CN120436724B - 磨骨系统、磨骨控制设备及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本申请实施例适用于骨科技术及计算机辅助医疗技术领域，提供了一种磨骨系统、磨骨控制设备及计算机程序产品，所述系统包括数据处理单元和磨骨控制单元。其中，数据处理单元用于根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；磨骨控制单元用于按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨。采用上述磨骨系统进行磨骨，可以提高磨骨效率和磨骨精度，进而提高手术的成功率。

Description

磨骨系统、磨骨控制设备及计算机程序产品

技术领域

本申请实施例属于骨科技术及计算机辅助医疗技术领域，特别是涉及一种磨骨系统、磨骨控制设备及计算机程序产品。

背景技术

磨骨是骨科手术中常见的一项操作。传统的磨骨方法主要依赖医生的经验和技术，由医生操作磨锉来实现。传统的磨骨方法操作难度大，精度低，手术时间也较长。

随着计算机辅助医疗技术的发展，将机器人技术应用于磨骨手术，可以采用自动化或半自动化的方式进行磨骨，一定程度上降低了手术医生的工作强度，提高了手术效率。现有技术中，基于计算机辅助实现的自动化或半自动化磨骨方法主要采用与后续待置入的假体型号相匹配的磨锉进行磨骨。例如，后续待置入的假体为54型号的假体，则采用54型号的磨锉进行磨骨。这种按照假体型号选定磨锉型号进行磨骨的方式，忽略了不同骨结构的差异，容易出现使用的磨锉与磨骨区域的骨结构不适应的情况，对最终的磨骨精度造成干扰，影响手术效果。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种磨骨系统、磨骨控制设备及计算机程序产品，用以提高磨骨效率和磨骨精度。

本申请实施例的第一方面提供了一种磨骨系统，包括：

数据处理单元，用于根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；

磨骨控制单元，用于按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨；其中，任一型号的所述目标磨锉具有相应的停止位置，当所述目标磨锉磨骨至所述停止位置时，更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨。

本申请实施例的第二方面提供了一种磨骨方法，包括：

根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；

按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨；

其中，任一型号的所述目标磨锉具有相应的停止位置，当所述目标磨锉磨骨至所述停止位置时，更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨。

本申请实施例的第三方面提供了一种磨骨控制设备，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，当所述处理器执行所述计算机程序时，使得所述磨骨控制设备实现如上述第二方面所述的磨骨方法。

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中存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时实现如上述第二方面所述的磨骨方法。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，当所述计算机程序运行时，使得上述第二方面所述的磨骨方法被执行。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请实施例中，磨骨系统包括数据处理单元和磨骨控制单元。其中，数据处理单元可以根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，上述任一目标磨锉的型号数应当小于或等于待置入的假体的型号数。这样，磨骨控制单元可以按照目标磨锉的型号数递增的顺序也即是优先使用小型号磨锉再使用大型号磨锉的顺序，依次控制多个不同型号的目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨，直至对应停止位置。如果当前使用的目标磨锉不是最大型号的磨锉，则磨骨控制单元可以更换下一型号的目标磨锉继续进行磨骨，重复前述磨骨操作；如果当前使用的目标磨锉是最大型号的磨锉，则磨骨控制单元可以停止磨骨。这样，便完成了对整个磨骨区域的磨骨。本申请实施例通过使用多种不同型号的磨锉，首先使用小型号磨锉进行开口磨深，再逐渐增大型号达到最大号磨锉进行磨骨，能够通过使用小型号磨锉充分适应磨骨区域的骨结构，提高自动化或半自动化磨骨的适应性。在此基础上，通过逐渐增大型号进行磨骨，可以进一步保证磨骨的精度，进而提高手术的成功率。

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的介绍。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磨骨系统的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种涉及磨骨操作的骨科手术的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种磨骨过程的示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种磨骨过程的示意图；

图5是本申请实施例提供的一种确定目标点的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种磨骨方法的示意图；

图7是本申请实施例提供的一种磨骨装置的示意图；

图8是本申请实施例提供的一种磨骨控制设备的示意图。

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，本领域技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，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。

