具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本实施例提供了一种磨骨量安全范围确定方法，图1是根据本申请实施例的磨骨量安全范围确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤S101，获取与目标对象的关节部位对应的CT图像。

在本实施例中，CT图像可以是二维图像，也可以是三维图像，CT图像用于展示待手术的关节部位，为了进行辅助定位，预先获得关节部位的CT图像，并获得该CT图像在对应坐标系中的标识。例如，根据关节部位的CT(电子计算机断层扫描，Computed Tomography，简称为CT)扫描图像建立用于展示手术部位的骨解剖3D模型，继而对此3D模型建立一个空间上的坐标系展示，对于3D模型上每个点均有对应的坐标，并基于该3D模型进行术前规划，确定手术方案。

步骤S102，利用骨密度探测模块获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息。

在本实施例中，骨密度探测模块可以为超声骨密度探测器，将超声骨密度探测模块固定设置于目标对象的关节部位的周边区域，实时对关节部位进行超声扫描，并获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息。

步骤S103，根据骨密度信息和骨强度信息获得磨骨参数。

在本实施例中，磨骨模块可以设置于机器人系统中机械臂模块的末端，磨骨模块可以包括驱动单元和执行单元，其中，驱动单元与机械臂模块的末端固定连接，执行单元包括用于磨挫骨头的髋臼锉，即钻头。

在上述实施例中，还可以实时获取磨骨模块在磨骨模块目标对象的关节部位进行磨挫操作时的力反馈信息，并根据力反馈信息配置磨骨参数，其中，在关节部位中的力反馈信息可以由设置于磨骨模块上和/或机械臂模块上的压力传感器等设备获取。

步骤S104，利用超声探测模块获取关节部位对应的超声图像。

在本实施例中，超声探测模块可以设置在目标对象的关节部位处，在磨骨模块对目标对象的关节部位进行磨挫操作时，可以利用超声探测模块对目标对象的关节部位实时进行超声扫描，并基于发射的超声波和接收的反射超声波对目标对象的关节部位进行超声成像处理，实时获取关节部位的超声图像，其中，超声图像可以是三维超声图像。

步骤S105，根据超声图像对CT图像进行实时修正，并获取当前磨骨量。

在本实施例中，基于获取的实时超声图像，可以对术前得到的CT图像进行实时修正，并比较修正后的CT图像和修正前的CT图像，进而得到目标对象的关节部位的实时磨骨量，其中，修正前的CT图像即术前得到的与目标对象的关节部位对应的初始CT图像。

步骤S106，根据磨骨参数和当前磨骨量，计算得到磨骨量安全范围。

在本实施例中，基于磨骨参数和当前磨骨量，可以综合计算得到磨骨量安全范围等，并在机器人系统的显示模块上实时显示当前磨骨量以及磨骨量安全范围，提供骨密度安全屏障，为医生进行关节置换手术提供更安全的保障。

在上述实施例中，磨骨量安全范围可以包括磨骨参数的边界和磨骨量的边界。

在上述实施例中，磨骨参数可以包括但不限于以下至少之一：磨骨进给量、磨骨转速和磨骨力度；磨骨量安全范围可以以骨强度安全线的形式绘制在修正后的CT图像上。

在上述实施例中，关节置换手术可以包括膝关节置换手术、髋关节置换手术，也可以包括肩关节、肘关节、踝关节等关节置换手术，在本实施例中，以髋关节置换手术作为示例。

在采用MAKO机器人系统的关节置换手术中，通过术前对目标对象待手术的关节部位进行CT扫描，并将导航系统与机械臂进行注册配准，利用导航系统实时监测安装在机械臂末端以及目标对象髋关节等处的追踪阵列，实时获取机械臂末端电钻的位姿信息，实现磨骨量的监测。然而在这类技术方案中，追踪阵列容易发生移动，导致导航精度降低；同时，导航系统在使用过程中视野区域容易被遮挡，进而影响手术效率。

