CN117653266B - 髁间窝截骨规划装置、髁间窝自动截骨装置和相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种髁间窝截骨规划装置、髁间窝自动截骨装置和相关设备，涉及机器人控制技术领域。本申请根据待装配膝关节假体的假体尺寸信息，对待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到待装配膝关节假体在参照坐标系下的截骨进刀点坐标系，而后在截骨进刀点坐标系下根据旋转式截骨工具的截骨半径和髁间窝假体尺寸信息进行工具末端轨迹规划，并根据待装配膝关节假体在手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息进行坐标系变换，得到旋转式截骨工具在基坐标系下作用到待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，以便实现手术机器人的高精度髁间窝自动截骨功能，确保TKA手术达到预期效果。

Description

髁间窝截骨规划装置、髁间窝自动截骨装置和相关设备

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种髁间窝截骨规划装置、髁间窝自动截骨装置和相关设备。

背景技术

膝关节是人体最大与最重要的关节之一，膝关节的病损将严重影响患者的活动功能，降低其生活质量。对于存在严重病变（例如，重度膝关节骨关节炎、类风湿性膝关节炎晚期病变、严重的关节创伤后膝关节功能障碍、涉及关节面的膝关节骨软骨坏死、骨肿瘤等）的膝关节，通常可以通过TKA（Total Knee Arthroplasty，全膝关节置换）手术采用膝关节假体替换原始膝关节，以重建膝关节功能，提高患者的生活质量。

目前TKA手术通常需要截除待手术膝关节处的股骨、胫骨和髁间窝的少数骨量，以在胫骨上截出一个胫骨平台面，在股骨截出五个相交的平台面，并在髁间窝去除掉髁间窝骨性结构，从而将待手术膝关节截出与待装配膝关节假体相适配的造型，以便于实现假体安装。

而随着科学技术的不断发展，机器人技术在各大行业的应用越发广泛，利用机器人辅助TKA手术便是当今机器人技术在医疗行业的一项重要应用方向。目前，机器人在辅助TKA手术过程中通常是充当定位并维持截骨平面的角色，使主治医生能够直接在机器人圈定的截骨平面内拖动截骨工具（例如，摆锯、铣刀、磨钻等）进行人工截骨操作，从而完成整个TKA手术。

在此过程中，值得注意的是，髁间窝属于较为狭窄但深度较深的类U型窝面，主治医生需要借助导板固定目标实体髁间窝，并在导板的引导作用下利用往复锯或凿子等截骨工具去除髁间窝骨性结构。这种去除髁间窝骨性结构的方案通常会因导板存在的机械结构厚度，使截骨工具无法高精度地对齐导板边缘，同时也因人工截骨过程中容易出人手抖动、医生疲劳等现象，和/或导板安装过程中容易出现安装歪斜、安装不牢固等现象，导致最终的髁间窝截骨精度较差，对应截出的髁间窝骨面结构与膝关节假体吻合度不高，膝关节假体无法正常安装到被截骨膝关节上，以致于TKA手术达不到预期效果，甚至出现手术失败现象。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种髁间窝截骨规划方法及装置、髁间窝自动截骨方法及装置、计算机设备、手术机器人和可读存储介质，能够根据待装配膝关节假体的髁间窝假体尺寸信息，针对待截骨实体髁间窝规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，并通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，以提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，确保TKA手术达到预期效果，保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种髁间窝截骨规划方法，所述方法包括：

获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端；

根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系；

根据所述截骨半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹，其中每层工具末端移动轨迹在所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内；

获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息；

根据所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到所述旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到所述待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，其中每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹。

在可选的实施方式中，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系的步骤，包括：

根据所述假体尺寸信息，确定所述髁间窝假体底面的目标垂直平面，其中所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面相互垂直，所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面和所述前斜装配面相交于同一平面交线；

在所述参照坐标系下将所述标记假体坐标系往所述目标垂直平面上的远离所述髁间窝假体底面的目标位置进行偏转，得到所述截骨进刀点坐标系，其中所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点与所述目标位置重叠，所述目标位置到所述平面交线的距离大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度。

在可选的实施方式中，所述根据所述工具半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹的步骤，包括：

根据所述髁间窝假体尺寸信息包括的髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息，确定所述髁间窝假体底面的四个底面顶点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的顶点坐标；

根据所述四个底面顶点各自的顶点坐标和所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面上的四个移动边界顶点各自的顶点坐标，其中每个移动边界顶点单独靠近一个底面顶点，每个移动边界顶点到所述髁间窝假体底面的底面边缘的实际距离与所述截骨半径保持一致；

根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹；

根据预设轨迹规划层数，将所述目标工具末端移动轨迹沿所述结构深度所在方向朝所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点进行轨迹平移，得到包括所述目标工具末端移动轨迹的所述至少一层工具末端移动轨迹，其中轨迹平移总次数由所述预设轨迹规划层数减一得到。

在可选的实施方式中，所述根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹的步骤，包括：

对所述四个移动边界顶点进行分组处理，得到与所述髁间窝假体底面的长度方向或宽度方向对应的两个顶点组合，其中两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述长度方向或所述宽度方向平行；

针对每个顶点组合，根据该顶点组合所包括的两个移动边界顶点各自的顶点坐标，将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔地在所述两个移动边界顶点之间进行路径点插补规划，得到处于所述两个移动边界顶点之间的所有插补路径点各自的路径点坐标，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；

从任意一个顶点组合包括的两个移动边界顶点中随机选取一个移动边界顶点作为工具末端移动起点，并根据单个顶点组合所对应的插补路径点总数目，在剩余顶点组合所包括的两个移动边界顶点中确定对应的工具末端移动终点；

根据所述工具末端移动起点、所述工具末端移动终点和所有插补路径点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的实际坐标进行弓字形路径规划，得到所述目标工具末端移动轨迹。

在可选的实施方式中，所述获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息的步骤，包括：

获取所述待截骨实体髁间窝的髁间窝模型上的标记参照部位与所述待装配膝关节假体的标记假体部位在所述参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位与所述标记假体坐标系对应；

对所述待截骨实体髁间窝所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；

对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵；

根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。

在可选的实施方式中，所述对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的步骤，包括：

对所述旋转式截骨工具与所述手术机器人进行位姿标定，得到所述旋转式截骨工具的工具坐标系相对于所述基坐标系的第一位姿标定矩阵；

对所述骨骼示踪器和工具示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述工具示踪器的第一位姿配准矩阵；

对所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具进行位姿配准，得到所述工具示踪器相对于所述旋转式截骨工具的工具坐标系的第二位姿配准矩阵；

对所述第一位姿标定矩阵、所述第二位姿配准矩阵及所述第一位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

在可选的实施方式中，所述对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的步骤，包括：

对基座示踪器和所述手术机器人进行位姿配准，得到所述基座示踪器相对于所述基坐标系的第三位姿配准矩阵；

对所述骨骼示踪器和所述基座示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基座示踪器的第四位姿配准矩阵；

对所述第三位姿配准矩阵和所述第四位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

第二方面，本申请提供一种髁间窝自动截骨方法，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述方法包括：

获取所述旋转式截骨工具在所述手术机器人的基坐标系下针对待截骨实体髁间窝的至少一层期望截骨轨迹，其中所述至少一层期望截骨轨迹与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配；

根据所述至少一层期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝处的相对深度关系，确定所述至少一层期望截骨轨迹各自在所述待截骨实体髁间窝处的截骨作业执行顺序；

根据所述至少一层期望截骨轨迹各自的截骨作业执行顺序，依次控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在所述待截骨实体髁间窝内截出与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

