髋臼杯安装牢固度评估方法及装置

技术领域

本发明涉及关节置换技术领域，特别是指一种髋臼杯安装牢固度评估方法及装置。

背景技术

髋关节置换是一种常见的骨科手术，用于治疗髋关节疾病或损伤。髋关节置换时需要将髋臼杯安装到人体的髋臼窝里，髋臼杯安装的是否牢固是决定髋关节置换成功与否的关键因素。目前，医生通常是根据经验和感觉来判断髋臼杯安装的牢固度，这种方法缺乏客观和量化的依据，容易出现误判和漏判。

发明专利申请CN111476832A公开了一种髋臼杯配准方法，发明专利申请CN115737219A公开了一种髋臼杯安装精度的验证方法，发明专利申请CN113509296A公开了一种自动调整髋臼杯位姿的方法、系统和手术机器人，然而，现有专利技术大多集中于如何确保髋臼杯有较佳的安装位置、安装精度等，现有技术中未发现有针对髋臼杯安装牢固度的评估方法。因此，有必要提供一种能够在术中实时监测和评估髋臼杯安装牢固度的方法和装置，以提高手术效果和安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种髋臼杯安装牢固度评估方法及装置，以提高手术效果和安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种髋臼杯安装牢固度评估方法，用于髋臼杯植入系统，所述髋臼杯植入系统包括髋臼杯和髋臼杯植入器，所述髋臼杯植入器上设有传感器，所述方法包括：

步骤1：获取传感器从髋臼杯植入器采集的信号信息，其中所述信号信息为沿着髋臼杯植入器的方向对髋臼杯进行敲击时产生的信号信息，所述信号信息包括震动信号信息、声音信号信息和加速度信号信息中的至少一种；

步骤2：对所述信号信息进行滤波，得到髋臼杯与髋臼窝之间产生的有效信号信息；

步骤3：根据所述有效信号信息，计算稳定程度指标，其中所述稳定程度指标反映髋臼杯与髋臼窝之间的稳定程度；

步骤4：根据所述稳定程度指标，对髋臼杯安装牢固度进行评估。

另一方面，提供一种髋臼杯安装牢固度评估装置，用于髋臼杯植入系统，所述髋臼杯植入系统包括髋臼杯和髋臼杯植入器，所述髋臼杯植入器上设有传感器，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取传感器从髋臼杯植入器采集的信号信息，其中所述信号信息为沿着髋臼杯植入器的方向对髋臼杯进行敲击时产生的信号信息，所述信号信息包括震动信号信息、声音信号信息和加速度信号信息中的至少一种；

滤波模块，用于对所述信号信息进行滤波，得到髋臼杯与髋臼窝之间产生的有效信号信息；

第一计算模块，用于根据所述有效信号信息，计算稳定程度指标，其中所述稳定程度指标反映髋臼杯与髋臼窝之间的稳定程度；

评估模块，用于根据所述稳定程度指标，对髋臼杯安装牢固度进行评估。

本发明具有以下有益效果：

本发明的髋臼杯安装牢固度评估方法及装置，通过在髋臼杯植入器上增设传感器，能够在术中实时监测和评估髋臼杯安装牢固度，提高手术效果和安全性，可以避免在髋臼杯上安装额外的设备，减少植入物的复杂性和风险。

附图说明

图1为应用本发明方法的髋臼杯植入系统的结构示意图；

图2为本发明的髋臼杯安装牢固度评估方法的流程示意图；

图3为本发明的髋臼杯安装牢固度评估方法具体实施例的流程图；

图4为本发明中髋臼杯植入杆示例的尺寸大小示意图；

图5为本发明的髋臼杯安装牢固度评估装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种髋臼杯安装牢固度评估方法，用于髋臼杯植入系统，如图1所示，髋臼杯植入系统包括髋臼杯1和髋臼杯植入器2，髋臼杯植入器2上设有传感器3，如图2所示，所述方法包括：

步骤1：获取传感器3从髋臼杯植入器2采集的信号信息，其中所述信号信息为沿着髋臼杯植入器2的方向对髋臼杯1进行敲击时产生的信号信息，所述信号信息包括震动信号信息、声音信号信息和加速度信号信息中的至少一种；

本步骤中，髋臼杯植入器2具体可以为髋臼杯植入杆，髋臼杯植入杆可以为金属杆，其上可以设有传感器支架21(参见图1)，在传感器支架21上安装传感器3；在沿着髋臼杯植入器2的方向上对髋臼杯1进行敲击时，应保持一定的力度和频率，以保证信号的质量和稳定性，方便传感器3采集信号信息，具体来说，可以使用震动传感器、声音传感器和/或加速度传感器，记录下震动信号、声波信号和/或加速度信号的数据；本步骤是为了后续获取髋臼杯1与髋臼窝之间产生的信号信息，以便进行后面的分析处理。