超声骨密度探测器是骨密度检测仪的微型化版本。骨密度测量系统是超声诊断学范畴中的一项专门技术，其主要利用骨质对超声衰减和声速的变化来进行无创、无损、无辐射检测人体骨密骨强度等生理学参数，常用于骨质疏松疾病的诊断。

在本实施例中，通过设置超声骨密度探测器和超声探测模块，实现在磨骨模块对骨头的磨挫过程中，利用超声骨密度探测器实时反馈目标对象的关节部位的骨密度信息和骨强度信息，以及利用超声探测模块实时反馈关节部位的超声图像，并利用该超声图像对术前获取的CT图像进行实时修正，通过比较术前和术中的CT图像实现对磨骨量的实时监测，不必安装各类追踪阵列，降低术前工作量，提高手术效率；同时可以与导航系统兼容，在导航系统失效(例如视野区域被遮挡时)及时补偿相关的磨骨信息，保障关节置换手术的可靠性。

通过上述步骤S101至步骤S106，通过获取与目标对象的关节部位对应的CT图像；利用骨密度探测模块获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息；根据骨密度信息和骨强度信息获得磨骨参数；利用超声探测模块获取关节部位对应的超声图像；根据超声图像对CT图像进行实时修正，并获取当前磨骨量；根据磨骨参数和当前磨骨量，计算得到磨骨量安全范围。通过本申请，解决了相关技术中在关节置换手术中对磨骨量的实时监测可靠性低的问题，实现了提高在关节置换手术中对磨骨量的实时监测的可靠性的技术效果。

在其中一些实施例中，该方法还包括：根据当前磨骨量和磨骨量安全范围，确定是否对机器人系统中驱动磨骨模块的机械臂模块发送导航校准指令。

在本实施例中，磨骨量安全范围可以以骨强度安全线的形式绘制在修正后的CT图像上，并利用机器人系统中的展示模块可视化的展现给用户，用户可以根据当前磨骨量以及磨骨量安全范围，判断当前手术中的磨骨是否到位，例如，在当前磨骨量超出磨骨量安全范围时，向机器人系统中驱动磨骨模块的机械臂模块发送导航校准指令，防止磨骨模块磨挫好骨或者其他软组织等，保障关节置换手术的安全性。

在其中一些实施例中，该方法还包括：在修正后的CT图像上绘制对应于磨骨量安全范围的骨强度安全线，并利用机器人系统中的展示模块展示骨强度安全线和当前磨骨量。

在本实施例中，可以将磨骨量安全范围以可视化的形式展现在关节实时模型上，例如在关节实时模型上展示骨强度安全线等，用户可以判断当前磨骨量是否超过骨强度安全线，并在当前磨骨量超出骨强度安全线时，向机器人系统中驱动磨骨模块的机械臂模块发送导航校准指令，防止磨骨模块磨挫好骨或者其他软组织等，保障关节置换手术的安全性，实时提供骨密度安全屏障，向医生提供可以直观判断磨骨是否到位的可视化功能，为医生进行手术提供更安全的保障。

在上述实施例中，机器人系统的展示模块可以展示修正前的CT图像、修正后的CT图像，骨强度安全线可以绘制在修正前的CT图像(即术前的CT图像)上也可以绘制在修正后的CT图像(即术后的CT图像)上，当前磨骨量可以以数值的形式展示，也可以以绘图的形式展示在CT图像上，向医生提供可以直观判断磨骨是否到位的可视化功能。

在其中一些实施例中骨密度探测模块包括探测单元和处理单元；利用骨密度探测模块获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息通过如下步骤实现：

步骤1，探测单元向关节部位发射超声波，并接收关节部位反射的超声波。

步骤2，处理单元根据发射的超声波和反射的超声波生成关节部位的骨密度信息和骨强度信息。

在本实施例中，探测单元可以为超声探头，超声探头可以包括发射部分和接收部分，超声探头可以与目标对象的被测骨(例如髋骨)接触，并且在两者的接触面之间填充或涂覆医用超声耦合剂，以减小超声在空气与目标对象的被测骨之间的界面损失，使超声波在发射部分和接收部分与目标对象的髋骨之间有效地传输。

