CN113409341B - 腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质，包括：获取模块，用于依据医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在切割过程中，分别记录切割初始位置，当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新最大切割力；阈值模块，用于依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值；判定模块，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径；若是，则停止切割。本申请可以避免在塑形过程中血管被破坏，极大地提高手术成功率，同时通过增加力反馈信号，可以极大地提高控制***的鲁棒性。

Description

腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质
技术领域
本发明涉及控制***技术领域，特别是涉及一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质。
背景技术
在血管化移植腓骨瓣重建下颌骨手术中，由于腓骨伴行血管位于腓骨内侧，与腓骨距离约3～5mm，当腓骨瓣被切开后，必须即时停刀避免刀刃接触血管，确保血管不受破坏。手术机器人由于精准、稳定等特性，成为辅助医生完成血管化腓骨瓣塑形的手段之一。手术机器人精确地定位到术前规划的位置并切割腓骨。目前，大部分下颌骨手术机器人采用光学导航定位仪对截骨过程进行位置控制[1-3]，其手术精度(截取的腓骨段的长度与对应的手术规划设计的腓骨段的误差)为3.7±2.0mm[1]和1.36±0.4mm[3]。从定位精度上看，通过光学定位***引导的手术机器人存在破坏血管的风险。而且，目前几乎没有相关机器人截骨自动停刀的研究。
为解决上述问题，本申请根据手术锯锯断腓骨时，切割力会明显地减小这一特性，提出了基于力传感的手术机器人切割腓骨自动停刀方法。
参考文献：
[1]R.Johansson,I.Santelices,D.O’Connell,M.Tavakoli,and D.Aalto,“Evaluation of the use of haptic virtual fixtures to guide fibula osteotomiesin mandible reconstruction surgery,”in IEEE 15th International Conference onAutomation Science and Engineering,2019.
[2]L.Cheng,J.Carriere,J.Piwowarczyk,D.Aalto,N.Zemiti,M.de Boutray,andM.Tavakoli,“Admittance-controlled robotic assistant for fibula osteotomies inmandible reconstruction surgery,”Advanced Intelligent Systems,vol.3,no.1,p.2000158,2021.
[3]A.H.Chao,K.Weimer,J.Raczkowsky,Y.Zhang,M.Kunze,D.Cody,J.C.Selber,M.M.Hanasono,and R.J.Skoracki,“Pre-programmed robotic osteotomies for fibulafree flap mandible reconstruction:A preclinical investigation,”Microsurgery,vol.36,no.3,pp.246–249,2016.
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质，以解决现有光学定位***引导的手术机器人在切割腓骨时存在破坏血管的风险的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种腓骨切割自动停刀装置，所述装置包括：获取模块，用于依据术前医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在按照术前规划方案执行切割过程中，分别记录切割初始位置，同时实时记录当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新切割过程中的最大切割力；阈值模块，用于在按照术前规划方案执行切割过程中，依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值；判定模块，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若否，则继续按照术前规划方案执行切割；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径的数值；若是，则发送停止指令以供截骨锯停止切割。
于本申请的一实施例中，所述切割阈值为：根据截骨锯与腓骨接触时，切割力会由0迅速增加，并在截骨锯把腓骨锯断的时，切割力会迅速下降的切割力曲线的特点，求出实际接触腓骨的切入点位置；
Figure BDA0003161154390000021
其中，XT为实际接触腓骨的切入点位置；F(x)为切割力曲线；X为当前位置；D为腓骨直径；基于XT得到切割阈值：
Figure BDA0003161154390000022
其中，T为切割阈值，Fmax为最大切割力。
于本申请的一实施例中，所述当前切割力是通过切割过程中设于腓骨夹具上的多个力传感器所获的多个不同方向的力反馈得到的；其中，在切割过程中腓骨被所述腓骨夹具夹持，并保持静止不动。
于本申请的一实施例中，所述依据多个不同方向的力反馈得到当前切割力前，依据腓骨重量进行重力补偿。
于本申请的一实施例中，所述当前切割力为：
Figure BDA0003161154390000023