步骤2：对所述信号信息进行滤波，得到髋臼杯1与髋臼窝之间产生的有效信号信息；

本步骤中，通过对信号信息进行滤波和分离，就可以有效地去除或减弱髋臼杯植入器2本身产生的干扰信号，只保留髋臼杯1与髋臼窝之间产生的有效信号进行分析。

本步骤的原理：当髋臼杯植入器2受到敲击时，会产生两种信号，一种是来自髋臼杯植入器2本身的信号，另一种是来自髋臼杯1与髋臼窝之间的信号，这两种信号在时域和频域上都有一定的差异，可以利用这些差异来对信号信息进行滤波和分离。

作为一种可选的实施例，所述步骤2可以包括(参见图3)：

步骤21：利用时域滤波器，将所述信号信息分为两个部分，一个是包含髋臼杯植入器2本身信号的前半部分，另一个是包含髋臼杯1与髋臼窝之间信号的后半部分；

步骤22：将所述前半部分的信号信息滤除，保留后半部分的信号信息作为所述有效信号信息。

上述步骤21-22中，在时域上，髋臼杯植入器2本身的信号会比髋臼杯1与髋臼窝之间的信号更早出现，因为它们之间有一定的传播延迟，因此，可以利用时域滤波器，将信号信息分为两个部分，一个是前半部分，包含了髋臼杯植入器2本身的信号，另一个是后半部分，包含了髋臼杯1与髋臼窝之间的信号。然后，将包含髋臼杯植入器2本身信号的前半部分的信号信息去除或减弱，只保留包含髋臼杯1与髋臼窝之间信号的后半部分的信号信息，以便进行后续的分析处理。

此处对传播延迟进行举例说明。不同厂家的金属植入杆尺寸会有所不同，以常用的金属植入杆为例，具体尺寸如图4所示(尺寸单位为mm)。

该金属植入杆从植入杆顶端到传感器的距离约为15厘米，从髋臼杯到传感器的距离约为23厘米。金属植入杆的材质通常是铁，根据资料可知震动在铁质中的传播速度约为5000米/秒。

假设震动在人体髋臼窝中的反射和衰减可以忽略不计，那么从人体髋臼窝传回来的震动就相当于从髋臼杯再次发出的震动。

根据以上参数，利用公式t＝d/v计算出震动从植入杆顶端到传感器的传播时间t1为0.15/5000＝0.00003秒，从髋臼杯到传感器的传播时间t2为0.23/5000＝0.000046秒。

则可计算出震动从人体髋臼窝传递回到传感器的总时间t3为t1+t2＝0.000076秒。

传感器检测到来自植入杆的震动和从人体髋臼窝传回来的震动之间的时间差(即传播延迟)为t3-t1＝0.000076-0.00003＝0.000046秒。这个时间差使用高精度和高灵敏度的仪器就能检测出来。

作为另一种可选的实施例，所述步骤2可以包括(参见图3)：

步骤21’：利用频域滤波器，将所述信号信息分为两个部分，一个是包含髋臼杯植入器2本身信号的高频部分，另一个是包含髋臼杯1与髋臼窝之间信号的低频部分；

步骤22’：将所述高频部分的信号信息滤除，保留低频部分的信号信息作为所述有效信号信息。

上述步骤21’-22’中，在频域上，髋臼杯植入器2本身的信号会比髋臼杯1与髋臼窝之间的信号更高频，因为它们之间有一定的阻尼效应，因此，可以利用频域滤波器，将信号分为两个部分，一个是高频部分，包含了髋臼杯植入器2本身的信号，另一个是低频部分，包含了髋臼杯1与髋臼窝之间的信号。然后，将包含髋臼杯植入器2本身信号的高频部分的信号信息去除或减弱，只保留包含髋臼杯1与髋臼窝之间信号的低频部分的信号信息，以便进行后续的分析处理。