在可选的实施方式中，所述至少一层期望截骨轨迹采用前述实施方式中任意一项所述的髁间窝截骨规划方法规划得到。

第三方面，本申请提供一种髁间窝截骨规划装置，所述装置包括：

工具信息获取模块，用于获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端；

进刀坐标变换模块，用于根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系；

移动轨迹规划模块，用于根据所述截骨半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹，其中每层工具末端移动轨迹在所述髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内；

假***姿获取模块，用于获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息；

截骨轨迹规划模块，用于根据所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到所述旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到所述待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，其中每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹。

第四方面，本申请提供一种髁间窝自动截骨装置，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述装置包括：

截骨轨迹获取模块，用于获取所述旋转式截骨工具在所述手术机器人的基坐标系下针对待截骨实体髁间窝的至少一层期望截骨轨迹，其中所述至少一层期望截骨轨迹与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配；

截骨顺序确定模块，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝处的相对深度关系，确定所述至少一层期望截骨轨迹各自在所述待截骨实体髁间窝处的截骨作业执行顺序；

旋转截骨控制模块，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹各自的截骨作业执行顺序，依次控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在所述待截骨实体髁间窝内截出与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

在可选的实施方式中，所述至少一层期望截骨轨迹采用前述实施方式中任意一项所述的髁间窝截骨规划方法规划得到。

第五方面，本申请提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的髁间窝截骨规划方法，或者驱动前述实施方式中的髁间窝截骨规划装置运行。

第六方面，本申请提供一种手术机器人，所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述手术机器人包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的髁间窝自动截骨方法，或者驱动前述实施方式中的髁间窝截骨规划装置运行。

第七方面，本申请提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现前述实施方式中任意一项所述的髁间窝截骨规划方法，或者驱动计算机设备加载并运行前述实施方式中的髁间窝截骨规划装置，或者驱动手术机器人实现前述实施方式中任意一项所述的髁间窝自动截骨方法，或者驱动手术机器人加载并运行前述实施方式中的髁间窝自动截骨装置，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具的截骨工具。

在此情况下，本申请实施例的有益效果可以包括以下内容：

1.本申请可根据待装配膝关节假体的髁间窝假体尺寸信息，针对待截骨实体髁间窝规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，并通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，以确保截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体具备良好的装配吻合度，来保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性；

2.本申请可通过髁间窝截骨轨迹规划操作与机器人自动截骨操作之间的配合，无需主治医生借助导板和截骨工具进行髁间窝人工截骨操作，以大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，避免繁琐的术前导板安装流程和术中截骨工具更换流程，提高TKA手术效率，同时避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦；

3.本申请提供的髁间窝截骨轨迹规划方案和髁间窝自动截骨方案均具备较强的方案通用性，可适用于具备髁间窝假体结构且样式不同的多种膝关节假体，并能驱使安装有旋转式截骨工具的手术机器人针对实体髁间窝进行自动截骨作业，以在对应实体髁间窝内截出与膝关节假体的髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构，便于膝关节假体的正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的计算机设备的组成示意图；

图2为本申请实施例提供的待装配膝关节假体的组成示意图；

图3为本申请实施例提供的髁间窝截骨规划方法的流程示意图；

图4为图3中的步骤S220包括的子步骤的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的待装配膝关节假体包括的股骨假体结构和髁间窝假体结构的假体矢状图；

图6为图3中的步骤S230包括的子步骤的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的与髁间窝假体底面对应的工具末端移动轨迹的规划示意图；

图8为图3中的步骤S240包括的子步骤的流程示意图；

图9为本申请实施例提供的手术机器人的组成示意图；

图10为本申请实施例提供的髁间窝自动截骨方法的流程示意图；

图11为本申请实施例提供的髁间窝截骨规划装置的组成示意图；

图12为本申请实施例提供的髁间窝自动截骨装置的组成示意图。

图标：10-计算机设备；11-第一存储器；12-第一处理器；13-第一通信单元；100-髁间窝截骨规划装置；110-工具信息获取模块；120-进刀坐标变换模块；130-移动轨迹规划模块；140-假***姿获取模块；150-截骨轨迹规划模块；20-手术机器人；21-第二存储器；22-第二处理器；23-第二通信单元；300-髁间窝自动截骨装置；310-截骨轨迹获取模块；320-截骨顺序确定模块；330-旋转截骨控制模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，可以理解的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，图1是本申请实施例提供的计算机设备10的组成示意图。在本申请实施例中，所述计算机设备10可与安装有截骨工具（包括摆锯、铣刀、磨钻等工具）的手术机器人通信连接，并根据待装配膝关节假体的假体尺寸信息和截骨工具的工具尺寸信息，针对待手术膝关节规划出与所述待装配膝关节假体的各个假体装配面适配的截骨轨迹，以驱动所述手术机器人在所述待手术膝关节上实现自动截骨功能，提升膝关节截骨精度、膝关节截骨准确度和膝关节截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的截骨误差，确保所述待装配膝关节假体能够正常安装在截骨后的实体膝关节上，并有效确保TKA手术达到预期效果，同时通过机器人自动截骨操作大幅度简化TKA手术流程，避免繁琐的术前导板安装流程和术中截骨工具更换流程，以提升TKA手术效率，并避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦。

其中，所述计算机设备10可以是独立于所述手术机器人的电子设备，所述计算机设备10可以是，但不限于，个人计算机、服务器等；所述计算机设备10也可以是与所述手术机器人集成在一起的物理硬件设备；所述手术机器人可以是，但不限于，位控机械臂、力控机械臂、力位混合控制的机械臂等；所述待装配膝关节假体至少包括有髁间窝假体结构。

在本申请实施例中，所述计算机设备10可以包括第一存储器11、第一处理器12、第一通信单元13及髁间窝截骨规划装置100。其中，所述第一存储器11、所述第一处理器12及所述第一通信单元13各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述第一存储器11、所述第一处理器12及所述第一通信单元13这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

在本实施例中，所述第一存储器11可以是，但不限于，随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM）等。其中，所述第一存储器11用于存储计算机程序，所述第一处理器12在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。

在本实施例中，所述第一处理器12可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述第一处理器12可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）及网络处理器（Network Processor，NP）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。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，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

在本实施例中，所述第一通信单元13用于通过网络建立所述计算机设备10与其他电子设备之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。例如，所述计算机设备10可以通过所述第一通信单元13获取待装配膝关节假体和待手术膝关节各自的三维数字模型，并通过对三维数字模型进行信息识别，得到所述待装配膝关节假体和所述待手术膝关节各自的尺寸信息；所述计算机设备10也可以通过所述第一通信单元13将针对待手术膝关节规划出的截骨轨迹发送给所述手术机器人，以驱动所述手术机器人按照所述截骨轨迹对所述待手术膝关节进行自动化截骨操作。

在本实施例中，所述髁间窝截骨规划装置100包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述第一存储器11中或者固化在所述计算机设备10的操作***中的软件功能模块。所述第一处理器12可用于执行所述第一存储器11存储的可执行模块，例如所述髁间窝截骨规划装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述计算机设备10可通过所述髁间窝截骨规划装置100针对待截骨实体髁间窝规划出与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构尺寸适配的期望截骨轨迹，以便于通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，以便于包括髁间窝假体结构的膝关节假体在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。

可以理解的是，图1所示的框图仅为所述计算机设备10的一种组成示意图，所述计算机设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

