一种骨科假体植入控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种骨科假体植入控制系统，包括：假体设计模块、数据处理模块、前端植入模块和电源模块；所述假体设计模块用于设计切骨图案信息，并按照所述切骨图案信息对植入过程进行三维模拟；所述数据处理模块用于对骨科假体植入阶段进行三维显示，并控制所述前端植入模块进行假体植入操作；所述前端植入模块用于对植入过程图像和感知信息进行采集，根据引导结构将将骨头切割为用于接纳假体装置的形状，控制执行器将假体移动至预设的手术操作区域内；所述电源模块用于为前端植入模块提供所需电压源，本发明专利技术可根据仿真移植参数，生成假体移植手术方案，并根据操作指令和移植参数控制机械臂和图像采集装置辅助操作人员完成手术操作，智能性高。智能性高。智能性高。

【技术实现步骤摘要】
一种骨科假体植入控制系统


[0001]本专利技术涉及智能控制
，具体涉及到一种骨科假体植入控制系统。

技术介绍

[0002]随着计算机技术的快速发展，基于计算机的智能控制技术被广泛应用到各个领域。在外科手术领域，视觉图像分析、精密机械臂辅助和实时手术信息检测可以较好的辅助医生和操作人员完成手术操作。而骨科假体移植在植入物植入期间可能会出现各种并发状况，很难进行正确的解剖对准和放置。而放置不准确会导致后期矫正困难，且患者出现神经症状、疼痛或运动障碍等问题。研究一种可精确辅助医生进行假体移植的计算机控制系统对骨科假体移植方面至关重要。
[0003]综上所述，提供一种可根据仿真移植参数和操作指令辅助操作人员完成手术操作，智能性和精确性高的骨科假体植入控制系统，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种骨科假体植入控制系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种骨科假体植入控制系统，包括：假体设计模块、数据处理模块、前端植入模块和电源模块；
[0006]所述假体设计模块用于设计切骨图案信息，并按照所述切骨图案信息对植入过程进行三维模拟；
[0007]所述数据处理模块与所述假体设计模块电连接，所述数据处理模块用于对骨科假体植入阶段进行三维显示，并控制所述前端植入模块进行假体植入操作；
[0008]所述前端植入模块用于对植入过程图像和感知信息进行采集，根据引导结构将将骨头切割为用于接纳假体装置的形状，控制执行器将假体移动至预设的手术操作区域内；
[0009]所述电源模块用于为所述前端植入模块提供所需电压源。
[0010]进一步地，所述假体设计模块包括信息管理模块、切骨图设计模块和模拟仿真模块；
[0011]所述信息管理模块用于对设计方案进行编号，并记录负责人信息、患者信息和设计周期；
[0012]所述切骨图设计模块用于通过植入部位的CT扫描数据采用基于骨骼重建的三维重建算法对假体移植部位进行三维重建，并利用3dsMax设计出植入模体的形状模型；
[0013]所述模拟仿真模块用于根据植入模体的模型数据、植入部位的切面信息对假体植入过程进行模拟仿真，并将仿真数据输出至所述数据处理模块。
[0014]进一步地，所述数据处理模块包括数据存储模块、处理器和智能显示模块；
[0015]所述数据存储模块用于存储假体移植过程中的图像数据、感知数据和仿真控制的参数数据；
[0016]所述处理器用于根据操作指令调用所述数据存储模块的仿真控制的参数数据，依据所述参数数据形成控制指令，进而控制所述前端植入模块进行假体植入辅助操作；
[0017]所述智能显示模块与所述处理器电连接，所述智能显示模块用于显示假体植入过程的植入图像、植入阶段的状态信息和报警信息。
[0018]更进一步地，所述数据处理模块还包括指令输入模块，所述指令输入模块用于操作人员输入语音控制指令或手势控制指令，所述指令输入模块包括语音录入模块、语音解析模块、手势图像采集装置和图像解析模块；
[0019]所述语音录入模块用于录入操作人员的控制语音信息，所述语音解析模块与所述语音录入模块电连接，所述语音解析模块用于对所述控制语音信息进行除噪预处理，并对预处理后的语音信息进行特征提取，将提取出的语音特征信息与指令数据库中的指令特征数据进行比较，根据比较结果输出第一指令信号；
[0020]所述手势图像采集装置用于对操作者进行稳定跟踪并对操作者的手部图像进行采集，所述图像解析模块接收手部图像信息，并对手部图像信息进行图像预处理，对预处理后图像进行特征提取提取感兴趣区域特征，采用模板匹配法，将指令数据库中的手势特征数据与提取的特征数据进行特征匹配，根据匹配结果输出第二指令信号。
[0021]更进一步地，所述数据处理模块还包括修正优化模块，所述修正优化模块与所述处理器电连接，所述修正优化模块用于接收所述感知数据，并对所述感知数据进行分析，基于分析结果输出报警信息和优化控制信息。
[0022]更进一步地,所述手势图像采集装置包括用于采集图像的摄像头、用于调整所述摄像头角度的智慧云台和追踪计算模块，所述摄像头获取待测目标人员的图像信息，并将所述图像信息传输至所述追踪计算模块，所述追踪计算模块对待测目标进行识别和跟踪，并根据跟踪结果向所述智慧云台发送运动控制参数，所述智慧云台通过所述运动控制参数控制摄像头转动对目标进行持续跟踪，并将跟踪结果发送至所述图像解析模块，所述识别和跟踪的具体过程包括：
[0023]S1:所述追踪计算模块接收采集的图像信息，先对图像进行增强预处理，采用基于YOLOv3的目标识别算法对预处理后图像进行目标识别和分类，根据分类结果获取待追踪的运动目标信息；
