像，结合像素点的灰度值与研磨钻头的运动速度之间的映射关系，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗燕茹，孙宇，陶惠人，胡颖，李世博，李猛，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，深圳大学总医院，
类型：发明
国别省市：广东,44