而对上述待装配膝关节假体来说，可以参照图2所示的组成示意图进行描述。在本申请实施例中，所述待装配膝关节假体可以包括股骨假体结构、髁间窝假体结构和胫骨假体结构。其中，所述股骨假体结构可以包括5个股骨装配面（即图2中的后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面），所述股骨假体结构通过这5个股骨装配面安装在被截骨膝关节的实体股骨上；所述胫骨假体结构可以包括胫骨装配面（即图2中的胫骨装配面），同时该胫骨装配面上设置有锥体结构，使所述胫骨假体结构能够通过所述胫骨装配面和锥体结构安装在被截骨膝关节的实体胫骨上；所述髁间窝假体结构安装在所述股骨假体结构上，并与所述股骨假体结构上的后髁装配面、后斜装配面、远端装配面和前斜装配面同时固定连接，所述髁间窝假体结构包括有髁间窝假体底面，所述髁间窝假体底面即为所述髁间窝假体结构的远离所述股骨假体结构的外侧表面，其中在将所述股骨假体结构安装到被截骨膝关节的实体股骨上时，需要确保该实体股骨上的实体髁间窝内的骨性结构被去除，并使对应截出的实体髁间窝骨面结构与所述髁间窝假体结构尺寸匹配，以便所述髁间窝假体结构能够顺利嵌入到该实体股骨的实体髁间窝内，提升所述股骨假体结构在被截骨膝关节上的安装牢固性。在本实施例的一种实施方式中，所述待装配膝关节假体可以是后方稳定（PS）型膝关节假体，也可以是具备髁间窝假体结构的保留后交叉韧带（CR）型膝关节假体。

由此，就图2所示的待装配膝关节假体来说，该待装配膝关节假体涉及的假体装配面即由上述后髁装配面、上述后斜装配面、上述远端装配面、上述前斜装配面、上述前髁装配面、上述胫骨装配面和上述髁间窝假体底面组成；所述计算机设备10需要针对待手术膝关节的实体髁间窝进行截骨轨迹规划，来驱动手术机器人将对应实体髁间窝截成与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配的髁间窝骨面结构，以确保所述待装配膝关节假体的髁间窝假体结构能够正常安装到被截骨后的实体髁间窝上。

可以理解的是，图2所示的附图仅为所述待装配膝关节假体的一种组成示意图，所述待装配膝关节假体还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。

在本申请中，为确保所述计算机设备10能够根据待装配膝关节假体的髁间窝假体尺寸信息，针对待截骨实体髁间窝规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，以便于通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，并同步简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，以便于包括髁间窝假体结构的膝关节假体在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，本申请实施例提供一种髁间窝截骨规划方法实现前述目的。下面对本申请提供的髁间窝截骨规划方法进行详细描述。

请参照图3，图3是本申请实施例提供的髁间窝截骨规划方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述髁间窝截骨规划方法可以包括步骤S210~步骤S250。

步骤S210，获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端。

其中，所述假体尺寸信息可以包括所述股骨假体结构中的各个股骨装配面的表面尺寸信息、相邻两个股骨装配面之间的平面夹角、所述胫骨假体结构的胫骨装配面的表面尺寸信息，以及所述髁间窝假体尺寸信息，其中所述髁间窝假体尺寸信息包括所述髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息、所述髁间窝假体底面与所述前斜装配面之间的平面夹角、所述髁间窝假体底面与所述后髁装配面之间的平面夹角等。

其中，所述旋转式截骨工具为通过旋转动作去除骨性结构的截骨工具，所述旋转式截骨工具所涉及的截骨模式可以包括铣削模式和磨削模式等，所述截骨半径即为所述旋转式截骨工具的工具末端去除骨性结构时的作业半径。在本实施例的一种实施方式中，所述旋转式截骨工具可以是与铣削模式对应的铣刀，也可以是与磨削模式对应的磨钻。

步骤S220，根据假体尺寸信息对待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到待装配膝关节假体在参照坐标系下的截骨进刀点坐标系。

在本实施例中，当所述计算机设备10获取到所述待装配膝关节假体的假体尺寸信息和所述旋转式截骨工具的截骨半径后，可在与CT（Computed Tomography，电子计算机断层扫描）影像对应的参照坐标系下构建所述待装配膝关节假体的三维假体模型，并在该参照坐标系下构建所述待装配膝关节假体的标记假体部位在该三维假体模型上的标记假体坐标系，以通过该标记假体部位的位姿状况表征所述髁间窝假体结构的实际装配位姿状况，而后所述计算机设备10可通过对所述标记假体坐标系进行坐标系平移操作和坐标系旋转操作，在该参照坐标系下得到用于圈定髁间窝起始截骨平面的截骨进刀点坐标系，其中所述截骨进刀点坐标系原点到所述髁间窝假体结构的髁间窝假体底面的距离大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度，经所述截骨进刀点坐标系原点且与所述髁间窝假体底面平行的平面即为所述髁间窝起始截骨平面。

可以理解的是，所述标记假体部位可以是所述待装配膝关节假体上的实体部位，也可以是针对所述待装配膝关节假体设置的虚拟部位；所述标记假体部位在待手术膝关节的实体髁间窝处对应有一个对标部位（即标记参照部位），可通过在同一坐标系下描述所述标记假体部位相对于所述标记参照部位的位姿状况，来描述所述髁间窝假体结构相对于所述待手术膝关节的实体髁间窝的装配位姿状况。

在本实施例的一种实施方式中，与所述标记假体坐标系对应的标记假体部位设置在所述股骨假体结构的远端装配面所在的平面上，其中所述标记假体部位可设置于所述股骨假体结构的中轴线在所述远端装配面所在平面上的投影位置处。

可选地，请参照图4，图4是图3中的步骤S220包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S220可以包括子步骤S221及子步骤S222，以在CT影像所对应的照坐标系下针对髁间窝假体结构精准确定出匹配的截骨进刀点坐标系。

子步骤S221，根据假体尺寸信息，确定髁间窝假体底面的目标垂直平面，其中目标垂直平面与髁间窝假体底面相互垂直，目标垂直平面与髁间窝假体底面和前斜装配面相交于同一平面交线。

以图5所示的股骨假体结构和髁间窝假体结构的假体矢状图为例，图5中的线段ab即用于表征所述后髁装配面，图5中的线段bc即用于表征所述后斜装配面，图5中的线段cd即用于表征所述远端装配面，图5中的线段de即用于表征所述前斜装配面，图5中的线段ef即用于表征所述前髁装配面，图5中的线段gh即用于表征所述髁间窝假体底面，线段gh的具体数值与所述髁间窝假体底面的长度信息L保持一致，图5中的字母j用于表征所述髁间窝假体底面与所述远端装配面所在的平面之间的平面交线，图5中的点即用于表征所述标记假体部位，此时坐标系/>即为所述标记假体部位在参照坐标系下的标记假体坐标系，平面/>即为所述远端装配面所在的平面，图5中的线段go ₁即用于表征所述目标垂直平面，图5中的字母g用于表征所述目标垂直平面、所述髁间窝假体底面和所述前斜装配面共同相交的平面交线，图5中的字母i用于表示所述目标垂直平面与所述远端装配面之间的平面交线。

子步骤S222，在参照坐标系下将标记假体坐标系往目标垂直平面上的远离髁间窝假体底面的目标位置进行偏转，得到截骨进刀点坐标系，其中截骨进刀点坐标系的坐标系原点与目标位置重叠，目标位置到平面交线的距离大于或等于髁间窝假体结构的结构深度。

其中，所述目标位置可采用图5中的点进行表示，此时所述截骨进刀点坐标系即为图5中的坐标系/>，平面/>即为与所述髁间窝假体底面对应的髁间窝起始截骨平面，距离/>大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度H。在本实施例的一种实施方式中，所述距离/>与所述髁间窝假体结构的结构深度H保持一致。

此时，所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系可采用如下式子进行表示：

；

其中，用于表示所述截骨进刀点坐标系，/>用于表示所述标记假体坐标系，/>用于表示所述前斜装配面与所述远端装配面之间的平面交线到所述标记假体坐标系原点的距离，/>用于表示所述目标垂直平面和所述前斜装配面各自与所述远端装配面的平面交线之间的距离，/>用于表示所述目标垂直平面与所述远端装配面之间的平面夹角，/>用于表示所述目标垂直平面与所述远端装配面之间的平面交线到所述截骨进刀点坐标系原点的距离。此外，/>用于表示平移算子，/>用于表示旋转算子，其中平移算子通常采用如下式子进行表示：/>

