【技术实现步骤摘要】
本申请涉及医疗手术机器人，尤其涉及一种具有约束边界的手术规划方法及手术机器人控制方法。
技术介绍
1、随着现代科技和计算机技术的发展，各种计算机辅助医疗技术和设备正在医学领域中得到越来越广泛的应用。相比医生手工操作，计算机辅助手术机器人系统在准确性和舒适性等方面具有极大的优势，例如在脊柱切骨手术中引入切骨手术机器人系统，可以极大的提高手术效率和手术精度。
2、在基于医疗手术机器人系统的手术中，手术规划是基于图像引导手术机器人进行手术的重要步骤之一。以脊柱外科的切骨手术为例，手术规划是基于患者患处所做的切骨手术规划，由于脊柱的骨面通常是曲面，脊柱表面形状不规则，导致脊柱切骨手术的难度较大。目前已知的切骨手术规划是通过在术前三维影像中放置boxing(立体方)的方式进行手术区域的规划，通过将立体方渲染到影像中调整立方体的位置和大小实现手术区域的规划，然而这种手术规划方式无法关注脊柱的曲面变化，并且只能在三维空间内调整手术规划区域。
3、因此，现有的基于立方体的手术规划方式，仅适用于平面或弧度较小的骨面的手术规划，无法适用脊柱外科手术的切骨规划，仅能实现三维空间内的手术区域的规划，也无法满足基于多模态影像进行手术规划的需求，并且手术规划结果的准确性较差，手术规划操作也不够灵活。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种具有约束边界的手术规划方法及手术机器人控制方法，以解决现有技术存在的适用场景范围小，无法满足基于不同模态影像的手术规划需求，手术规划结果准
2、本申请实施例的第一方面，提供了一种具有约束边界的手术规划方法，包括：获取对患者术区拍摄得到的术前影像，从术前影像中选取预定数量的边界点；利用边界点生成多个切割平面，分别确定每个切割平面与术区骨结构之间作用所形成的内边界和外边界，将内边界和外边界分别离散成内边界点集和外边界点集；基于内边界点集、外边界点集以及边界点生成约束边界，将约束边界作为手术规划的边界限制。
3、本申请实施例的第二方面，提供了一种手术机器人控制方法，包括：获取术前确定的手术规划结果和术前规划影像，其中手术规划结果为利用术前影像中的边界点生成切割平面，切割平面与术区骨结构作用形成内边界和外边界，将内边界和外边界分别离散成点集，利用点集与边界点所生成的约束边界；进行空间配准，确定术中影像、患者以及与机械臂末端之间的坐标转换关系，并将配准后的术中影像作为基准与术前规划影像进行融合，得到术中规划影像；当机械臂末端动力工具受到外力作用时，根据力传感器信号以及机械臂末端动力工具在约束空间内的位置，对机械臂在下一控制周期内的参数进行调整，并根据调整后的参数对机械臂在下一控制周期的位置进行调整，以使机械臂末端动力工具始终在约束空间内以柔顺位姿参数进行切骨，其中约束空间为依据术中规划影像内的约束边界所确定的空间。
4、本申请实施例的第三方面，提供了一种具有约束边界的手术规划装置，包括：获取模块，被配置为获取对患者术区拍摄得到的术前影像，从术前影像中选取预定数量的边界点；离散模块，被配置为利用边界点生成多个切割平面，分别确定每个切割平面与术区骨结构之间作用所形成的内边界和外边界，将内边界和外边界分别离散成内边界点集和外边界点集；生成模块，被配置为基于内边界点集、外边界点集以及边界点生成约束边界，将约束边界作为手术规划的边界限制。
5、本申请实施例的第四方面，提供了一种手术机器人控制装置，包括：生成离散模块，被配置为获取术前确定的手术规划结果和术前规划影像，其中手术规划结果为利用术前影像中的边界点生成切割平面，切割平面与术区骨结构作用形成内边界和外边界，将内边界和外边界分别离散成点集，利用点集与边界点所生成的约束边界；配准融合模块，被配置为进行空间配准，确定术中影像、患者以及与机械臂末端之间的坐标转换关系，将配准后的术中影像作为基准与术前规划影像进行融合，得到术中规划影像；调整控制模块，被配置为当机械臂末端动力工具受到外力作用时，根据力传感器信号以及机械臂末端动力工具在约束空间内的位置，对机械臂在下一控制周期内的参数进行调整，并根据调整后的参数对机械臂在下一控制周期的位置进行调整，以使机械臂末端动力工具始终在约束空间内以柔顺位姿参数进行切骨，其中约束空间为依据术中规划影像内的约束边界所确定的空间。
6、本申请实施例的第五方面，提供了一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面实施例中的具有约束边界的手术规划方法或者实现如第二方面实施例中的手术机器人控制方法。
7、本申请实施例的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面实施例中的具有约束边界的手术规划方法的步骤或者实现如第二方面实施例中的手术机器人控制方法的步骤。
8、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
9、通过获取对患者术区拍摄得到的术前影像，从术前影像中选取预定数量的边界点；利用边界点生成多个切割平面，分别确定每个切割平面与术区骨结构之间作用所形成的内边界和外边界，将内边界和外边界分别离散成内边界点集和外边界点集；基于内边界点集、外边界点集以及边界点生成约束边界，将约束边界作为手术规划的边界限制。本申请不仅适用于弧度较小的骨面的手术规划，而且同样适用于弧度较大的骨面的手术规划场景，不仅可以在三维影像内实现手术规划和规划区域的调整，而且在二维影像内也同样适用，因此本申请极大提升了手术规划方式适用的手术场景，满足基于多模态影像下的手术规划需求，并且本申请的手术规划方式较为灵活，提高了手术规划的效率以及手术规划结果的准确性。
