脊椎椎板切割路径的规划装置、方法及手术机器人与流程

本发明涉及医疗，尤其涉及一种脊椎椎板切割路径的规划装置、方法及手术机器人。

背景技术：

1、随着医疗器械技术的发展和革新，手术机器人等辅助工具逐渐被应用到外科手术(例如椎弓根钉的导航定位、骨关节切割)中，辅助医生完成手术操作。

2、然而，目前针对胸腰椎管狭窄、腰椎间盘突出等脊柱疾病，当需要对椎板进行切割减压操作时，主要是靠医生根据经验和手感控制椎板切割操作的深度和力度，操作难度高。特别是针对脊椎椎板如颈椎椎板、腰椎椎板的切割，需要医生做出一个大切口以到达脊椎椎板，这包括剥离附着于脊椎椎板朝向背部一侧的肌肉和韧带，依靠医生的经验和手感来控制切割容易造成脊椎椎板背离背部一侧的软组织等，存在较高的安全风险。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种脊椎椎板切割路径的规划装置、方法及手术机器人，以实现脊椎椎板切割路径的自动规划，便于后续手术机器人进行自主对脊椎椎板进行准确切割，以助于脊椎椎板切割手术的顺利完成，从而减轻医生的手术压力，提高手术安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面实施例提出了一种脊椎椎板切割路径的规划装置，包括：确定模块，用于确定目标脊椎椎板的目标三维模型的初始切面：调整模块，用于根据目标脊椎椎板的切割需求调整初始切面，得到目标切割面；规划模块，用于根据目标切割面规划目标脊椎椎板的切割路径。

3、另外，本发明实施例的脊椎椎板切割路径的规划装置还可以具有如下附加的技术特征：

4、根据本发明的一个实施例，所述规划模块包括：提取单元，用于提取所述目标切割面的椎板切割轮廓；规划单元，用于根据所述椎板切割轮廓和所述目标切割面对应的切割方向，规划所述目标脊椎椎板的切割路径。

5、根据本发明的一个实施例，所述确定模块包括：获取单元，用于获取所述目标脊椎椎板的ct图像；重建单元，用于对所述目标脊椎椎板的ct图像进行三维重建，得到目标三维模型；确定单元，用于将预先创建的所述目标三维模型的三个相互垂直的待调整切面作为所述目标脊椎椎板的初始切面。

6、根据本发明的一个实施例，预先创建的三个相互垂直的待调整切面分别在三个显示窗口显示，在任一待调整切面的显示窗口中，另外两待调整切面均通过十字线表征，且三个所述十字线共用中心点；所述调整模块具体用于：根据所述切割需求移动所述中心点和以对应中心点为中心旋转十字线，以得到使任一待调整切面与实际切割面一致的目标切面，并将所述目标切面中的该待调整切面作为所述目标切割面。

7、根据本发明的一个实施例，预先创建的三个相互垂直的待调整切面分别在三个显示窗口显示，在任一待调整切面的显示窗口中，另外两待调整切面均通过十字线表征，且三个所述十字线共用中心点；所述调整模块还具体用于：在所述目标切割面所在切面内，旋转所述十字线以使一条线与所述目标脊椎椎板截面敞开侧轮廓线延伸方向或与预设方向一致，该条线对应方向为第一方向，另一条线对应的由外向内的方向为第二方向；将所述第一方向和所述第二方向作为所述切割方向。

8、根据本发明的一个实施例，所述调整模块还具体用于：确定切割刀具的刀面与所述目标切割面重合；确定所述切割刀具的切割端部沿长度方向的指向与所述第二方向一致。

9、根据本发明的一个实施例，所述提取单元具体用于：获取用户针对所述目标切割面上的脊椎椎板输入的多个轮廓点；根据所述多个轮廓点生成所述椎板切割轮廓。

10、根据本发明的一个实施例，所述提取单元具体用于：利用b样条函数根据所述多个轮廓点生成所述椎板切割轮廓。

11、根据本发明的一个实施例，所述提取单元具体用于：提取所述目标切割面对应ct图像上灰度值大于预设灰度值阈值的像素点；利用预设算法根据所提取的像素点得到所述椎板切割轮廓，其中，所述预设算法包括高斯滤波算法、canny边缘检测算法、样条曲线拟合算法中的至少一者。

12、根据本发明的一个实施例，所述规划单元具体用于：根据所述椎板切割轮廓按照如下方式中的一者规划所述目标切割面轮廓内的所述切割路径：

13、方式一：沿所述第一方向往复、所述第二方向递进的运动方式，方式二：沿所述第二方向往复、所述第一方向递进的运动方式，方式三：沿所述第一方向和所述第二方向均递进的运动方式。为解决上述技术问题，本发明第二方面提出了一种手术机器人，包括：上述实施例所述的脊椎椎板切割路径的规划装置。

14、为解决上述技术问题，本发明第三方面提出了一种脊椎椎板切割路径的规划方法，包括：确定目标脊椎椎板的目标三维模型的初始切面：根据所述目标脊椎椎板的切割需求调整所述初始切面，得到目标切割面；根据所述目标切割面规划所述目标脊椎椎板的切割路径。

15、本发明实施例的脊椎椎板切割路径的规划装置、方法及手术机器人，在进行脊椎椎板切割路径规划时，首先确定目标脊椎椎板的目标三维模型的初始切面，然后根据目标脊椎椎板的切割需求调整初始切面，得到目标切割面，之后根据目标切割面规划目标脊椎椎板的切割路径。由此，可实现脊椎椎板切割路径的自动规划，便于后续手术机器人进行自主对脊椎椎板进行准确切割，进而有助于脊椎椎板切割手术的顺利完成，减轻了医生的手术压力。

技术特征：

1.一种脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述规划模块包括：

3.根据权利要求2所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述确定模块包括：

4.根据权利要求2所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，预先创建的三个相互垂直的待调整切面分别在三个显示窗口显示，在任一待调整切面的显示窗口中，另外两待调整切面均通过十字线表征，且三个所述十字线共用中心点；

5.根据权利要求2所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，预先创建的三个相互垂直的待调整切面分别在三个显示窗口显示，在任一待调整切面的显示窗口中，另外两待调整切面均通过十字线表征，且三个所述十字线共用中心点；

6.根据权利要求5所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述调整模块还具体用于：

7.根据权利要求2所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述提取单元具体用于：

8.根据权利要求7所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述提取单元具体用于：

9.根据权利要求6所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述提取单元具体用于：

10.根据权利要求5所述的脊椎椎板切割路径的规划装置，其特征在于，所述规划单元具体用于：

11.一种手术机器人，其特征在于，包括：

12.一种脊椎椎板切割路径的规划方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种脊椎椎板切割路径的规划装置、方法及手术机器人，涉及医疗技术领域。规划装置包括：确定模块，用于确定目标脊椎椎板的目标三维模型的初始切面：调整模块，用于根据目标脊椎椎板的切割需求调整初始切面，得到目标切割面；规划模块，用于根据目标切割面规划目标脊椎椎板的切割路径。该规划装置，可实现脊椎椎板切割路径的自动规划，便于后续手术机器人进行自主对脊椎椎板进行准确切割，进而有助于脊椎椎板切割手术的顺利完成，减轻了医生的手术压力。技术研发人员：盛学亮,蔡广杰,陈原,唐运先受保护的技术使用者：合肥美亚光电技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18