；

旋转算子通常采用如下式子进行表示：

。

由此，本申请可通过执行上述子步骤S221~子步骤S222，在CT影像所对应的照坐标系下针对髁间窝假体结构精准确定出匹配的截骨进刀点坐标系。

步骤S230，根据截骨半径和假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在截骨进刀点坐标系下针对旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹。

在本实施例中，每层工具末端移动轨迹在所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内，所述旋转式截骨工具可通过规划出的所有工具末端移动轨迹在所述截骨进刀点坐标系下去除掉体积和形状均与所述髁间窝假体结构匹配的骨性结构。

可选地，请参照图6，图6是图3中的步骤S230包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S230可以包括子步骤S231~子步骤S234，以在截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出用于去除与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨性结构的至少一层工具末端移动轨迹。

子步骤S231，根据髁间窝假体尺寸信息包括的髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息，确定髁间窝假体底面的四个底面顶点各自在截骨进刀点坐标系下对应的顶点坐标。

以图7中（a）和（b）所示的两种工具末端移动轨迹为例，若所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点在所述髁间窝假体底面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面的上边缘中心位置处，则所述髁间窝假体底面在图7中（a）或（b）内的左上角底面顶点处的顶点坐标可表达为，所述髁间窝假体底面在图7中（a）或（b）内的右上角底面顶点处的顶点坐标可表达为/>，所述髁间窝假体底面在图7中（a）或（b）内的左下角底面顶点处的顶点坐标可表达为/>，所述髁间窝假体底面在图7中（a）或（b）内的右下角底面顶点处的顶点坐标可表达为，其中H用于表示所述髁间窝假体结构的结构深度，W用于表示所述髁间窝假体底面的宽度信息，L用于表示所述髁间窝假体底面的长度信息。

子步骤S232，根据四个底面顶点各自的顶点坐标和截骨半径，确定旋转式截骨工具的工具末端中心部位在髁间窝假体底面上的四个移动边界顶点各自的顶点坐标。

其中，每个移动边界顶点单独靠近一个底面顶点，每个移动边界顶点到所述髁间窝假体底面的底面边缘的实际距离与所述截骨半径保持一致。

以图7中（a）和（b）所示的两种截骨末端移动轨迹为例，处于所述髁间窝假体底面内的左上角移动边界顶点Pl1的顶点坐标可表达为，处于所述髁间窝假体底面内的右上角移动边界顶点Pr1的顶点坐标可表达为，处于所述髁间窝假体底面内的左下角移动边界顶点Pl2的顶点坐标可表达为/>，处于所述髁间窝假体底面内的右下角移动边界顶点Pr2的顶点坐标可表达为，其中r用于表示所述旋转式截骨工具的截骨半径。

子步骤S233，根据四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到旋转式截骨工具在截骨进刀点坐标系下的与髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹。

在本实施例中，所述计算机设备10在确定出所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面内的四个移动边界顶点后，会基于这四个移动边界顶点在所述髁间窝假体底面内圈定出一个矩形区域，以通过该矩形区域表征所述工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面内的可移动范围，此时该矩形区域即为所述圆心移动区域，所述计算机设备10可通过在所述圆心移动区域内针对所述工具末端中心部位进行全覆盖路径规划，确保最终得到的目标工具末端移动轨迹能够有效保证所述旋转式截骨工具去除与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨性结构。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述子步骤S233可以包括子步骤A~子步骤D：

子步骤A，对四个移动边界顶点进行分组处理，得到与髁间窝假体底面的长度方向或宽度方向对应的两个顶点组合，其中两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与长度方向或宽度方向平行。

以图7中（a）所示的工具末端移动轨迹为例，可将四个移动边界顶点分成两个顶点组合，使左上角移动边界顶点Pl1和左下角移动边界顶点Pl2组成一个顶点组合，并使右上角移动边界顶点Pr1和右下角移动边界顶点Pr2组成一个顶点组合，来确保这两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述髁间窝假体底面的长度方向平行。

以图7中（b）所示的工具末端移动轨迹为例，可将四个移动边界顶点分成两个顶点组合，使左上角移动边界顶点Pl1和右上角移动边界顶点Pr1组成一个顶点组合，并使左下角移动边界顶点Pl2和右下角移动边界顶点Pr2组成一个顶点组合，来确保这两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述髁间窝假体底面的宽度方向平行。

子步骤B，针对每个顶点组合，根据该顶点组合所包括的两个移动边界顶点各自的顶点坐标，将旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔地在两个移动边界顶点之间进行路径点插补规划，得到处于两个移动边界顶点之间的所有插补路径点各自的路径点坐标，其中截骨直径为所述截骨半径的两倍。

其中，若单个顶点组合所包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述髁间窝假体底面的长度方向平行，则处于该顶点组合所对应的两个移动边界顶点之间的插补路径点数目可采用公式计算得到，其中D用于表示所述截骨直径，/>用于表示向下取整函数。

以图7中（a）所示的工具末端移动轨迹为例，当单个顶点组合所对应的插补路径点数目为5时，包括左上角移动边界顶点Pl1和左下角移动边界顶点Pl2的顶点组合所对应的5个插补路径点（即路径点P1、P2、P3、P4和P5）各自的路径点坐标依次为、/>、/>、/>、，而包括右上角移动边界顶点Pr1和右下角移动边界顶点Pr2的顶点组合所对应的5个插补路径点（即路径点P1’、P2’、P3’、P4’和P5’）各自的路径点坐标依次为/>、、/>、、/>。

其中，若单个顶点组合所包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述髁间窝假体底面的宽度方向平行，则处于该顶点组合所对应的两个移动边界顶点之间的插补路径点数目可采用公式计算得到，其中D用于表示所述截骨直径，/>用于表示向下取整函数。

以图7中（b）所示的工具末端移动轨迹为例，当单个顶点组合所对应的插补路径点数目为2时，包括左上角移动边界顶点Pl1和右上角移动边界顶点Pr1的顶点组合所对应的2个插补路径点（即路径点P1和P2）各自的路径点坐标依次为和/>，而包括左下角移动边界顶点Pl2和右下角移动边界顶点Pr2的顶点组合所对应的2个插补路径点（即路径点P1’和P2’）各自的路径点坐标依次为和/>。

子步骤C，从任意一个顶点组合包括的两个移动边界顶点中随机选取一个移动边界顶点作为工具末端移动起点，并根据单个顶点组合所对应的插补路径点总数目，在剩余顶点组合所包括的两个移动边界顶点中确定对应的工具末端移动终点。

其中，所述计算机设备10可根据单个顶点组合所对应的插补路径点总数目是奇数还是偶数，来判断对应工具末端移动终点与当前工具末端移动起点处于对角线上还是靠近所述髁间窝假体底面的同一底面边缘。若单个顶点组合所对应的插补路径点总数目是奇数，则对应工具末端移动终点与当前工具末端移动起点处于对角线上；若单个顶点组合所对应的插补路径点总数目是偶数，则对应工具末端移动终点与当前工具末端移动起点靠近所述髁间窝假体底面的同一底面边缘。

以图7中（a）所示的工具末端移动轨迹为例，当从包括左上角移动边界顶点Pl1和右上角移动边界顶点Pr1的顶点组合中选取左上角移动边界顶点Pl1为工具末端移动起点时，因该顶点组合所对应的插补路径点总数目为5，则对应工具末端移动终点即为另一个顶点组合中的右下角移动边界顶点Pr2。

