[发明专利]腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、系统和介质

说明书

本申请提供的一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、系统和介质，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系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，特别是涉及一种腓骨切割自动停刀装置、计算机设备、系统和介质。

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，通过光学定位系统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、系统和介质，以解决现有光学定位系统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。