骨科手术导航方法、装置、计算机设备、系统和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种骨科手术导航方法、装置、计算机设备、系统和存储介质。所述方法包括：获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准；手术操作路径用于控制手术机器人动作；通过定位系统实时获取待手术骨头部位和手术机器人的动态空间位置信息，并根据动态空间位置信息，生成手术机器人的手术实际路径；若手术实际路径相对于手术操作路径发生偏差，则依据手术操作路径和动态空间位置信息对手术实际路径进行补偿，提高手术的精度和安全性。

【技术实现步骤摘要】
骨科手术导航方法、装置、计算机设备、系统和存储介质
本申请涉及医疗
，特别是涉及一种骨科手术导航方法、装置、计算机设备、系统和存储介质。
技术介绍
传统骨科手术需要医生通过经验来判断置入物的植入位置和方向，然后在患者骨骼的相应位置进行钻孔和置入操作，但是在手术过程中手工操作精度难以保证。因而为了治疗安全，需要对患者进行多次拍片操作，而这一过程也给患者和医生带来辐射风险。为了解决上述问题，传统技术推出了大量的骨科手术辅助导航产品，例如天玑系统，但是，在实现过程中，专利技术人发现传统技术中至少存在如下问题：传统骨科手术导航技术手术精度不高、安全性差。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高手术精度和安全性的骨科手术导航方法、装置、计算机设备、系统和存储介质。一种骨科手术导航方法，包括以下步骤：获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；三维模型为处理待手术骨头部位的医学图像得到；医学图像为CT图像、超声图像或MRI图像；基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将手术路径转换成处于手术机器人坐标系下的手术操作路径；手术操作路径用于控制手术机器人动作；通过定位系统实时获取待手术骨头部位和手术机器人的动态空间位置信息，并根据动态空间位置信息，生成手术机器人的手术实际路径；若手术实际路径相对于手术操作路径发生偏差，则依据手术操作路径和动态空间位置信息对手术实际路径进行补偿。在其中一个实施例中，获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径的步骤中，包括步骤：获取起点标识指令，依据起点标识指令在三维模型上标识手术起点坐标；获取方向标识指令，依据方向标识指令在三维模型上标识手术方向；获取终点标识指令，依据终点标识指令在三维模型上标识手术终点坐标；依据手术起点坐标、手术方向和手术终点坐标，生成手术路径。在其中一个实施例中，路径规划指令包括起点标识指令、方向标识指令以及终点标识指令；基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准的步骤中，包括步骤：获取定位系统坐标系到患者坐标系的第一变换矩阵；获取定位系统坐标系到手术机器人坐标系的第二变换矩阵；获取患者坐标系到三维模型的坐标系的第三变换矩阵；基于第一变换矩阵、第二变换矩阵和第三变换矩阵，得到机器人坐标系到三维模型的坐标系的目标变换矩阵，以进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准。在其中一个实施例中，获取患者坐标系到三维模型的坐标系的第三变换矩阵的步骤中，包括步骤：获取定位系统坐标系到三维模型的坐标系的第四变换矩阵；基于第一变换矩阵和第四变换矩阵，得到第三变换矩阵。在其中一个实施例中，基于第一变换矩阵、第二变换矩阵和第三变换矩阵，得到机器人坐标系到三维模型的坐标系的目标变换矩阵的步骤中，基于以下公式获取目标变换矩阵：RTM＝(OTR)-10TPPTM其中，R表示机器人坐标系；M表示三维模型的坐标系；O表示定位系统坐标系；P表示患者坐标系；T表示矩阵变换；OTP表示第一变换矩阵；OTR表示第二变换矩阵；PTM表示第三变换矩阵；RTM表示目标变换矩阵。一种骨科手术导航装置，包括以下模块：路径规划模块，用于获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；三维模型为处理待手术骨头部位的医学图像得到；医学图像为CT图像、超声图像或MRI图像；坐标系转换模块，用于基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将手术路径转换成处于手术机器人坐标系下的手术操作路径；手术操作路径用于控制手术机器人动作；实际路径计算模块，用于通过定位系统实时获取待手术骨头部位和手术机器人的动态空间位置信息，并根据动态空间位置信息，生成手术机器人的手术实际路径；补偿控制模块，用于若手术实际路径相对于手术操作路径发生偏差，则依据手术操作路径和动态空间位置信息对手术实际路径进行补偿。一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。一种骨科手术导航系统，包括上述计算机设备；还包括手术机器人以及定位系统；计算机设备分别连接手术机器人和定位系统的定位仪；定位系统的位置标记器设置患者和手术机器人上；其中，定位仪用于检测位置标记器的空间位置，以确认患者和手术机器人的空间位置。在其中一个实施例中，定位系统为红外定位系统、光学定位系统或者超声波定位系统。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：本申请各实施例提供的骨科手术导航方法基于以下步骤：获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将手术路径转换成处于手术机器人坐标系下的手术操作路径；手术操作路径用于控制手术机器人动作；通过定位系统实时获取待手术骨头部位和手术机器人的动态空间位置信息，并根据动态空间位置信息，生成手术机器人的手术实际路径；若手术实际路径相对于手术操作路径发生偏差，则依据手术操作路径和动态空间位置信息对手术实际路径进行补偿，实现术前精确地规划手术路径，并将手术路径转换到手术机器人坐标系下，以精确控制手术机器人，在手术机器人操作过程，实时监控患者和手术机器人的位置，若手术实际路径偏离手术操作路径，则对手术实际路径进行修正补偿，以使其符合手术操作路径，提高手术的精度和安全性。附图说明图1为一个实施例中骨科手术导航方法的流程示意图；图2为一个实施例中坐标系配准步骤的流程示意图；图3为一个实施例中骨科手术导航装置的结构框图；图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。为了解决传统骨科手术导航技术手术精度不高、安全性差的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种骨科手术导航方法，包括以下步骤：步骤S110，获取路径规划指令，并依据路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；三维模型为处理待手术骨头部位的医学图像得到；医学图像为CT(ComputedTomography，即电子计算机断层扫描)图像、超声图像或MRI(MagneticResonanceImaging，磁共振图像)图像。需要说明的是，本申请骨科手术导航方法用于控制手术机器人操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨科手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取路径规划指令，并依据所述路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；所述三维模型为处理所述待手术骨头部位的医学图像得到；所述医学图像为CT图像、超声图像或MRI图像；/n基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从所述三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述手术路径转换成处于所述手术机器人坐标系下的手术操作路径；所述手术操作路径用于控制手术机器人动作；/n通过定位系统实时获取所述待手术骨头部位和所述手术机器人的动态空间位置信息，并根据所述动态空间位置信息，生成所述手术机器人的手术实际路径；/n若所述手术实际路径相对于所述手术操作路径发生偏差，则依据所述手术操作路径和所述动态空间位置信息对所述手术实际路径进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种骨科手术导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取路径规划指令，并依据所述路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径；所述三维模型为处理所述待手术骨头部位的医学图像得到；所述医学图像为CT图像、超声图像或MRI图像；
基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从所述三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准，以将所述手术路径转换成处于所述手术机器人坐标系下的手术操作路径；所述手术操作路径用于控制手术机器人动作；
通过定位系统实时获取所述待手术骨头部位和所述手术机器人的动态空间位置信息，并根据所述动态空间位置信息，生成所述手术机器人的手术实际路径；
若所述手术实际路径相对于所述手术操作路径发生偏差，则依据所述手术操作路径和所述动态空间位置信息对所述手术实际路径进行补偿。