此处对高频和低频进行举例说明。使用铁锤敲击髋臼杯植入杆后，髋臼杯植入杆本身产生的是高频频率，大约为550赫兹。这是根据金属植入杆的震动频率的公式

公式中f是震动频率，n是振动模态，L是金属植入杆的长度，E是弹性模量，I是惯性矩，ρ是密度，A是截面积。

z髋臼杯植入杆的长度大约有38厘米，直径大约为10毫米，材质为不锈钢，髋臼杯植入杆在顶端被敲击。

z n＝1，因为敲击在金属植入杆的顶端，也就是长度的一端，这种情况下，当n＝1时，震动频率最适中。

z L＝0.38米，这是金属植入杆的长度。

z E＝211千兆帕，这是铁的弹性模量。

z I＝0.00098平方厘米，这是当直径为10毫米时圆形金属植入杆的惯性矩。

zρ＝7870千克每立方米，这是铁的密度。

z A＝7.85平方厘米，这是金属植入杆的截面积。

将这些参数值代入公式，可以得到髋臼杯植入杆的震动频率(高频)大约是550赫兹。这个数值只是一个估算，实际的频率可能会有一定的误差。

人体髋臼窝表面覆盖着一层软骨和松质骨，软骨和松质骨可以起到缓冲的作用，对震动信号有一定的阻尼作用，使震动信号的频率降低。根据文献中介绍软骨和松质骨可使震动信号的频率降低到原本的0.1左右。因此，髋臼杯和人体髋臼处产生的频率(低频)大约为55赫兹。这个数值只是一个估算，实际的频率可能会有一定的误差。

步骤3：根据所述有效信号信息，计算稳定程度指标，其中所述稳定程度指标反映髋臼杯1与髋臼窝之间的稳定程度；

本步骤中，稳定程度指标是指反映髋臼杯1与髋臼窝之间稳定程度大小的一个数值或一个范围。该步骤是为了将有效信号信息转换为可量化和可比较的指标，以便进行后续的评估判断。

作为一种可选的实施例，传感器3可以包括震动传感器，所述步骤1中所述信号信息包括震动信号信息；

此时，所述步骤3可以包括：

步骤31：根据所述有效信号信息，计算震动信号的频率和/或衰减速度；

步骤32：根据所述频率和/或衰减速度，计算所述稳定程度指标，其中所述稳定程度指标包括髋臼杯1与髋臼窝之间的接触面积和/或压配力。

本步骤中，根据震动信号的频率和/或衰减速度，计算髋臼杯与髋臼窝之间的接触面积和/或压配力，具体原理是：

当髋臼杯被敲击时，它会产生一个震动信号，这个信号包含了髋臼杯1与髋臼窝之间的接触信息。如果髋臼杯1与髋臼窝之间的接触面积越大，那么震动信号的频率就越低；反之，如果接触面积越小，那么震动信号的频率就越高。因此，通过分析震动信号的频率，就可以推算出髋臼杯1与髋臼窝之间的接触面积。同时，如果髋臼杯1与髋臼窝之间的压配力越大，那么震动信号的衰减速度就越快；反之，如果压配力越小，那么震动信号的衰减速度就越慢。因此，通过分析震动信号的衰减速度，就可以推算出髋臼杯1与髋臼窝之间的压配力。这样，通过对震动信号信息进行时域和频域的分析，就可以得到髋臼杯1与髋臼窝之间的接触面积和压配力的信息。震动传感器应具有高灵敏度和高稳定性，以保证信号质量和准确性。

此处对频率、接触面积、以及两者关系进行举例说明。

髋臼杯1与髋臼窝之间存在一个阻尼系数，它反映了两者之间接触时产生的能量损失。阻尼系数越大，说明能量损失越多，髋臼杯震动信号衰减越快；阻尼系数越小，说明能量损失越少，髋臼杯震动信号衰减越慢。阻尼系数与接触面积成正比，即接触面积越大，阻尼系数越大；接触面积越小，阻尼系数越小。可以使用一个简单的模型来根据阻尼系数计算出髋臼杯震动信号的频率。

髋臼杯1是一个质量为m、半径为r、刚度为k、阻尼系数为c的半球壳体，当它被敲击时，它会在沿着髋臼杯植入杆方向上产生一个振动。振动可以用一个简谐运动来描述，即x(t)＝A*cos(w*t+phi)，其中x(t)是髋臼杯1在t时刻沿着振动方向上的位移，A是振幅，w是角频率，phi是初相位。根据牛顿第二定律和胡克定律，可以得到以下微分方程：

m*x”(t)+c*x’(t)+k*x(t)＝0

其中，x’(t)和x”(t)分别表示x(t)对t的一阶和二阶导数。这是一个二阶常系数线性微分方程，它有以下通解：

x(t)＝e^(-c/2m*t)*(C1*cos(wd*t)+C2*sin(wd*t))

