本公開涉及一種用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的設(shè)備及其方法，尤其涉及一種規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人切割手術(shù)靶骨(surgical?target?bone)的切割路徑以在使用手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)時(shí)安裝種植體的設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人手術(shù)大致分為被動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)、半主動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)和主動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)。被動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)指的是外科醫(yī)生在整個(gè)手術(shù)過程中親自控制機(jī)器人的方法。半主動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)指的是外科醫(yī)生使用機(jī)器人執(zhí)行切割等過程，而且在這些過程期間，外科醫(yī)生對(duì)手術(shù)工具的移動(dòng)被機(jī)器人根據(jù)觸覺反饋限制在預(yù)定路徑上。主動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)指的是在沒有外科醫(yī)生干預(yù)的情況下，機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃好的切割路徑自動(dòng)執(zhí)行手術(shù)的方法。

2、如上所述，在主動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)中，機(jī)器人會(huì)主動(dòng)切割骨頭，因此規(guī)劃適合安裝種植體的切割路徑是非常重要的。

3、在相關(guān)技術(shù)中，根據(jù)種植體的形狀或尺寸定義切割路徑的庫是事先準(zhǔn)備好的。當(dāng)規(guī)劃人員確定要在手術(shù)靶骨中安裝的種植體的形狀和尺寸時(shí)，就會(huì)從庫中選擇并使用與所確定的種植體形狀和尺寸相對(duì)應(yīng)的切割路徑。然而，這種基于庫的切割路徑?jīng)]有考慮到每位患者骨骼形狀的多樣性，因此在提供適合患者的手術(shù)方面存在局限性。

4、此外，切割路徑通常是針對(duì)比種植體略小的區(qū)域而創(chuàng)建的，從而留出預(yù)定的切割裕量(cutting?margin)以防止對(duì)軟組織造成損傷，因此相當(dāng)一部分殘余骨區(qū)域(residualbone?region)仍未切割。由于醫(yī)生需要親自進(jìn)行額外的切割和最后的修整，所以這種殘余骨區(qū)域不僅會(huì)造成不便，還會(huì)耽誤手術(shù)時(shí)間。用于使殘余骨區(qū)域最小的切割裕量會(huì)因種植體的具體位置而變化，但傳統(tǒng)的基于庫的切割路徑難以根據(jù)種植體的不同位置考慮最小切割裕量的所有情況，因此存在著仍有大量殘余骨區(qū)域的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本公開旨在解決上述問題。本公開的一個(gè)方面是提供一種用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的設(shè)備及其方法，其能在考慮患者骨骼多樣性的情況下創(chuàng)建適合患者的切割路徑，并使殘余骨區(qū)域最小。

3、技術(shù)方案

4、本公開的方面可以通過一種規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括：根據(jù)手術(shù)靶骨的三維(3d)模型，確定要安裝在手術(shù)靶骨中的種植體的位置和姿態(tài)；確定安裝種植體需要切割的手術(shù)靶骨的切割面；確定手術(shù)機(jī)器人開始針對(duì)切割面進(jìn)行切割的切割起始位置、以及手術(shù)機(jī)器人在切割起始位置的入口方向；根據(jù)切割起始位置和入口方向，設(shè)置在其中定義手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的最大區(qū)域；生成反映切割面的虛擬切割狀態(tài)的修正的三維模型；以及根據(jù)修正的三維模型，在最大區(qū)域的范圍內(nèi)創(chuàng)建手術(shù)機(jī)器人從切割起始位置開始的切割路徑。

5、在這種情況下，該方法可以進(jìn)一步包括：設(shè)置安全區(qū)域以保護(hù)手術(shù)靶骨周圍的組織，其中切割路徑被創(chuàng)建為在安全區(qū)域內(nèi)不執(zhí)行切割。

6、另外，可以根據(jù)針對(duì)切割面的切割而預(yù)設(shè)的皮膚切口信息和安全區(qū)域的位置，來針對(duì)切割面確定手術(shù)機(jī)器人的一個(gè)或多個(gè)切割起始位置；而且可以對(duì)應(yīng)于每個(gè)切割起始位置，單獨(dú)確定最大區(qū)域和切割路徑。

7、此外，可以根據(jù)安裝種植體需要切割的切割面的數(shù)量，針對(duì)每個(gè)切割面單獨(dú)創(chuàng)建切割路徑。

8、此外，該方法還可以進(jìn)一步包括：根據(jù)手術(shù)靶骨周圍的組織的位置和預(yù)設(shè)的皮膚切口信息，設(shè)置手術(shù)機(jī)器人可自由執(zhí)行切割的自由切割區(qū)域。

9、另外，創(chuàng)建手術(shù)機(jī)器人的切割路徑可以包括：在修正的三維模型中識(shí)別切割面的外邊界；通過從外邊界施加預(yù)定偏移，來設(shè)置排除在切割之外的切割裕量區(qū)域；根據(jù)最大區(qū)域和切割裕量區(qū)域，確定用于創(chuàng)建切割路徑的切割路徑創(chuàng)建區(qū)域；以及以切割路徑創(chuàng)建區(qū)域作為邊界，來創(chuàng)建切割路徑。