2.根据权要求1所述的骨科手术导航方法，其特征在于，所述路径规划指令包括起点标识指令、方向标识指令以及终点标识指令；获取路径规划指令，并依据所述路径规划指令在待手术骨头部位的三维模型上生成手术路径的步骤中，包括步骤：
获取所述起点标识指令，依据所述起点标识指令在所述三维模型上标识手术起点坐标；
获取所述方向标识指令，依据所述方向标识指令在所述三维模型上标识手术方向；
获取所述终点标识指令，依据所述终点标识指令在所述三维模型上标识手术终点坐标；
依据所述手术起点坐标、所述手术方向和所述手术终点坐标，生成所述手术路径。


3.根据权要求1或2所述的骨科手术导航方法，其特征在于，基于患者坐标系和定位系统坐标系，进行从所述三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准的步骤中，包括步骤：
获取所述定位系统坐标系到所述患者坐标系的第一变换矩阵；
获取所述定位系统坐标系到所述手术机器人坐标系的第二变换矩阵；
获取所述患者坐标系到所述三维模型的坐标系的第三变换矩阵；
基于所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述第三变换矩阵，得到所述机器人坐标系到所述三维模型的坐标系的目标变换矩阵，以进行从所述三维模型的坐标系到手术机器人坐标系的配准。


4.根据权要求3所述的骨科手术导航方法，其特征在于，获取所述患者坐标系到所述三维模型的坐标系的第三变换矩阵的步骤中，包括步骤：
获取所述定位系统坐标系到所述三维模型的坐标系的第四变换矩阵；
基于所述第一变换矩阵和所述第四变换矩阵，得到所述第三变换矩阵。


5.根据权要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯志勇，陈爱欢，李若桐，罗奕，
申请(专利权)人：德智鸿上海机器人有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31