其中，wd＝sqrt(k/m-(c/2m)^2)是阻尼频率，C1和C2是任意常数，它们可以根据初始条件来确定。由于只关心髋臼杯震动信号的频率变化，故可以忽略初相位和常数的影响，只关注频率。

频率可以用以下公式来计算：

w＝wd/(2*pi)

髋臼杯1是一个半球壳体，可以根据其形状和材料的性质，估算出其质量、半径和刚度。如髋臼杯1是由钛合金制成的，其密度为4.5g/cm^3，那么其质量为：

m＝4/3*pi*r^3*4.5/1000*0.2

其中，r为髋臼杯的半径，单位为cm。如果髋臼杯的半径为52mm，那么其质量约为48g。

刚度可以用以下公式来计算：

k＝E*A/L

其中，E为钛合金的弹性模量，约为110GPa，A为髋臼杯与髋臼窝之间的接触面积，L为髋臼杯与髋臼窝之间的接触深度。由于接触面积和接触深度都难以准确测量，故可以根据一些经验值来进行估算。如果接触面积约为20cm^2，接触深度约为1mm，那么刚度约为2200N/m。

阻尼系数可以根据接触面积来估算，可以使用经验公式：

c＝k*alpha*A

其中，alpha是一个比例系数，它反映了接触面积对阻尼系数的影响程度。alpha的值可能受到很多因素的影响，例如髋臼杯和髋臼窝之间的摩擦系数、表面粗糙度、湿度等。这些因素都难以准确测量或控制，因此alpha的值可能有很大的变化。可以根据一些文献或数据来选择一个合适的alpha值。根据参考文献，alpha的值可以在0.01到0.1之间取值，故可以取一个中间值0.05作为一个参考值。

根据以上所有参数，当髋臼杯植入杆的频率为550Hz时，可以根据不同的接触面积来计算出髋臼杯震动信号的频率。

如果接触面积为70％总髋臼杯面积，即29.75cm^2，那么阻尼系数为3285Ns/m，频率为：

w＝sqrt(2200/0.048-(3285/0.48)^2)/(2*pi)＝39Hz；

如果接触面积为40％总髋臼杯面积，即17cm^2，那么阻尼系数为1882Ns/m，频率为：

w＝sqrt(2200/0.048-(1882/0.48)^2)/(2*pi)＝60Hz。

从这些例子中可以看到，频率降低的越多，髋臼杯1和髋臼窝之间的接触面积越大；频率降低的越少，髋臼杯1和髋臼窝之间的接触面积越小。

上述数值只是一个估算，实际的频率可能会有偏差。具体的频率值不是需要关注的值，需要关注的值是髋臼杯植入杆的频率和髋臼杯返回的频率之间的变化。也就是说，可以根据频率的变化程度来计算接触面积。

同时对衰减速度、压配力、以及两者关系进行举例说明。

如果要根据髋臼杯1上震动信号的衰减速度来判断髋臼杯1和髋臼窝之间的压配力，可以使用一个模型和公式来进行估算，即：

dA/dt＝-c/2m*A

其中，dA/dt是振幅的衰减速度，c是阻尼系数，m是质量，A是振幅。这个公式是根据振幅公式对时间求导得到，它描述了衰减速度与振幅和阻尼系数的关系。

c＝k*alpha*A

其中，c是阻尼系数，k是刚度，alpha是一个比例系数，A是接触面积。这个公式是根据经验公式得到，它描述了阻尼系数与刚度、接触面积和比例系数的关系。

P＝k*A/L

其中，P是压配力，k是刚度，A是接触面积，L是接触深度。这个公式是根据压配力的定义得到，它描述了压配力与刚度、接触面积和接触深度的关系。

由于髋臼杯是一个半球壳体，可以根据其形状和材料的性质，估算出其质量、半径和刚度。如：髋臼杯是由钛合金制成的，其密度为4.5g/cm^3，那么其质量为：

m＝4/3*pi*r^3*4.5/1000*0.2

其中，r为髋臼杯的半径，单位为cm。如果髋臼杯的半径为52mm，那么其质量约为48g。刚度可以用以下公式来计算：

k＝E*A/L

其中，E为钛合金的弹性模量，约为110GPa，A为髋臼杯与髋臼窝之间的接触面积，L为髋臼杯与髋臼窝之间的接触深度。由于接触面积和接触深度都难以准确测量，故可以根据一些经验值来进行估算。如果接触面积约为20cm^2，接触深度约为1mm，那么刚度约为2200N/m。