其中，FC为当前切割力；Fi为不同位置的力反馈；n为力反馈数量。
于本申请的一实施例中，所述预设系数小于1。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种所述设备包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如上所述的腓骨切割自动停刀装置的功能；所述通信器，用于通信连接截骨锯，以供向截骨锯发送用于停止切割的停止指令；以及用于通信连接腓骨夹具，以获取其提供的实时切割力。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种切割腓骨自动停刀***，所述***包括：如上所述的计算机设备；截骨锯，通信接连所述计算机设备，用于切割腓骨，并在接收到计算机设备发送的停止指令时停止切割；腓骨夹具，通信接连所述计算机设备，用于夹持腓骨，其上设有多个力传感器，依据反作用力原理以向计算机设备实时反馈切割过程中的切割力。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令被运行时执行如上所述的腓骨切割自动停刀装置的功能。
综上所述，本申请的一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质，所述装置包括：获取模块，用于依据术前医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在按照术前规划方案执行切割过程中，分别记录切割初始位置，同时实时记录当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新切割过程中的最大切割力；阈值模块，用于在按照术前规划方案执行切割过程中，依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值；判定模块，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若否，则继续按照术前规划方案执行切割；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径的数值；若是，则发送停止指令以供截骨锯停止切割。
具有以下有益效果：
本申请提出了一种腓骨塑形自动停刀的技术方案，可以避免在塑形过程中血管被破坏，极大地提高手术成功率，同时通过增加力反馈信号，可以极大地提高控制***的鲁棒性。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中腓骨切割自动停刀装置的模块示意图。
图2显示为本申请于一实施例中腓骨夹具的结构示意图。
图3显示为本申请于一实施例中腓骨切割的场景示意图。
图4显示为本申请于一实施例中切割力变化的模型示意图。
图5显示为本申请于一实施例中判定控制的流程示意图。
图6显示为本申请于一实施例中切割力变化的模型示意图。
图7显示为本申请于一实施例中切割腓骨自动停刀***的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本申请范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为解决光学定位***引导的手术机器人在切割腓骨时存在破坏血管的风险，本申请光学定位***引导的手术机器人存在破坏血管的风险。
如图1所示，展示为本申请一实施例中的腓骨切割自动停刀装置的模块示意图。如图所示，所述装置100包括：
获取模块110，用于依据术前医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在按照术前规划方案执行切割过程中，分别记录切割初始位置，同时实时记录当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新切割过程中的最大切割力。
简单来说，对腓骨进行切割，首先会进行术前医学影像的拍摄，以及制定术前规划方案。由于在实际的切割腓骨过程中，腓骨还来带有血管及肌肉组织，因此完整的切割过程还包括非骨头部分的组织部分；另外，本申请中腓骨直径也并非为腓骨最大直径或是平均直径，而是对应术前规划方案中的切割路径。由于腓骨并非是圆柱体，因此其实际的切割路径才对应本申请中的腓骨直径。
所以本申请依据术前医学影像中清晰的腓骨组织区域，再结合术前规划方案中实际的切割路径，以此得到腓骨直径。
优选地，本申请中所述的切割初始位置，即对应术前规划方案中一开始的位置，即该位置大多数情况下为肌肉组织，而并非腓骨结构。
于本申请一实施例中，所述当前切割力是通过切割过程中设于腓骨夹具上的多个力传感器所获的多个不同方向的力反馈得到的；其中，在切割过程中腓骨被所述腓骨夹具夹持，并保持静止不动。
优选地，所述力传感器为应变片，以分别设于不同维度的支撑结构上。
需要说明的是，本申请的腓骨夹具并不限定具体结构。但优选地，该腓骨夹具最好具有三维方向的支撑结构，以便于设置在多个维度的结构上，并获得来自多个维度方向的力反馈。
如图2所示，展示为本申请于一实时中的腓骨夹具的结构示意图。如图所示，所述腓骨夹具200由四个支撑架210构成，其上设有多个可调节夹持机构220，以供将腓骨300加紧在中间。具体地，可在如图中231-234位置上设置力传感器，以获得多个方向的力反馈F1-F4。其中，优选地，F1、F2、F3的三个方向互相垂直，F2、F4方向相反。
于本申请中，具体计算当前切割力的主体，可以通过腓骨夹具上设置处理器来直接计算，并将计算后的当前切割力数值参数给本装置100的获取模块110即可，或者，腓骨夹具仅将多个不同方向的力反馈数据传输给本装置100的获取模块110，由获取模块110通过对应的维度或角度来计算最后的当前切割力。
于本申请一实施例中，所述依据多个不同方向的力反馈得到当前切割力前，依据腓骨重量进行重力补偿。因此，在重力补偿后，根据力的作用力与反作用力，切割力为：
所述当前切割力为：
Figure BDA0003161154390000051
其中，FC为当前切割力；Fi为不同位置的力反馈；n为力反馈或力传感器的数量