超声探头的发射部分向目标对象的关节部位发射超声波，超声波发送到人体组织及骨骼中，一部分能量会返回到探头；超声探头的接收部分能够接收经关节部位反射后的超声波，并进行声-电转换，把包含声速信号的回波转变为电信号，以生成接收信号。

处理单元可以根据该接收信号生成骨密度数据，骨密度数据包括但不限于以下至少之一：骨密度信息、骨强度信息、骨质疏松状态信息等。

在其中一些实施例中，处理单元还可以根据接收信号进行超声成像，例如，可以利用骨密度探测模块获取关节部位对应的超声图像，包括：

步骤1，探测单元向关节部位发射超声波，并接收关节部位反射的超声波。

步骤2，处理单元根据发射的超声波和反射的超声波生成关节部位的超声图像。

在本实施例中，可以利用骨密度探测模块的探测单元对关节部位进行超声扫描，进而进行超声成像，生成关节部位的超声图像，也可以利用超声探测模块对关节部位进行超声扫描，生成关节部位的超声图像。

在其中一些实施例中，获取与目标对象的关节部位对应的CT图像通过如下步骤实现：

步骤1，获取与目标对象的关节部位对应的医学图像数据。

步骤2，根据医学图像数据对目标对象的关节部位进行分割和重建，确定与目标对象的关节部位对应的第一三维模型，并将第一三维模型作为与目标对象的关节部位对应的CT图像。

在上述实施例中，可以根据超声图像对CT图像进行图像配准；根据实时获得的超声数据实时重建超声图像，并根据超声图像对CT图像进行实时修正，根据修正后的CT图像对目标对象的关节部位进行分割和重建，确定与目标对象的关节部位对应的第二三维模型。

在本实施例中，通过将超声图像与CT图像进行图像配准，可以提高后续基于修正后的CT图像生成的第二三维模型的准确性，进而在后续基于该第二三维模型对磨骨模块进行导航定位或者基于该第二三维模型计算磨骨量的过程中，提高导航定位和/或对磨骨量的实时监测的准确率。

在其中一些实施例，该方法还包括：根据骨密度信息和骨强度信息，确定目标对象的关节部位的骨质疏松状态。

在本实施例中，还可以根据骨密度信息、骨强度信息和骨质疏松状态，对磨骨模块进行参数配置，得到与骨密度信息、骨强度信息以及骨质疏松状态均对应的磨骨参数。

在上述实施例中，由于目标对象可能存在骨质疏松问题，因此，需要对目标对象关节部位是否存在骨质疏松进行检测，并根据目标对象的关节部位的骨质疏松状态修正磨骨参数，以防止关节部位由于骨质疏松所导致的手中受伤等问题，保障关节置换手术的可靠性。

本实施例提供了一种关节置换手术机器人系统，图2是根据本申请实施例的关节置换手术机器人系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：磨骨模块20、机械臂模块21、控制模块22、超声探测模块23和骨密度探测模块24，其中，磨骨模块20与机械臂模块21的末端固定连接，用于对目标对象的关节部位进行磨骨操作；机械臂模块21与控制模块22通信连接，用于接收控制模块22发送的导航指令，并根据导航指令将磨骨模块20移动至目标对象的关节部位；超声探测模块23设置于目标对象的关节部位，与控制模块22通信连接，用于对目标对象的关节部位进行超声扫描；骨密度探测模块24设置于目标对象的关节部位，与控制模块22通信连接，用于获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息；控制模块22用于如上述实施例的磨骨量安全范围确定方法。