根据以上参数，可以根据不同的衰减速度来推算出压配力。以下是一些可能的例子：

如果衰减速度为0.01A/s，则可以根据压配力公式计算出压配力，即：

P＝k*A/L

将参数代入，得到：

P＝2200*0.00087/0.1＝19.14N；

如果衰减速度为0.05A/s，则可以根据压配力公式计算出压配力，即：

P＝k*A/L

将参数代入，得到：

P＝2200*0.00436/0.1＝95.92N。

从这些例子中可以看到，衰减速度越慢，压配力越小；衰减速度越快，压配力越大。上述数值只是一个估算，是根据震动信号的衰减速度进行的预估，实际的值可能会有一定的偏差。

声音传感器测量出髋臼杯1与髋臼窝之间的稳定程度的原理是基于声波在不同介质之间的反射规律。当声波从一种介质进入另一种介质时，会产生一部分反射波和一部分折射波。反射波是指沿着入射方向返回的声波，折射波是指沿着折射方向继续传播的声波。反射波和折射波的强度和相位都取决于入射角、入射波的强度和相位、两种介质的密度和声速等因素。当髋臼杯1被敲击时，声音传感器可以接收到来自髋臼杯1与髋臼窝之间的反射波信号。这种反射波信号在强度和相位上可以反映出髋臼杯1与髋臼窝之间的稳定程度。

故，作为另一种可选的实施例，所述传感器3可以包括声音传感器，所述步骤1中所述信号信息包括声音信号信息(具体可以包括声音的频率和/或音色等)；

此时，所述步骤3可以包括：

步骤31’：根据所述有效信号信息，计算髋臼杯1与髋臼窝之间的反射系数(反射矩阵)；

具体实施时，声音信号信息通常包含来自髋臼杯植入器2与髋臼杯1之间的反射波信号、以及来自髋臼杯1与髋臼窝之间的反射波信号；

故进一步的，所述步骤31’可以包括：

步骤311’：根据上述两反射波信号、以及已知的髋臼杯植入器2、髋臼杯1和髋臼窝的密度和声速，利用反射系数公式计算入射波的入射角、强度及相位；

本步骤中，当髋臼杯1被敲击时，声音传感器可以同时采集/测量出来自髋臼杯植入器2与髋臼杯1之间的反射波信号、以及来自髋臼杯1与髋臼窝之间的反射波信号，并根据这两种反射波信号、以及已知的髋臼杯植入器2、髋臼杯1和髋臼窝的密度和声速等参数，并利用反射系数公式求解出入射波的入射角、强度和相位。声音传感器应具有高灵敏度和高稳定性，以保证信号质量和准确性。

步骤312’：根据上述两反射波信号，计算反射波信号的幅值和相位；

本步骤中，根据声音传感器采集/接收到的上述两种反射波信号，计算出其幅值和相位。幅值是指反射波信号的最大振幅，相位是指反射波信号的相位。幅值和相位都可以通过对信号进行傅里叶变换或相关运算得到。

步骤313’：根据反射波信号的幅值和相位、以及入射波的入射角、强度及相位、髋臼杯1与髋臼窝的密度和声速，利用反射系数公式计算髋臼杯1与髋臼窝之间的反射系数；

本步骤中，根据反射波信号的幅值和相位、以及已知的(步骤312’中得出的)入射波的入射角、强度及相位、髋臼杯1与髋臼窝的密度和声速等参数，利用反射系数公式求解出髋臼杯1与髋臼窝之间的反射系数(反射矩阵)。反射系数是指反射波与入射波之间的比例关系。

这样，经过上述步骤311’-313’，即可方便的根据有效信号信息，计算出髋臼杯1与髋臼窝之间的反射系数。

步骤32’：根据所述反射系数，计算所述稳定程度指标。

作为一种可选的实施例，所述步骤32’可以包括：

根据反射系数、以及入射波的入射角及频率，计算所述稳定程度指标。

本步骤中，可以根据步骤313’中得出的反射系数、以及已知的入射波的入射角及频率等参数，利用公式或几何关系求解出稳定程度指标。各参数的计算均可以采用本领域常规技术，此处不再详述。一般来说，稳定程度指标越大，说明髋臼杯安装越牢固；稳定程度指标越小，说明髋臼杯安装越不牢固。这样，通过对声音传感器接收到的反射波信号进行分析处理，就可以计算出髋臼杯1与髋臼窝之间的稳定程度指标。