举例来说，如按照图2中所述的腓骨夹具所设置的4个立传感器，则n＝4。
阈值模块120，用于在按照术前规划方案执行切割过程中，依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值。
如图3所示，展示为本申请于一实施例中腓骨切割的场景示意图。
如图4所示，展示为切割力变化的模型示意图。右边为切割力FC随位移X的变化曲线，Fmax为切割过程中最大切割力。简单来说，在一个切割过程中，当截骨锯开始接触到腓骨时，切割力会由0迅速增加；当截骨锯把腓骨锯断的时候，切割力会迅速下降，为了判断腓骨是否被截断，本申请采用一个切割阈值来表示：
首先，根据截骨锯与腓骨接触时，切割力会由0迅速增加，并在截骨锯把腓骨锯断的时，切割力会迅速下降的切割力曲线的特点，求出实际接触腓骨的切入点位置；
Figure BDA0003161154390000061
其中，XT为实际接触腓骨的切入点位置；F(x)为切割力曲线；X为当前位置；D为腓骨直径。
具体来说，
Figure BDA0003161154390000062
表示了截骨锯由开始到接触到腓骨之间切割力的变化区间，
Figure BDA0003161154390000063
表示了截骨锯离开腓骨到停止之间切割力的变化区间。通过argmin函数求得对应上述两部分区间之间的最小X位置值，即X等于实际接触腓骨的切入点位置，以此找到XT切入点位置。
基于XT得到切割阈值：
Figure BDA0003161154390000064
其中，T为切割阈值，Fmax为最大切割力。
于本申请中，本申请中的切割阈值在按照术前规划方案执行切割之初，实际上是可以获得计算关系式的，因此，在执行切割过程一开始，便可得到该阈值。并且由于本申请是不断更新切割过程中最大切割力Fmax，因此，参考如图4所示的切割力曲线可知，在切割距离0到切入点位置XT之间时，最大切割力Fmax是不断动态变化的，当到达切入点位置XT之后，后面的最大切割力Fmax均未超过该位置时的最大切割力，因此，实际上在到达切入点位置XT之后，切割阈值T是不再变化了。
判定模块130，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若否，则继续按照术前规划方案执行切割；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径的数值；若是，则发送停止指令以供截骨锯停止切割。
如图5所示的判定控制的流程示意图。举例来说，开始后，首先记录初始切割位置F0，然后发出切割控制指令，以令截骨锯开始移动或工作，同时记录当前切割力F与当前切割位置X，在切割过程中，不断更新切割过程的最大力Fmax。如果F/Fmax未超过截断阈值T，则继续按照原有规划方案进行，否则，当前切割位置F距离初始切割位置F0是否大于k*D，若是，则停止机器人，切割结束。
举例来说，所述预设系数k小于1，如0.8、0.9等等，k*D的目的在于，确保切割开始到当前位置的距离是小于腓骨直径的，以此避免腓骨切割完成后的错误判断。
综上所述，本申请提出了一种腓骨塑形自动停刀的技术方案，可以避免在塑形过程中血管被破坏，极大地提高手术成功率，同时通过增加力反馈信号，可以极大地提高控制***的鲁棒性。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些单元可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，判定模块130可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述***的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述***的存储器中，由上述***的某一个处理元件调用并执行以上判定模块130的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
如图6所示，展示为本申请于一实施例中的计算机设备的结构示意图。如图所示，所述计算机设备600包括：存储器601、处理器602、及通信器；所述存储器601用于存储计算机指令；所述处理器602运行计算机指令实现如图1所述的所述的腓骨切割自动停刀装置的功能；所述通信器603一方面用于通信连接截骨锯，以供向截骨锯发送用于停止切割的停止指令；另一方面用于通信连接腓骨夹具，以获取其提供的实时切割力。
在一些实施例中，所述计算机设备600中的所述存储器601的数量均可以是一或多个，所述处理器602的数量均可以是一或多个，所述通信器603的数量均可以是一或多个，而图6中均以一个为例。
于本申请一实施例中，所述计算机设备600中的处理器602会按照如图1所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器601中，并由处理器602来运行存储在存储器601中的应用程序，从而实现如图1所述的物体检测硬件加速器的功能。
所述存储器601可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器601存储有操作***和操作指令、可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集，其中，操作指令可包括各种操作指令，用于实现各种操作。操作***可包括各种***程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
所述处理器602可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称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。
