修正热电偶测量值获得实际钻削点钻骨温度的方法及设备与流程

本发明涉及一种钻孔温度，尤其涉及一种修正热电偶测量值获得实际钻削点钻骨温度的方法及设备。

背景技术：

骨骼作为生命体重要的组成部分，同时具有支持身体、保护内脏器官、制造血细胞、储存矿物质、维护血液中ph值、完成运动等重要功能。在实际生活中，运动过量、高空坠落、物体撞击等都会使骨骼受到瞬时冲击载荷的作用，进而引发骨损伤和骨折。骨折严重的会影响到人们的正常生活，如果处理不当会留下后遗症。因此对骨折进行有效的治疗显得尤为重要。在外科手术中，常采用钻头在折断骨周围钻孔以固定或安装医疗器具，维持骨结构的稳固性。在骨的钻孔的过程中，钻头对骨头的切削作用及钻头与骨质的摩擦作用会产生大量的热，由于钻削环境的封闭性，热量扩散到钻头、骨屑和皮质骨，其中大部分热量进入皮质骨。钻骨温度是骨钻过程中的—个重要考虑因素，过高的钻削温度会严重损伤骨头的性能。hayes等的研究认为切削温度会影响骨头的生命活性，如果温度保持在20-43℃的情况下不会损伤骨头的活性；为保证骨头的活性，钻骨温度不宜超过50℃。有学者对兔骨进行试验研究，得出在55℃的条件下持续30s会使骨细胞产生不可逆的死亡。也有学者同样以兔骨为试验材料，通过试验研究后提出在47℃的条件下持续l分钟是皮质骨产生热坏死的阈值条件。由此可见，手术中过高的温度会对骨组织造成伤害，影响骨组织的正常康复。严格的对钻骨温度进行控制非常重要。

不同的钻削条件对钻削温度会造成一定的影响，有些学者研究了骨科手术中主轴转速、进给量等参数对骨钻削中温度的作用效果，并进行了实验验证，结果表明：低速范围内骨钻孔时，主轴转速对温度的作用效果最大，并且温度随着主轴转速的增加而升高，随着进给量的增加而降低。近年来，随着有限元技术的不断进步，有限元技术在钻削领域的使用范围越来越广。k.alam,mitrofanov和siberschmidt对皮质骨的力学特性以及材料特性进行实验测量，测量和计算出一部分皮质骨在有限元仿真软件所需的属性参数。xiashuangli利用ansys三维钻骨有限元模型，探究了不同因素对钻骨温度的影响，并拟合了经验公式用于预测和优化合理的钻骨参数。

目前切削过程中温度测量方法主要有热电偶法与红外线测温法。由于钻削过程的封闭性，红外线无法照射到工件内部，因此不适合钻削温度的测量。热电偶法可以将热电偶丝埋入工件内，能够测量钻削过程中骨头内部的温度变化。传统的热电偶测量基本采用埋入法，如图1所示，由钻头1在皮质骨2上钻有一钻孔3，在距离钻孔3的孔壁一定距离的位置开一个一定深度的盲孔4，将热电偶5放置在盲孔4内，用于测量盲孔4底部骨头的温度，热电偶5测得的温度传输给信号处理电路6进行处理。将测量得到的最高温度作为钻削过程中骨头上升的最高温度，由于测量点并非最高温度分布区域(钻骨时产生的最高温度出现在孔内壁的最底端)，而是在最高温度分布区域的附近，同时为了测温埋放热电偶，在骨头上打孔破坏了骨头原有的完整性，在实际手术中也不可能用热电偶法进行钻骨测温；同时，热电偶法对钻骨过程中的热传导也有一定的影响，多种因素共同影响下导致实验测量的最高温度值(开孔预埋热电偶时开孔底部的温度)与实际钻削点的最高温度值(未预埋热电偶时钻孔内壁底部的温度)存在一定的误差，测温误差会对钻骨手术参数的确定造成不良影响。为了修正这一误差，本发明提供了一种修正热电偶测量的钻骨温度，并获得实际最高钻骨温度的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种修正热电偶测量值获得实际钻削点钻骨温度的方法，修正热电偶在钻骨实验测温得到的温度值与实际钻削点的最高温度数据之间存在的误差，用于提高最高温度测量结果的准确度。

本发明要解决的技术问题之一，是这样实现的：

一种修正热电偶测量值获得实际钻削点钻骨温度的方法，包括：

步骤1、建立三种有限元分析模型，分别是：模型一：考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨的理想模型、模型二：在考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型、模型三：在不考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型；

步骤2、根据模型二和模型三的结构分别进行实体钻骨测温实验得出实验结果，从最高温度提取区域中提取出实验结果中模型二结构下的最高测量温度值和模型三结构下的最高测量温度值；通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，并将优化得出的优化结果应用于模型一；