下面通过具体实施例来说明本申请的技术方案。

参照图1，示出了本申请实施例提供的一种磨骨系统的示意图，该磨骨系统100包括数据处理单元110和磨骨控制单元120；其中，数据处理单元110主要用于进行各类数据的处理工作，并输出相应的处理结果，包括目标磨锉的角度及位置信息等；磨骨控制单元120主要用于执行具体地磨骨操作。也即，磨骨控制单元120主要用于基于数据处理单元110提供的目标磨锉的角度及位置信息，控制相应型号的磨锉对磨骨区域进行磨骨。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，数据处理单元110和磨骨控制单元可以以计算机设备内部单元的形式存在。例如，计算机设备内具有数据处理功能的单元或模块可以作为数据处理单元110的载体，实现数据处理单元110的各种数据处理功能，计算机设备的控制单元或模块可以用于实现磨骨控制单元120的相关功能。例如，计算机设备可以与机械臂连接，由控制单元对机械臂进行操控，使得机械臂可以操作目标磨锉对磨骨区域进行磨骨。控制单元可以在磨骨过程中控制机械臂的前进及后退等，以此带动目标磨锉的前进或后退，从而实现对磨骨区域的磨骨。

在本申请实施例中，可以通过术前规划确定具体的磨骨策略。在术前规划阶段，可以通过对磨骨区域进行扫描及三维重建等处理，确定磨骨后需要置入的假体，也即待置入的假体。待置入的假体应当是与磨骨区域匹配的、特定类型的假体，能够在置入后为患者提供相应的骨功能。示例性地，根据术前规划，可以确定某次手术需要使用到的假体为54号假体，上述数字54即是该型号假体的型号数。现有技术中，磨骨时根据选定的假体型号，通常采用与假体型号匹配的磨锉进行磨骨。例如，在上述示例中，对于使用54号假体的磨骨区域，通常使用54号磨锉进行磨骨。数字54也就是磨锉的型号数。

在本申请实施例中，可以使用多种型号的磨锉进行磨骨。具体地，可以根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，这些目标磨锉的型号数应当小于或等于待置入的假体的型号数。

示例性地，对于使用54号假体的磨骨区域，可以使用的目标磨锉的型号数应当不大于假体的型号数。例如，目标磨锉的型号数可以是54、52、50及48等。因此，在实际磨骨过程中，可以选择48号磨锉、50号磨锉、52号磨锉和54号磨锉共同用于执行磨骨操作。

在根据待置入的假体确定出多个不同型号的目标磨锉后，数据处理单元110还可以进一步确定每个型号的目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置。对齐角度和对齐位置共同构成了实际磨骨过程中目标磨锉的位姿。对于不同型号的目标磨锉，其对应的对齐角度和对齐位置通常是不同的。

在本申请实施例中，图1中的数据处理单元110可以根据规划的臼杯中心与外展角、前倾角等参数确定每个型号的目标磨锉的对齐角度和对齐位置。具体地，数据处理单元110可以获取经由术前规划确定的目标外展角和目标前倾角的角度大小。上述目标外展角和目标前倾角可以是指在术前规划阶段确定的手术最终完成后患者实际的外展角和前倾角。例如，可以规划外展角为40度，前倾角为20度。然后，数据处理单元可以根据目标外展角和目标前倾角的角度大小以及假体的型号数，确定每个型号的目标磨锉的对齐角度。

在本申请实施例中，每个目标磨锉对应的对齐角度可以报考对齐外展角和对齐前倾角。数据处理单元可以结合规划所得的目标外展角和目标前倾角，确定对齐外展角和对齐前倾角。

在本申请实施例中，实际的磨骨过程可以以大外展角小前倾角小号磨锉进行开口磨深，再逐渐增大磨锉型号进行磨骨。因此，在确定每个目标磨锉的对齐角度时，可以以目标磨锉的型号数递减后，相应增加外展角角度、减小前倾角角度的方式来确定对齐外展角和对齐前倾角。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，针对任一型号的目标磨锉，数据处理单元110可以以假体的型号数与目标磨锉的型号数的差值为基准，按照该差值的第一倍数对术前规划确定的目标外展角的角度大小进行递增，从而得到目标磨锉的对齐外展角。多余对齐前倾角，数据处理单元同样可以以假体的型号数与目标磨锉的型号数的差值为基准，按照该差值的第二倍数对术前规划确定的目标前倾角的角度大小进行递减，从而得到目标磨锉的对齐前倾角。上述第一倍数可以大于第二倍数。示例性地，第一倍数可以是5，第二倍数可以是2。例如，每个目标磨锉的型号数每减少2号，其对齐外展角可以增加5度，相应地，对齐前倾角可以减少2度。