所述通信器603用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信连接。所述通信器603可包含一组或多组不同通信方式的模块，例如，与CAN总线通信连接的CAN通信模块。所述通信连接可以是一个或多个有线/无线通讯方式及其组合。通信方式包括：互联网、CAN、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线网络、数字用户线(DSL)网络、帧中继网络、异步传输模式(ATM)网络、虚拟专用网络(VPN)和/或任何其它合适的通信网络中的任何一个或多个。例如：WIFI、蓝牙、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合。
在一些具体的应用中，所述计算机设备600的各个组件通过总线***耦合在一起，其中总线***除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清除说明起见，在图6中将各种总线都成为总线***。
如图7所示，展示为本申请于一实施例中的切割腓骨自动停刀***的结构示意图。如图所示，所述切割腓骨自动停刀***700包括：
如图6所述的计算机设备710；
截骨锯720，通信接连所述计算机设备710，用于切割腓骨，并在接收到计算机设备710发送的停止指令时停止切割。
腓骨夹具730，通信接连所述计算机设备710，用于夹持腓骨，其上设有多个力传感器，依据反作用力原理以向计算机设备710实时反馈切割过程中的切割力。其中，所述腓骨夹具730可参考如图2所示的腓骨夹具。
于本申请的一实施例中，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述的所述的腓骨切割自动停刀装置的功能。
在任何可能的技术细节结合层面，本申请可以是***、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。用于执行本申请操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本申请的各个方面。
综上所述，本申请提供的一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、***和介质，所述装置包括：获取模块，用于依据术前医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在按照术前规划方案执行切割过程中，分别记录切割初始位置，同时实时记录当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新切割过程中的最大切割力；阈值模块，用于在按照术前规划方案执行切割过程中，依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值；判定模块，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若否，则继续按照术前规划方案执行切割；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径的数值；若是，则发送停止指令以供截骨锯停止切割。
本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种腓骨切割自动停刀装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于依据术前医学影像及术前规划方案以确定腓骨直径，并在按照术前规划方案执行切割过程中，分别记录切割初始位置，同时实时记录当前切割位置和对应的当前切割力，并不断更新切割过程中的最大切割力；
阈值模块，用于在按照术前规划方案执行切割过程中，依据切割力曲线、当前切割位置、当前切割力、依据腓骨直径、及最大切割力确定实时动态的切割阈值；其中，所述切割阈值为：根据截骨锯与腓骨接触时，切割力会由0迅速增加，并在截骨锯把腓骨锯断的时，切割力会迅速下降的切割力曲线的特点，求出实际接触腓骨的切入点位置；
Figure FDA0003496599160000011
其中，XT为实际接触腓骨的切入点位置；F(x)为切割力曲线；X为当前位置；D为腓骨直径；基于XT得到切割阈值：
Figure FDA0003496599160000012
T为切割阈值，Fmax为最大切割力；
判定模块，用于判断当前切割力与最大切割力的比值是否超过当前的切割阈值；若否，则继续按照术前规划方案执行切割；若是，则判断当前切割位置距离初始切割位置是否大于预设系数乘以腓骨直径的数值；若是，则发送停止指令以供截骨锯停止切割。
2.根据权利要求1所述的腓骨切割自动停刀装置，其特征在于，所述当前切割力是通过切割过程中设于腓骨夹具上的多个力传感器所获的多个不同方向的力反馈得到的；其中，在切割过程中腓骨被所述腓骨夹具夹持，并保持静止不动。
3.根据权利要求2所述的腓骨切割自动停刀装置，其特征在于，所述依据多个不同方向的力反馈得到当前切割力前，依据腓骨重量进行重力补偿。
4.根据权利要求2所述的腓骨切割自动停刀装置，其特征在于，所述当前切割力为：
Figure FDA0003496599160000013
其中，FC为当前切割力；Fi为不同位置的力反馈；n为力反馈数量。
5.根据权利要求1所述的腓骨切割自动停刀装置，其特征在于，所述预设系数小于1。
6.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如权利要求1至5中任意一项所述的腓骨切割自动停刀装置的功能；所述通信器，用于通信连接截骨锯，以供向截骨锯发送用于停止切割的停止指令；以及用于通信连接腓骨夹具，以获取其提供的实时切割力。
7.一种切割腓骨自动停刀***，其特征在于，所述***包括：
如权利要求6所述的计算机设备；
截骨锯，通信接连所述计算机设备，用于切割腓骨，并在接收到计算机设备发送的停止指令时停止切割；
腓骨夹具，通信接连所述计算机设备，用于夹持腓骨，其上设有多个力传感器，依据反作用力原理以向计算机设备实时反馈切割过程中的切割力。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机指令，所述计算机指令被运行时执行如权利要求1至5中任意一项所述的腓骨切割自动停刀装置的功能。
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