作为再一种可选的实施例，所述传感器可以为加速度传感器，所述信号信息包括加速度信号信息；

此时，所述步骤3可以包括：

根据所述有效信号信息，利用贝叶斯网络模型计算所述稳定程度指标。

本步骤中，在敲击髋臼杯1时，不是使用一个震动/声音传感器来采集震动/声音信号信息，而是使用一个加速度传感器来采集加速度信号信息，这样可以使信号信息更加直接和敏感，同时可以避免震动传感器因受到外界干扰或损坏的风险。并且在计算稳定程度指标时，不是利用反射系数公式，而是利用贝叶斯网络模型计算，这样可以使计算更加简单和有效，同时可以考虑各个指标之间的概率关系和因果关系，提高计算的合理性和有效性。本步骤可以提高信号的直接性和敏感性，从而提高判断的灵敏性和及时性；可以提高计算的简单性和有效性，从而提高判断的简便性和有效性；可以提高计算的合理性和有效性，从而提高判断的合理性和有效性。

步骤4：根据所述稳定程度指标，对髋臼杯1安装牢固度进行评估。

作为一种可选的实施例，所述步骤4可以包括：

当所述稳定程度指标为一个且超过预设阈值时，则判定髋臼杯1安装牢固；

本步骤中，是将单个稳定程度指标与预设阈值进行比较，如果稳定程度指标达到或超过预设阈值，那么说明髋臼杯1安装是牢固的，不需要使用螺钉额外固定；如果稳定程度指标低于预设阈值，那么说明髋臼杯1安装是不牢固的，还需要使用螺钉进行固定。预设阈值的大小可根据前述相应参数的计算结果灵活设定，此处不再详述。本步骤是为根据计算出的稳定程度指标对髋臼杯1安装牢固度进行客观和量化的评估判断。

本步骤不是将多个稳定程度指标进行综合评价，并与预设阈值进行比较，而是将单个稳定程度指标分别与相应预设阈值进行比较，这样可以使医生能够得知单个稳定程度指标的具体数值和状态，从而根据自己的经验和判断来决定髋臼杯1是否固定牢固。

例如在敲击髋臼杯1时，不是同时使用一个声音传感器和一个震动/加速度传感器，而是只在髋臼杯植入器2上安装一个声音传感器或者只安装一个震动/加速度传感器，这样可以减少系统的复杂性和成本，从而提高系统的简便性和经济性，同时可以避免两种信号之间的干扰和不一致，从而提高信号的质量和一致性；简化计算的过程和方法，从而提高计算的速度和效率。

本步骤中，稳定程度指标也可以为多个，多个稳定程度指标分别与相应预设阈值进行比较，这样可以使医生能够得知多个稳定程度指标的具体数值和状态，从而根据自己的经验和判断来决定髋臼杯是否固定牢固，可以提高医生对髋臼杯1安装牢固度的主观判断能力，从而提高手术效果和安全性；可以提高医生对髋臼杯1安装牢固度的具体了解程度，从而提高手术质量和效率；可以提高医生对髋臼杯1安装牢固度的处理灵活性，从而提高手术适应性和灵敏性。

也就是说，作为另一种可选的实施例，所述步骤4可以包括(参见图3)：

当所述稳定程度指标为多个且都超过预设阈值时，则判定髋臼杯安装牢固；

本步骤中，稳定程度指标为多个，将多个稳定程度指标进行综合评价，并与预设阈值进行比较。如果所有稳定程度指标都达到或超过阈值，那么说明髋臼杯1安装是牢固的，不需要使用螺钉额外固定；如果有某些稳定程度指标低于阈值，那么说明髋臼杯1安装是不牢固的，还需要使用螺钉进行固定。本步骤是为了根据计算出的稳定程度指标对髋臼杯1安装牢固度进行客观和量化的评估判断。综合评价时应考虑各个稳定程度指标之间的权重和相关性，以保证评价结果的合理性和有效性。

此外，手术过程中，如果髋臼杯1安装是不牢固的，需要使用螺钉固定，则在选择预安装螺钉的位置和方向时，还需要考虑到臼底骨骼的厚度，以避免打穿臼底造成损伤，并且需要选择那些厚度较大且能够提供稳定支撑的位置和方向。因此，需要测量出预安装螺钉的位置和方向上的骨厚度，此时，作为一种可选的实施例，所述髋臼杯植入器2上可以设有超声波发生器，所述传感器3包括声音传感器；

此时，所述步骤4之后可以包括：

步骤5：获取声音传感器采集的回波信号，其中所述回波信号为超声波发生器向预安装螺钉的位置和方向发出发射信号后声音传感器接收的发射信号在穿过骨质后返回的回波信号；

本步骤中，可以利用超声波发生器发出一个超声波信号，并利用声音传感器接收超声波信号在穿过骨质后返回的回波信号。超声波发生器应具有高频率和高功率，以保证信号强度和穿透力。