上述确定每个型号的目标磨锉的对齐外展角和对齐前倾角过程也可以以公式表示。示例性地，对齐外展角可以表示为：对齐外展角=目标外展角+（第一磨锉型号数-第二磨锉型号数）*第一倍数；对齐前倾角可以表示为：对齐前倾角=目标前倾角-（第一磨锉型号数-第二磨锉型号数）*第二倍数。其中，第一磨锉型号数可以是与假体型号相匹配的可使用的最大型号。例如，对于使用54号假体的磨骨区域，其可使用的最大型号的磨锉为54号磨锉，因此在上述表达式中，第一磨锉型号数即为54。第二磨锉型号数可以是待计算对齐外展角或对齐前倾角的磨锉，按照上述表达式计算得到的对齐外展角和对齐前倾角即是第二模型的对齐外展角和对齐外展角。

示例性地，假设假体型号数为54，即使用54号假体置入磨骨后的区域，那么可使用的最大型号的目标磨锉为54号磨锉。相应地，规划的目标外展角和目标前倾角为54号磨锉对应的外展角和前倾角，也即是54号磨锉的对齐外展角和对齐前倾角。假设54号磨锉对应的目标外展角为40度，目标前倾角为20度，则对于48号磨锉，按照上述表达式计算得到的对齐外展角为40+（54-48）*5=70度，对齐前倾角为20-（54-48）*2=8度。

因此，前述示例中提及的各个型号的磨锉的对齐外展角和对齐前倾角分别为：

54号磨锉：对齐外展角40度，对齐前倾角20度；

52号磨锉：对齐外展角50度，对齐前倾角16度；

50号磨锉：对齐外展角60度，对齐前倾角12度；

48号磨锉：对齐外展角70度，对齐前倾角8度。

当然，在实际应用中，也可以采用奇数型号的磨锉，其确定对齐外展角和对齐前倾角的方式与前述介绍类似，在此不再赘述。

对于对齐位置，数据处理单元110可以根据假体的目标置入位置对应的中轴线来确定。具体地，数据处理单元110可以根据假体的目标置入位置确定目标置入位置的法向量的延长线，将该延长线作为目标中轴线。然后，针对任一型号的目标磨锉，数据处理单元可以根据该磨锉的对齐角度计算在上述目标中轴线上无碰撞风险的目标点，从而将该目标点作为该目标磨锉的对齐位置。无碰撞风险可以是指，将目标磨锉按照相应的对齐角度移动至该目标点时，目标磨锉不会与磨骨限制边界接触。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，可以以假体的目标置入位置为基准点，分别确定在目标磨锉的对齐角度下第一轴线上的各个位置点是否存在碰撞风险，上述第一轴线上任意相邻的两个位置点之间的距离相等，该第一轴线可以为目标中轴线，也即是与目标置入位置的法向量的延长线重合的轴线。这样，可以将第一轴线上无碰撞风险的各个位置点中距离基准点最近的位置点确定为目标点。

具体地，第一轴线为目标中轴线，数据处理单元110可以以目标置入位置为基准点，该基准点位于目标中轴线上。然后，可以以该基准点为基准，沿目标中轴线向外设置多个位置点。例如，可以以1毫米(mm)为步长，沿目标中轴线向后退，得到多个位置点。数据处理单元110可以分别计算目标磨锉在对应的对齐角度下如果移动至每个位置点是否会发生碰撞风险。从而可以将无碰撞风险且距离基准点最近的位置点作为目标点。

在一种示例中，数据处理单元110可以从基准点开始，按照设定的步长依次向后退，分别计算在每次退后所得的位置点目标磨锉是否会与磨骨限制边界发生碰撞。如果没有碰撞风险，数据处理单元110可以记录该位置点作为目标点。后续，目标磨锉可以在磨骨控制单元120的控制下，移动至该目标点进行磨骨。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，也可以以假体的目标置入位置为基准点，分别确定在目标磨锉的对齐角度下第二轴线上的各个位置点是否存在碰撞风险。上述第二轴线上任意相邻的两个位置点之间的距离相等，该第二轴线可以为目标磨锉的对齐角度对应的轴线，也即是目标磨锉的中轴线。这样，可以将第二轴线上无碰撞风险的各个位置点中距离基准点最近的位置点确定为目标点。

具体地，第二轴线为目标磨锉的中轴线，数据处理单元110可以以目标置入位置为基准点，该基准点位于第二轴线上。然后，可以以该基准点为基准，沿第二轴线向外设置多个位置点。例如，可以以1毫米(mm)为步长，沿第二轴线向后退，得到多个位置点。数据处理单元110可以分别计算目标磨锉在对应的对齐角度下如果移动至每个位置点是否会发生碰撞风险。从而可以将无碰撞风险且距离基准点最近的位置点作为目标点。