10、此外，該方法還可以進(jìn)一步包括：確定手術(shù)機(jī)器人是否可以在預(yù)定的姿態(tài)范圍內(nèi)對(duì)切割路徑創(chuàng)建區(qū)域內(nèi)的所有區(qū)域執(zhí)行切割，其中，創(chuàng)建切割路徑包括：一旦未在預(yù)定的姿態(tài)范圍內(nèi)對(duì)切割路徑創(chuàng)建區(qū)域內(nèi)的所有區(qū)域執(zhí)行切割，就創(chuàng)建切割路徑以使手術(shù)機(jī)器人可以對(duì)切割路徑創(chuàng)建區(qū)域內(nèi)的一些區(qū)域進(jìn)行切割，然后返回切割起始位置，并通過改變姿態(tài)和再次進(jìn)入切割起始位置來完成切割。

11、進(jìn)一步地，可以根據(jù)針對(duì)切割面的切割而預(yù)設(shè)的皮膚切口信息和安全區(qū)域的位置，針對(duì)切割面確定手術(shù)機(jī)器人的一個(gè)或多個(gè)切割起始位置；而且可以對(duì)應(yīng)于多個(gè)切割起始位置，分別確定多個(gè)切割路徑創(chuàng)建區(qū)域。

12、此外，創(chuàng)建手術(shù)機(jī)器人的切割路徑還可以包括：確定手術(shù)機(jī)器人在切割后返回切割起始位置的返回位置。

13、此外，切割路徑可以通過考慮手術(shù)機(jī)器人的切割工具的類型和切割工具的切割特性來確定。

14、此外，確定種植體的位置和姿態(tài)可以包括：根據(jù)通過用戶界面單元進(jìn)行的用戶輸入，確定種植體的位置和姿態(tài)。

15、本公開的方面可以通過手術(shù)機(jī)器人切割路徑規(guī)劃設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑，該設(shè)備包括處理器，該處理器被配置為：根據(jù)手術(shù)靶骨的三維模型，確定要安裝在手術(shù)靶骨中的種植體的位置和姿態(tài)；確定安裝種植體需要切割的手術(shù)靶骨的切割面；確定手術(shù)機(jī)器人開始針對(duì)切割面進(jìn)行切割的切割起始位置、以及手術(shù)機(jī)器人在切割起始位置的入口方向；根據(jù)切割起始位置和入口方向，設(shè)置在其中定義手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的最大區(qū)域；生成反映切割面的虛擬切割狀態(tài)的修正的三維模型；以及根據(jù)修正的三維模型，在最大區(qū)域的范圍內(nèi)創(chuàng)建手術(shù)機(jī)器人從切割起始位置開始的切割路徑。

16、有益效果

17、如上所述，根據(jù)本公開，通過考慮患者骨骼的多樣性，自動(dòng)創(chuàng)建適合患者的切割路徑，從而提高手術(shù)效果。

18、此外，根據(jù)本公開，切割路徑被創(chuàng)建為使得手術(shù)機(jī)器人切割后剩余的殘余骨區(qū)域最小，從而簡(jiǎn)化手術(shù)過程并有效防止手術(shù)延遲。

技術(shù)特征：

1.一種用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的方法，該方法由手術(shù)機(jī)器人切割路徑規(guī)劃設(shè)備執(zhí)行，該方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括設(shè)置安全區(qū)域，以保護(hù)所述手術(shù)靶骨周圍的組織，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)安裝所述種植體需要切割的所述切割面的數(shù)量，為每個(gè)所述切割面單獨(dú)創(chuàng)建所述切割路徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述創(chuàng)建所述手術(shù)機(jī)器人的所述切割路徑包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述手術(shù)機(jī)器人是否能夠在預(yù)定的姿態(tài)范圍內(nèi)對(duì)所述切割路徑創(chuàng)建區(qū)域內(nèi)的所有區(qū)域執(zhí)行切割，

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述創(chuàng)建所述手術(shù)機(jī)器人的所述切割路徑包括：確定所述手術(shù)機(jī)器人在所述切割后返回所述切割起始位置的返回位置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述手術(shù)機(jī)器人的切割工具的類型和所述切割工具的切割特性，確定所述切割路徑。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定所述種植體的位置和姿態(tài)包括：

12.一種手術(shù)機(jī)器人切割路徑規(guī)劃設(shè)備，用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑，該設(shè)備包括處理器，

技術(shù)總結(jié)
本公開涉及一種用于規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人切割路徑的設(shè)備及其方法。規(guī)劃手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的方法包括：根據(jù)手術(shù)靶骨的三維模型，確定要安裝在手術(shù)靶骨中的種植體的位置和姿態(tài)；確定安裝種植體需要切割的手術(shù)靶骨的切割面；確定手術(shù)機(jī)器人開始切割切割面的切割起始位置、以及手術(shù)機(jī)器人在切割起始位置的入口方向；根據(jù)切割起始位置和入口方向，設(shè)置能夠在其中定義手術(shù)機(jī)器人的切割路徑的最大區(qū)域；生成修正的三維模型，其中修正的三維模型反映了切割面的虛擬切割狀態(tài)；以及根據(jù)修正的三維模型，在最大區(qū)域的范圍內(nèi)創(chuàng)建手術(shù)機(jī)器人從切割起始位置開始的切割路徑。因此，通過考慮患者骨骼的多樣性來自動(dòng)創(chuàng)建適合患者的切割路徑，從而提高了手術(shù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：李載俊,金峰晤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：克瑞肖株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22