步骤6：根据所述回波信号与发射信号之间的时间差和速度差，计算所述预安装螺钉的位置和方向上的骨厚度；

本步骤中，根据回波信号与发射信号之间的时间差和速度差，就可以计算出预安装螺钉的位置和方向上的骨厚度。本步骤是为了在需要使用螺钉固定时，选择合适的位置和方向，并避免造成不必要的损伤。

作为另一种可选的实施例，所述髋臼杯植入系统还可以包括显示器(未示出)，显示器应具有高清晰度和高亮度，以保证显示效果和可视性；

此时，所述步骤4之后可以包括：

步骤5’：将相关数据和结果显示在显示器上；

本步骤中，将相关数据和结果显示在显示器上，具体可以将所有的数据和结果通过蓝牙传输到显示器上，以方便医生实时地看到植入过程中髋臼杯和人体髋臼的接触应力和接触面积等。本步骤可以将分析处理后得到的信息以图形或数字的形式展示给医生，且在显示器上不是只显示一个髋臼杯1是否固定牢固的结果，而是显示多个稳定程度指标的数值和状态，以及相应的建议或操作，以便医生实时地观察和调整植入过程，提高手术效果和安全性。

例如，如果声音指标达到或超过预设阈值，那么显示器上会显示“声音指标：合格”，并给出相应的建议或操作；如果声音指标低于预设阈值，那么显示器上会显示“声音指标：不合格”，并给出相应的建议或操作。同理，对于震动指标和加速度指标也是如此，这样可以使医生能够清晰地知道哪个指标不合格，以及应该如何处理，以便医生实时地观察和调整植入过程，提高手术效果和安全性。

作为再一种可选的实施例，所述传感器3可以通过自带电池供电或通过电线由外部电源供电；使用电线由外部电源供电可以避免电池的更换和维护，从而提高系统的便捷性和经济性，同时可以提高供电的稳定性和安全性，从而提高系统的稳定性和安全性。

所述传感器可以通过自带无线模块(如蓝牙模块)传输信息或通过数据线传输信息，使用实体数据线可以避免蓝牙信号的干扰和丢失，从而提高信号的质量和一致性，同时可以提高信息的质量和速度，从而提高信息的效率和效果。电线可以是一根铜线、一根光纤等。

安装时，可以首先将传感器3连接到电线上，从外部电源获取电力，电线应该选择合适的长度和粗细，以保证供电的充足和稳定，然后将传感器3连接到实体数据线上，从外部设备获取或发送信息，实体数据线应该选择合适的类型和规格，以保证信息的完整和快速，最后，按照上述步骤的方法，进行敲击髋臼杯1、检测信号、计算指标、显示结果等步骤。实体数据线可以是一根USB线、一根HDMI线等。

本发明中，上述髋臼杯安装牢固度评估方法具体可以由手术台旁边的控制电脑(未示出)执行，传感器3将信号实时地传递到控制电脑上，控制电脑对信号数据进行分析将结果显示在控制电脑的屏幕上。

综上，本发明的髋臼杯安装牢固度评估方法，用于髋臼杯植入系统，所述髋臼杯植入系统包括髋臼杯和髋臼杯植入器，所述髋臼杯植入器上设有传感器，所述方法首先获取传感器从髋臼杯植入器采集的信号信息，其中所述信号信息为沿着髋臼杯植入器的方向对髋臼杯进行敲击时产生的信号信息，所述信号信息包括震动信号信息、声音信号信息和加速度信号信息中的至少一个，然后对所述信号信息进行滤波，得到髋臼杯与髋臼窝之间产生的有效信号信息，之后根据所述有效信号信息，计算稳定程度指标，其中所述稳定程度指标反映髋臼杯与髋臼窝之间的稳定程度，最后根据所述稳定程度指标，对髋臼杯安装牢固度进行评估。这样，本发明通过在髋臼杯植入器上增设传感器，能够在术中实时监测和评估髋臼杯安装牢固度，提高手术效果和安全性，可以避免在髋臼杯上安装额外的设备，减少植入物的复杂性和风险，可以对信号进行滤波和分离，以去除或减弱髋臼杯植入器本身产生的干扰信号，可以利用蓝牙技术/数据线将数据无线地传输到显示器上，方便医生实时地观察。