在一种示例中，数据处理单元110可以从基准点开始，按照设定的步长沿第二轴线依次向后退，分别计算在每次退后在第二轴线上所得的位置点目标磨锉是否会与磨骨限制边界发生碰撞。如果没有碰撞风险，数据处理单元110可以记录该位置点作为目标点。后续，目标磨锉可以在磨骨控制单元120的控制下，移动至该目标点进行磨骨。

在本申请实施例中，在确定多个不同型号的目标磨锉，以及确定每个目标磨锉的对齐角度和对齐位置后，磨骨控制单元120可以按照目标磨锉的型号数递增的顺序，也即是首先使用较小型号的磨锉再使用较大型号的磨锉，依次控制多个不同型号的目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对应的对齐位置处，并以目标角度进行磨骨。

示例性地，以前述示例为例，磨骨控制单元120可以首先使用48号磨锉进行磨骨，将48号磨锉按照对应的对齐角度（即对齐外展角70度，对齐前倾角8度）移动至对应的对齐位置，然后进行磨骨，直至停止位置。

在本申请实施例中，任一型号的目标磨锉可以具有相应的停止位置，当目标磨锉磨骨至对应的停止位置时，可以更换下一型号的目标磨锉继续进行磨骨，或者停止磨骨。

例如，当采用48号磨锉进行磨骨，并前进至停止位置时，可以按照型号数递增的顺序，采用50号磨锉继续进行磨骨，直至达到50号磨锉对应的停止位置。然后，换用52号磨锉进行磨骨，待到达52号磨锉对应的停止位置时，继续采用54号磨锉进行磨骨。当54号磨锉磨骨至停止位置时，可以认为已经完成了对磨骨区域的磨骨。此时，可以停止磨骨。上述停止位置可以是磨骨深度为零的位置，该停止位置可以根据术前规划确定。本申请实施例对此不作限定。

在本申请实施例中，磨骨系统可以结合术中导航设备，对停止位置进行提示。在某一型号的磨锉进行磨骨的过程中，术中导航设备可以实时监测磨锉的位置，当该型号的磨锉磨骨至对应的停止位置时，磨骨系统对医生进行提示。在一种示例中，对于全自动的磨骨操作，磨锉由机械臂控制，自动进行磨骨。当磨锉磨骨至停止位置，磨骨系统可以对机械臂和磨锉进行断电，以提示当前位置已到达停止位置，不应继续前进。然后，磨骨系统可以控制机械臂退出磨骨区域，提示医生更换下一型号的磨锉，或者由医生确定结束磨骨。在另一种示例中，对于半自动的磨骨操作，医生可以手持磨锉或者在机械臂的协助下操作磨锉进行磨骨。当磨锉磨骨至停止位置，磨骨系统可以以振动或语音提示的方式，提示医生磨锉当前的位置已到达停止位置，不应继续前进。然后，医生可以更换下一型号的磨锉或者结束磨骨。

在本申请实施例中，由于作为对齐位置的目标点可以采用两种方式确定，即前述介绍的在第一轴线上的目标点和第二轴线上的目标点，因此对于不同的目标点，目标磨锉的磨骨方式也不同。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，如果目标点位于第一轴线即目标中轴线上，磨骨控制单元120可以控制目标磨锉按照其对齐角度对应的磨骨角度进行磨骨，上述对齐角度对应的磨骨角度可以是指沿目标磨锉的中轴线（第二轴线）对应的角度进行磨骨。或者，磨骨控制单元120也可以控制目标磨锉按照目标中轴线（第一轴线）对应的磨骨角度进行磨骨，也即是沿着目标中轴线的角度进行磨骨。因此，在以第一种方式在目标中轴线上确定目标点后，磨骨控制单元120可以控制目标磨锉按照对齐角度对应的磨骨角度前进至停止位置；或者，控制目标磨锉按照目标中轴线对应的磨骨角度前进至停止位置，以完成对磨骨区域的磨骨。如果此时使用的磨锉不是最大型号磨锉，则更换下一型号的磨锉继续进行上述磨骨操作，直至最大型号的磨锉磨骨至停止位置。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，如果目标点位于第二轴线即目标磨锉的轴线上，磨骨控制单元120可以首先以目标磨锉的对齐角度对应的磨骨角度进行磨骨。上述目标磨锉的对齐角度对应的磨骨角度也即是目标磨锉的轴线（第二轴线）对应的角度。因此，磨骨控制单元120可以控制目标磨锉沿着自身轴线（第二轴线）的方向前进至目标中轴线。探后，磨骨控制单元120可以调整磨骨目标角度，将目标角度调整为与目标中轴线对应的磨骨角度相同，然后继续前进至停止位置，以完成对磨骨区域的磨骨。也即是，在采用这种磨骨方式时，磨骨控制单元将首先沿磨锉自身的轴线前进并磨骨至接近目标中轴线，然后调整目标角度使得磨锉可以沿目标中轴线继续磨骨至停止位置。如果此时使用的磨锉不是最大型号磨锉，则更换下一型号的磨锉继续进行上述磨骨操作，直至最大型号的磨锉磨骨至停止位置。