[0024]S2:并以视场中心为坐标系原点建立二维平面坐标系，获取运动目标的质心在所述二维平面坐标系中的位置信息；
[0025]S3:计算所述运动目标的质心坐标位置和所述视场中心的坐标差值，按照设定的差值等级范围，对所述坐标差值进行划分，在划分时将所述坐标差值与各等级阈值进行比较，依据比较结果判断运动目标是否离开视场中心范围；
[0026]S4:在未离开视场中心时，所述智慧云台保持静止，当离开视场中心时，根据坐标差值分析镜头的移动方向和位置，由所述智慧云台带动所述摄像头转动，使得成像中心轴移向跟踪目标，当垂直方向和水平方向需要同时移动时，先向差值较大的方向移动，在移动时，按照设定速度进行匀速移动。
[0027]更进一步地，所述前端植入模块包括图像采集模块、压力检测模块和执行控制模块；
[0028]所述图像采集模块包括图像同步传输装置、眼球数据采集模块和运动控制模块，
所述图像同步传输装置设置在操作台上，用于将移植部位的图像信息实时传输至所述智能显示模块和观察窗口，所述眼球数据采集模块包括红外光发射器和采集器，所述红外光发射器和所述采集器均设置在所述观察窗口，所述红外光发射器用于发射红外光，所述采集器用于接收眼球反射的红外光，并对所述红外光对应的变化电信号进行分析获取眼球运动信息，根据眼球的运动方向，发送控制信号至所述图像同步传输装置，所述图像同步传输装置控制图像采集器进行角度变换；
[0029]所述压力检测模块用于检测骨间隙压力信息，并将骨间隙压力信息发送至所述执行控制模块，所述执行控制模块根据手术过程中患者在不同动作下的压力信息，调整手术移植方案和位置，所述压力检测模块包括若干个移植垫片，所述移植垫片上设置有用于检测压力的柔性传感贴片，所述若干个移植垫片被置入骨间隙中；
[0030]所述执行控制模块用于根据所述控制指令控制执行器进行植入操作，所述执行控制模块包括第一控制器、运动控制模块和机械臂，所述第一控制器根据控制指令发送控制信号至所述运动控制模块，所述运动控制模块通过控制各电机运动进而带动机械臂按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨科假体植入控制系统，其特征在于，包括：假体设计模块、数据处理模块、前端植入模块和电源模块；所述假体设计模块用于设计切骨图案信息，并按照所述切骨图案信息对植入过程进行三维模拟；所述数据处理模块与所述假体设计模块电连接，所述数据处理模块用于对骨科假体植入阶段进行三维显示，并控制所述前端植入模块进行假体植入操作；所述前端植入模块用于对植入过程图像和感知信息进行采集，根据引导结构将将骨头切割为用于接纳假体装置的形状，控制执行器将假体移动至预设的手术操作区域内；所述电源模块用于为所述前端植入模块提供所需电压源。2.如权利要求1所述的骨科假体植入控制系统，其特征在于，所述假体设计模块包括信息管理模块、切骨图设计模块和模拟仿真模块；所述信息管理模块用于对设计方案进行编号，并记录负责人信息、患者信息和设计周期；所述切骨图设计模块用于通过植入部位的CT扫描数据采用基于骨骼重建的三维重建算法对假体移植部位进行三维重建，并利用3dsMax设计出植入模体的形状模型；所述模拟仿真模块用于根据植入模体的模型数据、植入部位的切面信息对假体植入过程进行模拟仿真，并将仿真数据输出至所述数据处理模块。3.如权利要求1所述的骨科假体植入控制系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据存储模块、处理器和智能显示模块；所述数据存储模块用于存储假体移植过程中的图像数据、感知数据和仿真控制的参数数据；所述处理器用于根据操作指令调用所述数据存储模块的仿真控制的参数数据，依据所述参数数据形成控制指令，进而控制所述前端植入模块进行假体植入辅助操作；所述智能显示模块与所述处理器电连接，所述智能显示模块用于显示假体植入过程的植入图像、植入阶段的状态信息和报警信息。4.如权利要求3所述的骨科假体植入控制系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括指令输入模块，所述指令输入模块用于操作人员输入语音控制指令或手势控制指令，所述指令输入模块包括语音录入模块、语音解析模块、手势图像采集装置和图像解析模块；所述语音录入模块用于录入操作人员的控制语音信息，所述语音解析模块与所述语音录入模块电连接，所述语音解析模块用于对所述控制语音信息进行除噪预处理，并对预处理后的语音信息进行特征提取，将提取出的语音特征信息与指令数据库中的指令特征数据进行比较，根据比较结果输出第一指令信号；所述手势图像采集装置用于对操作者进行稳定跟踪并对操作者的手部图像进行采集，所述图像解析模块接收手部图像信息，并对手部图像信息进行图像预处理，对预处理后图像进行特征提取提取感兴趣区域特征，采用模板匹配法，将指令数据库中的手势特征数据与提取的特征数据进行特征匹配，根据匹配结果输出第二指令信号。5.如权利要求4所述的骨科假体植入控制系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括修正优化模块，所述修正优化模块与所述处理器电连接，所述修正优化模块用于接收所述感知数据，并对所述感知数据进行分析，基于分析结果输出报警信息和优化控制信息。
6.如权利要求5所述的骨科假体植入控制系统，其特征在于,所述手势图像采集装置包括用于采集图像的摄像头、用于调整所述摄像头角度的智慧云...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟，刘擎，袁宇豪，吴梓奕，钟威，林梓立，
申请(专利权)人：中南大学湘雅医院，
类型：发明
国别省市：