另一方面，本发明提供一种髋臼杯安装牢固度评估装置，用于髋臼杯植入系统，如图1所示，髋臼杯植入系统包括髋臼杯1和髋臼杯植入器2，髋臼杯植入器2上设有传感器3，如图5所示，所述装置包括：

第一获取模块11，用于获取传感器从髋臼杯植入器采集的信号信息，其中所述信号信息为沿着髋臼杯植入器的方向对髋臼杯进行敲击时产生的信号信息，所述信号信息包括震动信号信息、声音信号信息和加速度信号信息中的至少一种；

滤波模块12，用于对所述信号信息进行滤波，得到髋臼杯与髋臼窝之间产生的有效信号信息；

第一计算模块13，用于根据所述有效信号信息，计算稳定程度指标，其中所述稳定程度指标反映髋臼杯与髋臼窝之间的稳定程度；

评估模块14，用于根据所述稳定程度指标，对髋臼杯安装牢固度进行评估。

本发明的装置，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

优选的，所述滤波模块12包括：

第一划分子模块，用于利用时域滤波器，将所述信号信息分为两个部分，一个是包含髋臼杯植入器本身信号的前半部分，另一个是包含髋臼杯与髋臼窝之间信号的后半部分；

第一滤除子模块，用于将所述前半部分的信号信息滤除，保留后半部分的信号信息作为所述有效信号信息；

和/或，所述滤波模块12包括：

第二划分子模块，用于利用频域滤波器，将所述信号信息分为两个部分，一个是包含髋臼杯植入器本身信号的高频部分，另一个是包含髋臼杯与髋臼窝之间信号的低频部分；

第二滤除子模块，用于将所述高频部分的信号信息滤除，保留低频部分的信号信息作为所述有效信号信息。

优选的，所述传感器包括震动传感器，所述信号信息包括震动信号信息；

此时，所述第一计算模块13包括：

第一计算子模块，用于根据所述有效信号信息，计算震动信号的频率和/或衰减速度；

第二计算子模块，用于根据所述频率和/或衰减速度，计算所述稳定程度指标，其中所述稳定程度指标包括髋臼杯与髋臼窝之间的接触面积和/或压配力。

优选的，所述信号信息包括声音信号信息；

此时，所述第一计算模块13包括：

第三计算子模块，用于根据所述有效信号信息，计算髋臼杯与髋臼窝之间的反射系数；

第四计算子模块，用于根据所述反射系数，计算所述稳定程度指标。

优选的，所述声音信号信息包含来自髋臼杯植入器与髋臼杯之间的反射波信号、以及来自髋臼杯与髋臼窝之间的反射波信号；

此时，所述第三计算子模块包括：

第一计算单元，用于根据上述两反射波信号、以及已知的髋臼杯植入器、髋臼杯和髋臼窝的密度和声速，利用反射系数公式计算入射波的入射角、强度及相位；

第二计算单元，用于根据上述两反射波信号，计算反射波信号的幅值和相位；

第三计算单元，用于根据反射波信号的幅值和相位、以及入射波的入射角、强度及相位、髋臼杯与髋臼窝的密度和声速，利用反射系数公式计算髋臼杯与髋臼窝之间的反射系数；

所述第四计算子模块包括：

第四计算单元，用于根据反射系数、以及入射波的入射角及频率，计算所述稳定程度指标。

优选的，所述信号信息包括加速度信号信息；

此时，所述第一计算模块13包括：

第五计算子模块，用于根据所述有效信号信息，利用贝叶斯网络模型计算所述稳定程度指标。

优选的，所述评估模块14包括：

第一评估子模块，用于当所述稳定程度指标为一个且超过预设阈值时，则判定髋臼杯安装牢固；

和/或，第二评估子模块，用于当所述稳定程度指标为多个且都超过预设阈值时，则判定髋臼杯安装牢固。

优选的，所述髋臼杯植入器上设有超声波发生器，所述传感器包括声音传感器；

此时，所述装置包括：

第二获取模块，用于获取声音传感器采集的回波信号，其中所述回波信号为超声波发生器向预安装螺钉的位置和方向发出发射信号后声音传感器接收的发射信号在穿过骨质后返回的回波信号；

第二计算模块，用于根据所述回波信号与发射信号之间的时间差和速度差，计算所述预安装螺钉的位置和方向上的骨厚度。

优选的，所述髋臼杯植入系统包括显示器；

此时，所述装置包括：

显示模块，用于将相关数据和结果显示在显示器上。

优选的，所述传感器通过自带电池供电或通过电线由外部电源供电；

和/或，所述传感器通过自带无线模块传输信息或通过数据线传输信息。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。