在本申请实施例中，磨骨系统包括数据处理单元和磨骨控制单元。其中，数据处理单元可以根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，上述任一目标磨锉的型号数应当小于或等于待置入的假体的型号数。这样，磨骨控制单元可以按照目标磨锉的型号数递增的顺序也即是优先使用小型号磨锉再使用大型号磨锉的顺序，依次控制多个不同型号的目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨，直至对应停止位置。如果当前使用的目标磨锉不是最大型号的磨锉，则磨骨控制单元可以更换下一型号的目标磨锉继续进行磨骨，重复前述磨骨操作；如果当前使用的目标磨锉是最大型号的磨锉，则磨骨控制单元可以停止磨骨。这样，便完成了对整个磨骨区域的磨骨。本申请实施例通过使用多种不同型号的磨锉，首先使用小型号磨锉进行开口磨深，再逐渐增大型号达到最大号磨锉进行磨骨，能够通过使用小型号磨锉充分适应磨骨区域的骨结构，提高自动化或半自动化磨骨的适应性。在此基础上，通过逐渐增大型号进行磨骨，可以进一步保证磨骨的精度，进而提高手术的成功率。

为了便于理解，下面结合一个完整的示例，对应用本申请实施例提供的磨骨系统所进行的磨骨操作作一介绍。

如图2所示，是本申请实施例提供的一种涉及磨骨操作的骨科手术的流程示意图。按照图2所示流程，一次完整的骨科手术主要包括三维重建、术前规划、术中导航及磨骨置杯等四部分。下面针对每部分的操作具体进行介绍。

1、三维重建。

三维重建可以是指利用医学影像技术，例如CT、MRI等技术，对患者的骨骼结构进行重建，生成精确的三维模型。三维重建所需的影像数据可以利用影像设备稻苗得到，生成的三维模型可以作为后续磨骨操作的基础数据。

2、术前规划。

术前规划可以是指根据三维重建得到的三维模型，结合手术目标以及医生输入的相应参数，在三维模型中规划假体的置入位置，并生成相应的磨骨区域、磨骨路径以及具体的手术操作方案。

在术前规划阶段，可以确定需要使用的假体型号，例如前述示例中确定所要使用的假体型号为54号假体。在确定所要使用的假体型号后，最大型号的目标磨锉也相应地确定了。例如，使用54号假体的磨骨手术可使用的最大型号目标磨锉即为54号磨锉。

在本申请实施例中，在确定所要使用的假体型号后，可以选定多个型号数小于假体型号数的磨锉作为目标磨锉在后续磨骨过程中使用。例如，在上述示例中，对于使用54号假体的磨骨手术，可以选定48号磨锉、50号磨锉、52号磨锉和54号磨锉作为目标磨锉，共同用于执行磨骨操作。

另一方面，在确定多个型号的目标磨锉后，在术前规划阶段还可以结合三维模型进一步确定每个型号对应的对齐角度及对应位置等信息。其中，对齐角度包括对齐外展角和对齐前倾角。例如，上述48号磨锉、50号磨锉、52号磨锉和54号磨锉的对齐角度分别为：

54号磨锉：对齐外展角40度，对齐前倾角20度；

52号磨锉：对齐外展角50度，对齐前倾角16度；

50号磨锉：对齐外展角60度，对齐前倾角12度；

48号磨锉：对齐外展角70度，对齐前倾角8度。

对于每个型号的对齐位置，可以按照前述实施例中介绍的两种方式确定，一种对齐位置可以根据位于目标置入位置的法向量对应的轴线（第一轴线，也即是目标中轴线）上的目标点确定，对齐位置还可以根据位于目标磨锉自身的轴线（第二轴线）上的目标点确定。相关处理过程可以参见前述实施例的介绍，在此不再赘述。