以图7中（b）所示的工具末端移动轨迹为例，当从包括左上角移动边界顶点Pl1和左下角移动边界顶点Pl2的顶点组合中选取左上角移动边界顶点Pl1为工具末端移动起点时，因该顶点组合所对应的插补路径点总数目为2，则对应工具末端移动终点即为另一个顶点组合中的右上角移动边界顶点Pr1。

子步骤D，根据工具末端移动起点、工具末端移动终点和所有插补路径点各自在截骨进刀点坐标系下对应的实际坐标进行弓字形路径规划，得到目标工具末端移动轨迹。

以图7中（a）所示的工具末端移动轨迹为例，对应形成的目标工具末端移动轨迹即为Pl1->Pr1->P1’->P1->P2->P2’->P3’->P3->P4->P4’ ->P5’->P5->Pl2->Pr2。

以图7中（b）所示的工具末端移动轨迹为例，对应形成的目标工具末端移动轨迹即为Pl1->Pl2->P1’->P1->P2->P2’->Pr2->Pr1。

由此，本申请可通过执行上述子步骤A~子步骤D，规划出旋转式截骨工具在截骨进刀点坐标系下的与髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹。

子步骤S234，根据预设轨迹规划层数，将目标工具末端移动轨迹沿结构深度所在方向朝截骨进刀点坐标系的坐标系原点进行轨迹平移，得到包括目标工具末端移动轨迹的至少一层工具末端移动轨迹，其中轨迹平移总次数由预设轨迹规划层数减一得到。

其中，若所述预设轨迹规划层数为1，则在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出的所有工具末端移动轨迹仅包括所述目标工具末端移动轨迹；

若所述预设轨迹规划层数大于或等于2，则在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出的所有工具末端移动轨迹的实际轨迹层数与所述预设轨迹规划层数保持一致，相邻两层工具末端移动轨迹之间的距离可以相同，也可以不同。在本实施例的一种实施方式中，相邻两层工具末端移动轨迹之间的距离相同，则相邻两层工具末端移动轨迹之间的距离可通过对所述髁间窝假体结构的结构深度和所述预设轨迹规划层数进行除法运算得到。

由此，本申请可通过执行上述子步骤S231~子步骤S234，在截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具规划出用于去除与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨性结构的至少一层工具末端移动轨迹。

步骤S240，获取待装配膝关节假体在手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息。

在本实施例中，所述期望装配位姿信息用于表征所述待装配膝关节假体中的髁间窝假体结构在待截骨实体髁间窝成功截骨后的于基坐标系内的期望装配位姿。

可以理解的是，所述计算机设备10可通过所述第一通信单元13从其他电子设备处获取所述期望装配位姿信息；所述计算机设备10也可响应主治医生的配置操作，自行针对所述待装配膝关节假体和待手术膝关节生成对应的期望装配位姿信息。

可选地，请参照图8，图8是图3中的步骤S240包括的子步骤的流程示意图。在本申请实施例中，所述步骤S240可以包括子步骤S241~子步骤S244，以精准求解出所述待装配膝关节假体上的髁间窝假体结构在所述待截骨实体髁间窝完成截骨后的期望装配位姿状况。

子步骤S241，获取待截骨实体髁间窝的髁间窝模型上的标记参照部位与待装配膝关节假体的标记假体部位在参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中标记假体部位与标记假体坐标系对应。

其中，所述待手术膝关节包括的待截骨实体髁间窝所对应的骨骼模型建立在所述参照坐标系下，所述待手术膝关节的主治医生根据预期TKA手术效果在所述参照坐标系下调整所述待装配膝关节假体的三维假体模型的装配位姿，以确定出所述待装配膝关节假体的标记假体部位在对应待截骨实体髁间窝完成截骨后的相对于所述标记参照部位的期望装配位姿，得到所述相对装配位姿关系，此时所述相对装配位姿关系即可表征所述标记假体部位在所述参照坐标系下相对于所述标记参照部位的期望装配位姿，可采用进行表示。

子步骤S242，对待截骨实体髁间窝所对应的骨骼示踪器和参照坐标系进行点云配准，得到参照坐标系相对于骨骼示踪器的目标配准矩阵。

其中，所述骨骼示踪器用于标记所述待截骨实体髁间窝在真实手术环境内的真实位姿状况，此时所述目标配准矩阵即可用于表征待截骨实体髁间窝的骨骼模型与真实手术环境中的待截骨实体髁间窝之间的映射关系，其可采用进行表示。

子步骤S243，对骨骼示踪器和手术机器人进行相对位姿配准，得到骨骼示踪器相对于基坐标系的实际位姿矩阵。

其中，所述实际位姿矩阵用于描述所述真实手术环境中的待截骨实体髁间窝在手术机器人的基坐标系下的实际位姿状况，其可采用进行表示。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，可在所述手术机器人上针对旋转式截骨工具安装工具示踪器，以通过所述工具示踪器标定所述旋转式截骨工具的安装位置，其中所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具相对静止，此时所述子步骤S243可以包括：

对所述旋转式截骨工具与所述手术机器人进行位姿标定，得到所述旋转式截骨工具的工具坐标系相对于所述基坐标系的第一位姿标定矩阵；

对所述骨骼示踪器和工具示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述工具示踪器的第一位姿配准矩阵；

对所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具进行位姿配准，得到所述工具示踪器相对于所述旋转式截骨工具的工具坐标系的第二位姿配准矩阵；

对所述第一位姿标定矩阵、所述第二位姿配准矩阵及所述第一位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

其中，所述第一位姿标定矩阵可采用进行表示，与所述骨骼示踪器对应的第一位姿配准矩阵可采用/>进行表示，所述第二位姿配准矩阵可采用/>进行表示，所述骨骼示踪器可以是股骨示踪器。

可选地，在本实施例的另一种实施方式中，可在所述待手术膝关节的真实手术环境内安装与所述手术机器人的机器人基座相对静止的基座示踪器，以将该基座示踪器作为参照物，来确定所述骨骼示踪器和所述手术机器人的相对位姿关系，此时所述子步骤S243可以包括：

对基座示踪器和所述手术机器人进行位姿配准，得到所述基座示踪器相对于所述基坐标系的第三位姿配准矩阵；

对该骨骼示踪器和所述基座示踪器进行位姿配准，得到该骨骼示踪器相对于所述基座示踪器的第四位姿配准矩阵；

对所述第三位姿配准矩阵和所述第四位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与该骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

其中，所述第三位姿配准矩阵可采用进行表示，与骨骼示踪器对应的第四位姿配准矩阵可采用/>进行表示，所述骨骼示踪器可以是股骨示踪器。

由此，本申请可通过上述两种实施方式，有效地测定出真实手术环境中的待截骨实体髁间窝在手术机器人的基坐标系下的实际位姿状况。

子步骤S244，根据目标配准矩阵和实际位姿矩阵，对相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到期望装配位姿信息。

其中，可通过对所述目标配准矩阵、所述实际位姿矩阵和所述相对装配位姿关系进行矩阵乘法运算，得到所述期望装配位姿信息。

由此，本申请可通过执行上述子步骤S241~子步骤S244，精准求解出所述待装配膝关节假体上的髁间窝假体结构在所述待截骨实体髁间窝完成截骨后的期望装配位姿状况。

步骤S250，根据截骨进刀点坐标系与标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和期望装配位姿信息，对截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹。

其中，每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹；针对每层工具末端移动轨迹，可通过对该层工具末端移动轨迹、所述期望装配位姿信息和所述坐标系变换关系进行矩阵乘法运算，得到与该层工具末端移动轨迹匹配的期望截骨轨迹。