在本实施例中，磨骨模块20可以包括电钻手柄、电钻主体机构以及钻头，其中，电钻手柄可以支持医生手持电钻，电钻主体机构包括驱动电钻的电机以及驱动机构，驱动机构与钻头连接，钻头包括髋臼锉，用于磨挫骨头，磨骨模块20可以通过适配模块25与机械臂模块21的末端固定连接。

在上述实施例中，骨密度探测模块24可以为超声骨密度探测器，其中，超声骨密度探测器包括探测单元241以及处理单元242，探测单元241可以包括微型传感器(超声诊断设备)用于向预设部位发射超声波并接收预设部位反射的超声波，处理单元242可以包括微型电路板，用于对探测单元241采集到的数据进行处理放大等操作，并将其发送给控制模块22，以使得控制模块22可以基于探测单元241采集到的数据进行当前磨骨量的计算。

在上述实施例中，该系统还包括显示模块24，与控制模块22通信连接，用于展示由控制模块22计算得到的当前磨骨量、磨骨量安全范围和CT图像等信息。

在其中一些实施例中，控制模块22还被配置为用于获取与目标对象的关节部位对应的CT图像；利用骨密度探测模块24获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息；根据骨密度信息和骨强度信息获得磨骨参数；利用超声探测模块23获取关节部位对应的超声图像；根据超声图像对CT图像进行实时修正，并获取当前磨骨量；根据磨骨参数和当前磨骨量，计算得到磨骨量安全范围。

在其中一些实施例中，控制模块22还被配置为用于根据当前磨骨量和磨骨量安全范围，确定是否对机器人系统中驱动磨骨模块20的机械臂模块21发送导航校准指令。

在其中一些实施例中，控制模块22还被配置为用于在修正后的CT图像上绘制对应于磨骨量安全范围的骨强度安全线，并利用机器人系统中的展示模块展示骨强度安全线的和当前磨骨量。

在其中一些实施例中，控制模块22还被配置为用于将超声图像与CT图像配准；根据实时获得的超声数据实时重建超声图像，并根据超声图像对CT图像进行实时修正。

在其中一些实施例中，控制模块22还被配置为用于将修正后的CT图像与修正前的CT图像进行比较分析，获得当前磨骨量。

在其中一些实施例中，磨骨参数包括磨骨进给量、磨骨转速、磨骨力度。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

本实施例还提供了一种电子装置，图3是根据本申请实施例的电子装置的硬件结构示意图，如图3所示，该电子装置包括存储器304和处理器302，该存储器304中存储有计算机程序，该处理器302被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

具体地，上述处理器302可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器304可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器304可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(Solid State Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(UniversalSerial Bus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器304可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器304可在关节置换手术机器人系统的内部或外部。在特定实施例中，存储器304是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器304包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)和随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-Only Memory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(StaticRandom-Access Memory，简称为SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，简称为DRAM)，其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器(Fast Page ModeDynamic Random Access Memory，简称为FPMDRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(Extended Date Out Dynamic Random Access Memory，简称为EDODRAM)、同步动态随机存取内存(Synchronous Dynamic Random-Access Memory，简称SDRAM)等。

存储器304可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器302所执行的可能的计算机程序指令。

处理器302通过读取并执行存储器304中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种磨骨量安全范围确定方法。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备306以及输入输出设备308，其中，该传输设备306和上述处理器302连接，该输入输出设备308和上述处理器302连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器302可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取与目标对象的关节部位对应的CT图像。

S2，利用骨密度探测模块获取关节部位的骨密度信息和骨强度信息。

S3，根据骨密度信息和骨强度信息获得磨骨参数。

S4，利用超声探测模块获取关节部位对应的超声图像。

S5，根据超声图像对CT图像进行实时修正，并获取当前磨骨量。

S6，根据磨骨参数和当前磨骨量，计算得到磨骨量安全范围。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

另外，结合上述实施例中的磨骨量安全范围确定方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种磨骨量安全范围确定方法。

本领域的技术人员应该明白，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。