3、术中导航。

术中导航可以是指在实际的手术进程中进行的导航，包括相关的配准过程以及术中实时的磨锉位置、姿态的监测等操作。术中导航将贯穿开始手术至结束手术的全过程。

在本申请实施例中，磨骨系统还可以根据术中导航监测得到的磨锉的位置、姿态等参数，自动调整磨锉位姿，使其调整后的位姿与术前规划确定的位姿相同。或者，磨骨系统也可以与医生进行交互，向医生反馈磨锉所处的位姿是否与规划位姿相同，允许医生手动对磨锉的对齐角度、对齐位置等进行调整，确保磨骨过程按照规划的方式进行。

4、磨骨置杯。

在磨骨置杯阶段，即是在术中导航的引导下，按照规划的手术方案对相应骨区域进行磨骨。待磨骨完成后，通过术中导航，可以引导将假体置入相应的磨骨位置。例如，将前述示例中的54号假体放入已完成磨骨的骨区域。

在本申请实施例中，采用以大外展角小前倾角小号磨锉进行开口磨深，再逐渐增大型号最终使用最大型号磨锉进行磨骨的方式进行。例如，以前述示例介绍的48号磨锉、50号磨锉、52号磨锉和54号磨锉为例，在磨骨时，首先使用48号磨锉开口磨深，再使用50号磨锉磨骨至停止位置，然后换用52号磨锉磨骨至停止位置，最后使用最大型号的54号磨锉进行磨骨，直至达到停止位置，完成整个磨骨操作。

如图3所示，是本申请实施例提供的一种磨骨过程的示意图。图3中的(a)部分示出的是磨骨区域301的示意图，该磨骨区域也即是后续需要进行磨骨的区域。参见图3中的(b)部分，是术前规划确定的与待置入的假体匹配的最大型号的目标磨锉3011的磨骨效果示意图，在图3中的(b)部分，还示出了表示假体的目标置入位置对应的法向量的第一轴线3012，该第一轴线3012也就是目标中轴线。整个磨骨过程是首先使用较小型号的磨锉进行磨骨，最终以最大型号的磨锉也即目标磨锉3011来进行磨骨。

参见图3中的(c)部分，在开始磨骨时，首先使用较小型号的磨锉，例如此时的目标磨锉3021为48号磨锉，48号磨锉以大外展角、小前倾角进行磨骨。磨骨系统可以按照前述介绍的方式确定的对齐外展角和对齐前倾角，将目标磨锉3021移动至对齐位置。由图3中的(c)部分可见，目标磨锉3021的轴线(第二轴线)与目标中轴线3021存在较大的角度差。在使用48号磨锉磨骨至停止位置后，可以更换下一型号，例如50号磨锉继续进行磨骨。

参见图3中的(d)部分，假设此时的目标磨锉3021已经更换为50号磨锉，由图3中的(d)部分可见，磨骨系统将50号磨锉以对齐角度移动至对齐位置后，其外展角较48号磨锉更小（外展角由70度变为60度），前倾角较48号磨锉更大（前倾角由8度变为12度），50号磨锉的轴线3022更靠近目标中轴线3012。磨骨系统可以控制50号磨锉进行磨骨至停止位置。然后更换下一型号即52号磨锉进行磨骨。待52号磨锉磨骨至停止位置后，更换54号也即是最大型号的磨锉进行磨骨。

参见图3中的(e)部分，假设此时的目标磨锉3021已经更换为54号磨锉，由图3中的(e)部分可见，磨骨系统将54号磨锉以对齐角度移动至对齐位置后，其轴线即第二轴线3022与目标中轴线3012重合。磨骨系统在控制54号磨锉磨骨至停止位置后，整个磨骨便完成了。

如图4所示，是本申请实施例提供的另一种磨骨过程的示意图。图4中示出的轴线4012即是目标中轴线（第一轴线），整个磨骨过程将按照型号数递增的顺序，依次使用多个磨锉进行磨骨。例如，在图4中的(a)部分示出的目标磨锉4021，按照其自身轴线即第二轴线4022移动至对齐位置后，开始进行磨骨。在更换下一型号的磨锉后，如图4中的(b)部分所示，磨骨系统将按照新更换的磨锉的轴线移动至对齐位置进行磨骨，最终通过多次更换磨锉，使得最大型号的磨锉，例如图4中(e)部分所示的磨锉4021的轴线4022与目标中轴线4012重合。