所述计算机设备10在针对待手术膝关节的待截骨实体髁间窝规划出与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构尺寸适配的期望截骨轨迹后，可根据TKA手术的手术流程依次将每层期望截骨轨迹发送给所述手术机器人，使所述手术机器人按照得到的期望截骨轨迹带动所述旋转式截骨工具进行截骨作业，从而将所述待手术膝关节的待截骨实体髁间窝切割为与所述待装配膝关节假体的髁间窝假体结构适配的骨面结构，以实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，从而大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，以便于包括髁间窝假体结构且样式不同的膝关节假体均能在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，并保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。

由此，本申请可通过执行上述步骤S210~步骤S250，确保所述计算机设备10能够根据待装配膝关节假体的髁间窝假体尺寸信息，针对待截骨实体髁间窝规划出尺寸适配的期望截骨轨迹，以便于通过规划出的期望截骨轨迹实现手术机器人的髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，从而大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，以便于包括髁间窝假体结构且样式不同的膝关节假体均能在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，并保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性。

此外，请参照图9，图9是本申请实施例提供的手术机器人20的组成示意图。在本申请实施例中，所述手术机器人20的机器人末端安装有旋转式截骨工具；所述手术机器人20可与所述计算机设备10通信连接，以获取所述计算机设备10基于待装配膝关节假体的假体尺寸信息针对待手术膝关节规划出的截骨轨迹，并按照获取到的截骨轨迹带动旋转式截骨工具在所述待手术膝关节上实现自动截骨功能，提升膝关节截骨精度，并简化TKA手术流程，提升TKA手术效率，避免人工截骨操作引起的截骨误差，以确保所述待装配膝关节假体能够正常安装在截骨后的实体膝关节上，并确保TKA手术达到预期效果。

其中，所述计算机设备10可采用图3~图8所涉及的髁间窝截骨规划方法规划出前述截骨轨迹，也可采用另外的截骨轨迹规划手段（例如，在同一模型空间内根据假体装配需求将待装配膝关节假体的三维模型装配到待手术膝关节的三维模型上，并基于两个三维模型之间的与髁间窝对应的模型重叠区域在机器人基坐标下进行截骨轨迹规划，使规划出的截骨轨迹能够去除前述模型重叠区域在待手术膝关节上对应的髁间窝骨性结构）规划出对应的截骨轨迹。

在本申请实施例中，所述手术机器人20可以包括第二存储器21、第二处理器22、第二通信单元23及髁间窝自动截骨装置300。其中，所述第二存储器21、所述第二处理器22及所述第二通信单元23各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述第二存储器21、所述第二处理器22及所述第二通信单元23这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

在本实施例中，所述第二存储器21可以是，但不限于，随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM），只读存储器（Read Only Memory，ROM），可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM），可擦除只读存储器（Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM），电可擦除只读存储器（Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM）等。其中，所述第二存储器21用于存储计算机程序，所述第二处理器22在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。

在本实施例中，所述第二处理器22可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述第二处理器22可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）及网络处理器（Network Processor，NP）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。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，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

在本实施例中，所述第二通信单元23用于通过网络建立所述手术机器人20与其他电子设备之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。

在本实施例中，所述髁间窝自动截骨装置300包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述第二存储器21中或者固化在所述手术机器人20的操作***中的软件功能模块。所述第二处理器22可用于执行所述第二存储器21存储的可执行模块，例如所述髁间窝自动截骨装置300所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述手术机器人20可通过所述髁间窝自动截骨装置300按照预先规划出的期望截骨轨迹针对待手术实体髁间窝实现髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，来保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括髁间窝假体结构且样式不同的膝关节假体均能在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。

可以理解的是，图9所示的框图仅为所述手术机器人20的一种组成示意图，所述手术机器人20还可包括比图9中所示更多或者更少的组件，或者具有与图9所示不同的配置。图9中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

在本申请中，为确保所述手术机器人20能够按照预先规划出的期望截骨轨迹针对待手术实体髁间窝实现髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，来保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括髁间窝假体结构且样式不同的膝关节假体均能在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果，本申请实施例提供一种髁间窝自动截骨方法实现前述目的。下面对本申请提供的髁间窝自动截骨方法进行详细描述。

请参照图10，图10是本申请实施例提供的髁间窝自动截骨方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述髁间窝自动截骨方法应用于上述手术机器人20，所述髁间窝自动截骨方法可以包括步骤S410~步骤S430。

步骤S410，获取旋转式截骨工具在手术机器人的基坐标系下针对待截骨实体髁间窝的至少一层期望截骨轨迹，其中至少一层期望截骨轨迹与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配。

其中，所述旋转式截骨工具即为所述手术机器人20上安装的用于对实体髁间窝进行截骨的截骨工具。所述至少一层期望截骨轨迹可采用图3~图8所涉及的任意一种髁间窝截骨规划方法规划得到，也可采用其他截骨轨迹规划手段（例如，在同一模型空间内根据假体装配需求将待装配膝关节假体的三维模型装配到待手术膝关节的三维模型上，并从两个三维模型之间的模型重叠区域确定出与髁间窝对应的目标重叠区域，而后通过坐标系变换操作在机器人基坐标下确定出该目标重叠区域在待截骨实体髁间窝上对应的髁间窝骨性结构的实际位置信息，而后在机器人基坐标下对该髁间窝骨性结构进行结构分层，并针对分层出的每个骨性结构区域，在机器人基坐标下基于旋转式截骨工具的截骨半径进行截骨轨迹，得到待截骨实体髁间窝的与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配的至少一层期望截骨轨迹）规划得到。本申请对于所述手术机器人20获得的所述至少一层期望截骨轨迹的具体轨迹规划手段不作具体限定。

在本实施例的一种实施方式中，所述至少一层期望截骨轨迹采用图3~图8所涉及的任意一种髁间窝截骨规划方法规划得到。

步骤S420，根据至少一层期望截骨轨迹在待截骨实体髁间窝处的相对深度关系，确定至少一层期望截骨轨迹各自在待截骨实体髁间窝处的截骨作业执行顺序。

其中，当所述至少一层期望截骨轨迹的轨迹总层数为1时，对应期望截骨轨迹的截骨作业执行顺序即为一次性作业顺序，所述手术机器人20可直接按照该期望截骨轨迹带动所述旋转式截骨工具进行运动，使所述旋转式截骨工具能够按照该期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在待截骨实体髁间窝内截出与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

当所述至少一层期望截骨轨迹的轨迹总层数为多个时，对应期望截骨轨迹在待截骨实体髁间窝处的深度越深，则对应期望截骨轨迹的截骨作业执行顺序越靠后，由此即可得到所有期望截骨轨迹各自被所述手术机器人20执行的截骨作业执行顺序。

步骤S430，根据至少一层期望截骨轨迹各自的截骨作业执行顺序，依次控制手术机器人带动旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在待截骨实体髁间窝内截出与髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

由此，本申请可通过执行上述步骤S410~步骤S430，按照预先规划出的期望截骨轨迹针对待手术实体髁间窝实现髁间窝自动截骨功能，提升髁间窝截骨精度、髁间窝截骨准确度和髁间窝截骨稳定性，避免人工截骨操作引起的髁间窝截骨误差，提高截出的髁间窝骨面结构与待装配膝关节假体的吻合度，来保证本申请针对髁间窝提供的机器人自动截骨方案具备显著的有效性和安全性，同时大幅度简化TKA手术过程中的涉及髁间窝的手术流程，提高TKA手术效率，避免TKA手术过程中因导板安装和/或手动截骨造成的患者痛苦，以大幅度降低TKA手术给患者造成的痛苦，并方便包括髁间窝假体结构且样式不同的膝关节假体均能在实体髁间窝上正常安装，提高TKA手术成功率，确保TKA手术达到预期效果。