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1.一种具有约束边界的手术规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述术前影像中选取预定数量的边界点，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别确定每个所述切割平面与术区骨结构之间作用所形成的内边界和外边界，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述内边界和所述外边界分别离散成内边界点集和外边界点集，包括：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述边界点的数量不少于8个，且当所述边界点的数量为8个时，利用所述边界点自动生成4个切割平面。
6.一种手术机器人控制方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用术前影像中的边界点生成切割平面，所述切割平面与术区骨结构作用形成内边界和外边界，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述内边界和外边界分别离散成点集，利用点集与边界点所生成的约束边界，包括：
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行空间配
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将配准后的术中影像作为基准与所述术前规划影像进行融合，得到术中规划影像，包括：
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据力传感器信号以及机械臂末端动力工具在约束空间内的位置，对机械臂在下一控制周期内的参数进行调整，包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述二阶弹簧阻尼模型表示为：
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据调整后的参数对机械臂在下一控制周期的位置进行调整，包括：
14.一种具有约束边界的手术规划装置，其特征在于，包括：
15.一种手术机器人控制装置，其特征在于，包括：
16.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法或权利要求6至13中任一项所述的方法。
17.一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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法或如权利要求6至13中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种具有约束边界的手术规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述术前影像中选取预定数量的边界点，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别确定每个所述切割平面与术区骨结构之间作用所形成的内边界和外边界，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述内边界和所述外边界分别离散成内边界点集和外边界点集，包括：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述边界点的数量不少于8个，且当所述边界点的数量为8个时，利用所述边界点自动生成4个切割平面。
6.一种手术机器人控制方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用术前影像中的边界点生成切割平面，所述切割平面与术区骨结构作用形成内边界和外边界，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述内边界和外边界分别离散成点集，利用点集与边界点所生成的约束边界，包括：
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行空间配准，确定术中影像、患者以及机械臂末端之间的坐标转换关系，包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁强，赵永强，张勇，卢佳豪，史洪伟，韩晓光，
申请(专利权)人：北京天智航医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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