磨骨系统在确定对齐位置时，需要进行碰撞风险检测。如图5所示，是本申请实施例提供的一种确定目标点的示意图。该目标点也就是各个型号的磨锉对应的对齐位置所指示的位置点。

如图5所示，磨骨系统可以采用两种方式计算目标点。其一是以前述各个实施例中的第一轴线，即图5中的目标中轴线501为递进方向，从最终的目标位置即A点向外以1mm步长后退，直至磨锉与磨骨限定边界不接触。按照该种方式确定目标点的情况下，磨锉在磨骨时的前进方向可以选择目标中轴线501的方向，也可以选择磨锉自身的轴线，例如图5中磨锉5022的轴线5021的方向。

在另一种确定目标点的方式种，可以以目标磨锉自身的轴线，例如以图5中各个磨锉5022的轴线5021为递进方向，从最终的目标位置即A点向外以1mm步长后退，直至磨锉与磨骨限定边界不接触。按照该种方式确定目标点的情况下，磨锉在磨骨时的前进方向应当首先按照自身轴线，即图5中磨锉5022的轴线5021的方向前进并逼近目标中轴线501，然后调整角度，沿目标中轴线501的方向继续前进，直至到达停止位置。在磨骨的过程中当前小号磨锉已无可磨骨区域后，则更换大一号磨锉重复上述过程直至最大型号磨锉完成磨骨。

结合前述各个实施例的介绍，本申请还提供了一种磨骨方法。如图6所示，是本申请提供的磨骨方法的示意图，该方法具体可以包括如下步骤：

S601、根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉。

S602、分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置。

S603、按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处。

S604、以目标角度进行磨骨。

在本申请实施例中，任一目标磨锉的型号数小于或等于待置入的假体的型号数。任一型号的目标磨锉具有相应的停止位置，当目标磨锉磨骨至停止位置时，可以更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨。

上述磨骨方法的具体操作过程可以参见前述对磨骨系统所作的介绍，在此不再赘述。

此外，需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

参照图7，示出了本申请实施例提供的一种磨骨装置的示意图，具体可以包括三维重建模块701、术前规划模块702、术中导航模块703和磨骨置杯模块704。其中，三维重建模块701可以用于三维重建，术前规划模块702可以用于术前规划，术中导航模块703可以用于术中导航，磨骨置杯模块704可以用于执行前述磨骨系统所实现的磨骨功能。图7所示的磨骨装置的相关功能及操作过程可以参考图2中所示的骨科手术流程的相关步骤，在此不再赘述。

参照图8，示出了本申请实施例提供的一种磨骨控制设备的示意图。如图8所示，本申请实施例中的磨骨控制设备800包括：处理器810、存储器820以及存储在所述存储器820中并可在所述处理器810上运行的计算机程序821。所述处理器810执行所述计算机程序821时实现上述磨骨方法各个实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S601至S604。或者，所述处理器810执行所述计算机程序821时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块701至704的功能。

示例性的，所述计算机程序821可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器820中，并由所述处理器810执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段可以用于描述所述计算机程序821在所述磨骨控制设备800中的执行过程。

所述磨骨控制设备800可以是包括前述各个实施例中的数据处理单元110及磨骨控制单元120的设备，该磨骨控制设备800可以是桌上型计算机、云端服务器等设备。所述磨骨控制设备800可包括，但不仅限于，处理器810、存储器820。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是磨骨控制设备800的一种示例，并不构成对磨骨控制设备800的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述磨骨控制设备800还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器810可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器820可以是所述磨骨控制设备800的内部存储单元，例如磨骨控制设备800的硬盘或内存。所述存储器820也可以是所述磨骨控制设备800的外部存储设备，例如所述磨骨控制设备800上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等等。进一步地，所述存储器820还可以既包括所述磨骨控制设备800的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器820用于存储所述计算机程序821以及所述磨骨控制设备800所需的其他程序和数据。所述存储器820还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请实施例还公开了一种磨骨控制设备，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，当所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述各个实施例中所述的磨骨方法。

本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时实现如前述各个实施例中所述的磨骨方法。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行前述各个实施例中所述的磨骨方法。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磨骨系统，其特征在于，包括：

数据处理单元，用于根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；

磨骨控制单元，用于按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨；其中，任一型号的所述目标磨锉具有相应的停止位置，当所述目标磨锉磨骨至所述停止位置时，更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨；