在本申请中，为确保所述计算机设备10能够通过所述髁间窝截骨规划装置100执行上述髁间窝截骨规划方法，本申请通过对所述髁间窝截骨规划装置100进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的髁间窝截骨规划装置100的具体组成进行相应描述。

请参照图11，图11是本申请实施例提供的髁间窝截骨规划装置100的组成示意图。在本申请实施例中，所述髁间窝截骨规划装置100可以包括工具信息获取模块110、进刀坐标变换模块120、移动轨迹规划模块130、假***姿获取模块140和截骨轨迹规划模块150。

工具信息获取模块110，用于获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端。

进刀坐标变换模块120，用于根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系。

移动轨迹规划模块130，用于根据所述截骨半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹，其中每层工具末端移动轨迹在所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内。

假***姿获取模块140，用于获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息。

截骨轨迹规划模块150，用于根据所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到所述旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到所述待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，其中每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述进刀坐标变换模块可以包括：垂直平面确定子模块，用于根据所述假体尺寸信息，确定所述髁间窝假体底面的目标垂直平面，其中所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面相互垂直，所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面和所述前斜装配面相交于同一平面交线；进刀坐标输出子模块，用于在所述参照坐标系下将所述标记假体坐标系往所述目标垂直平面上的远离所述髁间窝假体底面的目标位置进行偏转，得到所述截骨进刀点坐标系，其中所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点与所述目标位置重叠，所述目标位置到所述平面交线的距离大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述移动轨迹规划模块可以包括：假体底面顶点确定子模块，用于根据所述髁间窝假体尺寸信息包括的髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息，确定所述髁间窝假体底面的四个底面顶点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的顶点坐标；移动边界顶点确定子模块，用于根据所述四个底面顶点各自的顶点坐标和所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面上的四个移动边界顶点各自的顶点坐标，其中每个移动边界顶点单独靠近一个底面顶点，每个移动边界顶点到所述髁间窝假体底面的底面边缘的实际距离与所述截骨半径保持一致；工具末端移动规划子模块，用于根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹；工具末端轨迹平移子模块，用于根据预设轨迹规划层数，将所述目标工具末端移动轨迹沿所述结构深度所在方向朝所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点进行轨迹平移，得到包括所述目标工具末端移动轨迹的所述至少一层工具末端移动轨迹，其中轨迹平移总次数由所述预设轨迹规划层数减一得到。

其中，所述工具末端移动规划子模块可以包括：边界顶点分组单元，用于对所述四个移动边界顶点进行分组处理，得到与所述髁间窝假体底面的长度方向或宽度方向对应的两个顶点组合，其中两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述长度方向或所述宽度方向平行；路径点插补规划单元，用于针对每个顶点组合，根据该顶点组合所包括的两个移动边界顶点各自的顶点坐标，将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔地在所述两个移动边界顶点之间进行路径点插补规划，得到处于所述两个移动边界顶点之间的所有插补路径点各自的路径点坐标，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；轨迹端点选取单元，用于从任意一个顶点组合包括的两个移动边界顶点中随机选取一个移动边界顶点作为工具末端移动起点，并根据单个顶点组合所对应的插补路径点总数目，在剩余顶点组合所包括的两个移动边界顶点中确定对应的工具末端移动终点；末端轨迹规划单元，用于根据所述工具末端移动起点、所述工具末端移动终点和所有插补路径点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的实际坐标进行弓字形路径规划，得到所述目标工具末端移动轨迹。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述假***姿获取模块可以包括：装配位姿获取子模块，用于获取所述待截骨实体髁间窝的髁间窝模型上的标记参照部位与所述待装配膝关节假体的标记假体部位在所述参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位与所述标记假体坐标系对应；骨骼点云配准子模块，用于对所述待截骨实体髁间窝所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；相对位姿配准子模块，用于对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵；期望位姿输出子模块，用于根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。

在此过程中，可以理解的是，在本实施例的一种实施方式中，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，可以包括：

对所述旋转式截骨工具与所述手术机器人进行位姿标定，得到所述旋转式截骨工具的工具坐标系相对于所述基坐标系的第一位姿标定矩阵；

对所述骨骼示踪器和工具示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述工具示踪器的第一位姿配准矩阵；

对所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具进行位姿配准，得到所述工具示踪器相对于所述旋转式截骨工具的工具坐标系的第二位姿配准矩阵；

对所述第一位姿标定矩阵、所述第二位姿配准矩阵及所述第一位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

还可以理解的是，在本实施例的另一种实施方式中，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，可以包括：

对基座示踪器和所述手术机器人进行位姿配准，得到所述基座示踪器相对于所述基坐标系的第三位姿配准矩阵；

对所述骨骼示踪器和所述基座示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基座示踪器的第四位姿配准矩阵；

对所述第三位姿配准矩阵和所述第四位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

需要说明的是，本申请实施例所提供的髁间窝截骨规划装置100，其基本原理及产生的技术效果与前述的髁间窝截骨规划方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对髁间窝截骨规划方法的描述内容。

在本申请中，为确保上述手术机器人20能够通过所述髁间窝自动截骨装置300执行上述髁间窝自动截骨方法，本申请通过对所述髁间窝自动截骨装置300进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的髁间窝自动截骨装置300的具体组成进行相应描述。

请参照图12，图12是本申请实施例提供的髁间窝自动截骨装置300的组成示意图。在本申请实施例中，所述髁间窝自动截骨装置300应用于上述手术机器人20，所述髁间窝自动截骨装置300可以包括截骨轨迹获取模块310、截骨顺序确定模块320及旋转截骨控制模块330。

截骨轨迹获取模块310，用于获取旋转式截骨工具在所述手术机器人的基坐标系下针对待截骨实体髁间窝的至少一层期望截骨轨迹，其中所述至少一层期望截骨轨迹与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配。

在本实施例的一种实施方式中，所述至少一层期望截骨轨迹可采用图3~图8所涉及的任意一种髁间窝截骨规划方法规划得到，也可由上述任意一种髁间窝截骨规划装置100规划得到。

截骨顺序确定模块320，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝处的相对深度关系，确定所述至少一层期望截骨轨迹各自在所述待截骨实体髁间窝处的截骨作业执行顺序。

旋转截骨控制模块330，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹各自的截骨作业执行顺序，依次控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在所述待截骨实体髁间窝内截出与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

需要说明的是，本申请实施例所提供的髁间窝自动截骨装置300，其基本原理及产生的技术效果与前述的髁间窝自动截骨方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对髁间窝自动截骨方法的描述内容。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可以是计算机设备，或者安装有旋转式截骨工具的手术机器人等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤，或者加载并运行本申请各个实施例所述装置的全部或部分模块。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种髁间窝截骨规划装置，其特征在于，所述装置包括：

工具信息获取模块，用于获取待装配膝关节假体的假体尺寸信息和旋转式截骨工具的截骨半径，其中所述旋转式截骨工具安装在手术机器人的机器人末端；

进刀坐标变换模块，用于根据所述假体尺寸信息对所述待装配膝关节假体在参照坐标系下的标记假体坐标系进行坐标系变换，得到所述待装配膝关节假体在所述参照坐标系下的截骨进刀点坐标系；

移动轨迹规划模块，用于根据所述截骨半径和所述假体尺寸信息包括的髁间窝假体尺寸信息，在所述截骨进刀点坐标系下针对所述旋转式截骨工具进行工具末端轨迹规划，得到所述截骨进刀点坐标系下的至少一层工具末端移动轨迹，其中每层工具末端移动轨迹在所述待装配膝关节假体的髁间窝假体底面所在平面上的投影位置处于所述髁间窝假体底面内；