其中，所述数据处理单元具体用于：根据所述假体的目标置入位置确定所述目标置入位置的法向量延长线为目标中轴线；针对任一型号的所述目标磨锉，根据所述目标磨锉的对齐角度计算所述目标中轴线上无碰撞风险的目标点，作为所述目标磨锉的对齐位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元具体用于：

获取经由术前规划确定的目标外展角和目标前倾角的角度大小；

根据所述目标外展角和所述目标前倾角的角度大小以及所述假体的型号数，确定每个型号的所述目标磨锉的对齐角度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述目标磨锉的对齐角度包括实际磨骨过程中的对齐外展角和对齐前倾角；所述数据处理单元具体用于：

针对任一型号的所述目标磨锉，以所述假体的型号数与所述目标磨锉的型号数的差值为基准，按照所述差值的第一倍数对术前规划确定的所述目标外展角的角度大小进行递增，得到所述目标磨锉的对齐外展角；

以所述差值为基准，按照所述差值的第二倍数对术前规划确定的所述目标前倾角的角度大小进行递减，得到所述目标磨锉的对齐前倾角，所述第一倍数大于所述第二倍数。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元还具体用于：

以所述假体的目标置入位置为基准点，分别确定在所述目标磨锉的对齐角度下第一轴线上的各个位置点是否存在碰撞风险，所述第一轴线上任意相邻的两个位置点之间的距离相等，所述第一轴线为所述目标中轴线；

将所述第一轴线上无碰撞风险的各个位置点中距离所述基准点最近的位置点确定为所述目标点。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述目标角度包括所述对齐角度对应的磨骨角度或所述目标中轴线对应的磨骨角度，所述磨骨控制单元具体用于：

控制所述目标磨锉按照所述对齐角度对应的磨骨角度前进至所述停止位置；或者，

控制所述目标磨锉按照所述目标中轴线对应的磨骨角度前进至所述停止位置，以对磨骨区域进行磨骨。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元还具体用于：

以所述假体的目标置入位置为基准点，分别确定在所述目标磨锉的对齐角度下第二轴线上的各个位置点是否存在碰撞风险，所述第二轴线上任意相邻的两个位置点之间的距离相等，所述第二轴线为所述目标磨锉的对齐角度对应的轴线；

将所述第二轴线上无碰撞风险的各个位置点中距离所述基准点最近的位置点确定为所述目标点。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述目标角度包括所述对齐角度对应的磨骨角度和所述目标中轴线对应的磨骨角度，所述数据处理单元还具体用于：

控制所述目标磨锉按照所述对齐角度对应的磨骨角度前进至所述目标中轴线；

将所述目标角度调整为与所述目标中轴线对应的磨骨角度相同并继续前进至所述停止位置，以对磨骨区域进行磨骨。

8.一种磨骨控制设备，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，其特征在于，当所述处理器执行所述计算机程序时，使得所述磨骨控制设备实现如下磨骨方法的各个步骤：

根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；

按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨；

其中，任一型号的所述目标磨锉具有相应的停止位置，当所述目标磨锉磨骨至所述停止位置时，更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨；

其中，当所述处理器执行所述计算机程序时，所述磨骨控制设备还实现如下步骤：根据所述假体的目标置入位置确定所述目标置入位置的法向量延长线为目标中轴线；针对任一型号的所述目标磨锉，根据所述目标磨锉的对齐角度计算所述目标中轴线上无碰撞风险的目标点，作为所述目标磨锉的对齐位置。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序运行时，使得如下磨骨方法被执行：

根据待置入的假体确定多个不同型号的目标磨锉，并分别确定每个型号的所述目标磨锉在实际磨骨过程中的对齐角度和对齐位置，任一所述目标磨锉的型号数小于或等于待置入的所述假体的型号数；

按照所述目标磨锉的型号数递增的顺序，依次控制多个不同型号的所述目标磨锉按照对应的对齐角度移动至对齐位置处，并以目标角度进行磨骨；

其中，任一型号的所述目标磨锉具有相应的停止位置，当所述目标磨锉磨骨至所述停止位置时，更换下一型号的目标磨锉进行磨骨或停止磨骨；

其中，当所述计算机程序运行时，还使得如下方法被执行：根据所述假体的目标置入位置确定所述目标置入位置的法向量延长线为目标中轴线；针对任一型号的所述目标磨锉，根据所述目标磨锉的对齐角度计算所述目标中轴线上无碰撞风险的目标点，作为所述目标磨锉的对齐位置。