假***姿获取模块，用于获取所述待装配膝关节假体在所述手术机器人的基坐标系下相对于待截骨实体髁间窝的期望装配位姿信息；

截骨轨迹规划模块，用于根据所述截骨进刀点坐标系与所述标记假体坐标系之间的坐标系变换关系和所述期望装配位姿信息，对所述截骨进刀点坐标系下的所有工具末端移动轨迹分别进行坐标系变换，得到所述旋转式截骨工具在所述基坐标系下作用到所述待截骨实体髁间窝上的至少一层期望截骨轨迹，其中每层期望截骨轨迹单独对应一层工具末端移动轨迹。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待装配膝关节假体包括股骨假体结构和髁间窝假体结构，所述股骨假体结构包括后髁装配面、后斜装配面、远端装配面、前斜装配面和前髁装配面，所述标记假体坐标系在所述股骨假体结构处对应的标记假体部位位于所述远端装配面上，所述髁间窝假体结构与所述后髁装配面、所述后斜装配面、所述远端装配面和所述前斜装配面同时固定连接，则所述进刀坐标变换模块包括：

垂直平面确定子模块，用于根据所述假体尺寸信息，确定所述髁间窝假体底面的目标垂直平面，其中所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面相互垂直，所述目标垂直平面与所述髁间窝假体底面和所述前斜装配面相交于同一平面交线；

进刀坐标输出子模块，用于在所述参照坐标系下将所述标记假体坐标系往所述目标垂直平面上的远离所述髁间窝假体底面的目标位置进行偏转，得到所述截骨进刀点坐标系，其中所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点与所述目标位置重叠，所述目标位置到所述平面交线的距离大于或等于所述髁间窝假体结构的结构深度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述移动轨迹规划模块包括：

假体底面顶点确定子模块，用于根据所述髁间窝假体尺寸信息包括的髁间窝假体结构的结构深度、所述髁间窝假体底面的长度信息和宽度信息，确定所述髁间窝假体底面的四个底面顶点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的顶点坐标；

移动边界顶点确定子模块，用于根据所述四个底面顶点各自的顶点坐标和所述截骨半径，确定所述旋转式截骨工具的工具末端中心部位在所述髁间窝假体底面上的四个移动边界顶点各自的顶点坐标，其中每个移动边界顶点单独靠近一个底面顶点，每个移动边界顶点到所述髁间窝假体底面的底面边缘的实际距离与所述截骨半径保持一致；

工具末端移动规划子模块，用于根据所述四个移动边界顶点各自的顶点坐标，在与所述四个移动边界顶点匹配的圆心移动区域内进行全覆盖路径规划，得到所述旋转式截骨工具在所述截骨进刀点坐标系下的与所述髁间窝假体底面对应的目标工具末端移动轨迹；

工具末端轨迹平移子模块，用于根据预设轨迹规划层数，将所述目标工具末端移动轨迹沿所述结构深度所在方向朝所述截骨进刀点坐标系的坐标系原点进行轨迹平移，得到包括所述目标工具末端移动轨迹的所述至少一层工具末端移动轨迹，其中轨迹平移总次数由所述预设轨迹规划层数减一得到。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述工具末端移动规划子模块包括：

边界顶点分组单元，用于对所述四个移动边界顶点进行分组处理，得到与所述髁间窝假体底面的长度方向或宽度方向对应的两个顶点组合，其中两个顶点组合各自包括的两个移动边界顶点之间的连线与所述长度方向或所述宽度方向平行；

路径点插补规划单元，用于针对每个顶点组合，根据该顶点组合所包括的两个移动边界顶点各自的顶点坐标，将所述旋转式截骨工具的截骨直径作为插补间隔地在所述两个移动边界顶点之间进行路径点插补规划，得到处于所述两个移动边界顶点之间的所有插补路径点各自的路径点坐标，其中所述截骨直径为所述截骨半径的两倍；

轨迹端点选取单元，用于从任意一个顶点组合包括的两个移动边界顶点中随机选取一个移动边界顶点作为工具末端移动起点，并根据单个顶点组合所对应的插补路径点总数目，在剩余顶点组合所包括的两个移动边界顶点中确定对应的工具末端移动终点；

末端轨迹规划单元，用于根据所述工具末端移动起点、所述工具末端移动终点和所有插补路径点各自在所述截骨进刀点坐标系下对应的实际坐标进行弓字形路径规划，得到所述目标工具末端移动轨迹。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述假***姿获取模块包括：

装配位姿获取子模块，用于获取所述待截骨实体髁间窝的髁间窝模型上的标记参照部位与所述待装配膝关节假体的标记假体部位在所述参照坐标系下的相对装配位姿关系，其中所述标记假体部位与所述标记假体坐标系对应；

骨骼点云配准子模块，用于对所述待截骨实体髁间窝所对应的骨骼示踪器和所述参照坐标系进行点云配准，得到所述参照坐标系相对于所述骨骼示踪器的目标配准矩阵；

相对位姿配准子模块，用于对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵；

期望位姿输出子模块，用于根据所述目标配准矩阵和所述实际位姿矩阵，对所述相对装配位姿关系进行坐标系变换，得到所述期望装配位姿信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，包括：

对所述旋转式截骨工具与所述手术机器人进行位姿标定，得到所述旋转式截骨工具的工具坐标系相对于所述基坐标系的第一位姿标定矩阵；

对所述骨骼示踪器和工具示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述工具示踪器的第一位姿配准矩阵；

对所述工具示踪器与所述旋转式截骨工具进行位姿配准，得到所述工具示踪器相对于所述旋转式截骨工具的工具坐标系的第二位姿配准矩阵；

对所述第一位姿标定矩阵、所述第二位姿配准矩阵及所述第一位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相对位姿配准子模块对所述骨骼示踪器和所述手术机器人进行相对位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基坐标系的实际位姿矩阵的方式，包括：

对基座示踪器和所述手术机器人进行位姿配准，得到所述基座示踪器相对于所述基坐标系的第三位姿配准矩阵；

对所述骨骼示踪器和所述基座示踪器进行位姿配准，得到所述骨骼示踪器相对于所述基座示踪器的第四位姿配准矩阵；

对所述第三位姿配准矩阵和所述第四位姿配准矩阵进行矩阵乘法运算，得到与所述骨骼示踪器对应的实际位姿矩阵。

8.一种髁间窝自动截骨装置，其特征在于，应用于手术机器人，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述装置包括：

截骨轨迹获取模块，用于获取所述旋转式截骨工具在所述手术机器人的基坐标系下针对待截骨实体髁间窝的至少一层期望截骨轨迹，其中所述至少一层期望截骨轨迹与待装配膝关节假体的髁间窝假体结构匹配，所述至少一层期望截骨轨迹由权利要求1-7中任意一项所述的髁间窝截骨规划装置规划得到；

截骨顺序确定模块，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝处的相对深度关系，确定所述至少一层期望截骨轨迹各自在所述待截骨实体髁间窝处的截骨作业执行顺序；

旋转截骨控制模块，用于根据所述至少一层期望截骨轨迹各自的截骨作业执行顺序，依次控制所述手术机器人带动所述旋转式截骨工具按照对应期望截骨轨迹在所述待截骨实体髁间窝上进行截骨，以在所述待截骨实体髁间窝内截出与所述髁间窝假体结构尺寸匹配的骨面结构。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以驱动权利要求1-7中任意一项所述的髁间窝截骨规划装置运行。

10.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具，所述手术机器人包括处理器和存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以驱动权利要求8所述的髁间窝自动截骨装置运行。

11.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，驱动计算机设备加载并运行权利要求1-7中任意一项所述的髁间窝截骨规划装置，或者驱动手术机器人加载并运行权利要求8所述的髁间窝自动截骨装置，其中所述手术机器人的机器人末端安装有旋转式截骨工具。