步骤3、根据实验结果对优化后的模型一、模型二和模型三进行钻骨测温仿真模拟得出仿真结果，提取出仿真结果中模型一的钻削点模拟温度值、模型二的埋装热电偶处的模拟温度值和模型三的埋装热电偶处的模拟温度值；

步骤4、根据仿真结果计算在不同的钻骨参数组合下，模型二的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间以及模型三的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间的相对误差，拟合出不同的钻骨参数下的相对误差公式，并计算出模型一实际钻削点最高温度的推算公式，根据该相对误差公式、推算公式、模型二结构下的最高测量温度值与模型三结构下的最高测量温度值计算出模型一结构下的实际钻削点最高温度值；

步骤5、根据该实际钻削点最高温度值选定骨外科手术的钻骨参数，并将模型一结构下的实际钻削点最高温度值控制在钻骨手术需要的温度范围内。

进一步地，所述步骤4具体为：

将模型一、模型二和模型三测得的最高模拟温度值分别记为t1、t2和t3，在不同的钻骨参数组合下，模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ21＝(t2-t1)/t1，模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ31＝(t3-t1)/t1，根据相对误差的计算公式δ21＝(t2-t1)/t1和δ31＝(t3-t1)/t1推出：t1＝t2/(δ21+1)和t1＝t3/(δ31+1)，进而得到模型一的实际钻削点最高温度：t1实际钻削点＝t2实验/(δ21+1)，t1实际钻削点＝t3实验/(δ31+1)；

采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型二相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：δ21＝a21+b21*d+c21*v+d21*f+e21*d*v+f21*d*f+g21*v*f+h21*d^2+i21*v^2+j21*f^2，其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

同理，拟合出模型三相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：δ31＝a31+b31*d+c31*v+d31*f+e31*d*v+f31*d*f+g31*v*f+h31*d^2+i31*v^2+j31*f^2，其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

当在实验过程中采用模型二或模型三的钻骨温度测量方式并获取实验钻骨最高温度时，利用预先获得的相对误差与钻骨参数之间的函数公式、模型二结构下的最高测量温度值t2实验、模型三结构下的最高测量温度值t3实验及模型一的实际钻削点最高温度t1实际钻削点的推算公式计算得到修正后的模型一结构下的实际钻削点最高温度值t1实际钻削点。

进一步地，所述步骤2中通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，其优化方法有：细化有限元分析模型的网格，测量和配置实验选用的骨的物理性能参数，使模型二与模型三的仿真结果与实验结果相吻合。

进一步地，所述模型一的最高温度提取区域位于钻孔内壁底端区域，所述模型二与模型三的最高温度提取区域位于开孔的底端区域。

进一步地，所述有限元分析模型的选取方式是：将骨头模型设为圆筒型骨头模型，在圆筒型骨头模型中取钻头处20～50度大小的扇形体作为有限元分析模型。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种计算机设备，修正热电偶在钻骨实验测温得到的温度值与实际钻削点的最高温度数据之间存在的误差，用于提高最高温度测量结果的准确度。

本发明要解决的技术问题之二，是这样实现的：

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

步骤1、建立三种有限元分析模型，分别是：模型一：考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨的理想模型、模型二：在考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型、模型三：在不考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型；

步骤2、根据模型二和模型三的结构分别进行实体钻骨测温实验得出实验结果，从最高温度提取区域中提取出实验结果中模型二结构下的最高测量温度值和模型三结构下的最高测量温度值；通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，并将优化得出的优化结果应用于模型一；

步骤3、根据实验结果对优化后的模型一、模型二和模型三进行钻骨测温仿真模拟得出仿真结果，提取出仿真结果中模型一的钻削点模拟温度值、模型二的埋装热电偶处的模拟温度值和模型三的埋装热电偶处的模拟温度值；

步骤4、根据仿真结果计算在不同的钻骨参数组合下，模型二的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间以及模型三的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间的相对误差，拟合出不同的钻骨参数下的相对误差公式，并计算出模型一实际钻削点最高温度的推算公式，根据该相对误差公式、推算公式、模型二结构下的最高测量温度值与模型三结构下的最高测量温度值计算出模型一结构下的实际钻削点最高温度值；

步骤5、根据该实际钻削点最高温度值选定骨外科手术的钻骨参数，并将模型一结构下的实际钻削点最高温度值控制在钻骨手术需要的温度范围内。

进一步地，所述步骤4具体为：

将模型一、模型二和模型三测得的最高模拟温度值分别记为t1、t2和t3，在不同的钻骨参数组合下，模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ21＝(t2-t1)/t1，模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ31＝(t3-t1)/t1，根据相对误差的计算公式δ21＝(t2-t1)/t1和δ31＝(t3-t1)/t1推出：t1＝t2/(δ21+1)和t1＝t3/(δ31+1)，进而得到模型一的实际钻削点最高温度：t1实际钻削点＝t2实验/(δ21+1)，t1实际钻削点＝t3实验/(δ31+1)；

采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型二相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：δ21＝a21+b21*d+c21*v+d21*f+e21*d*v+f21*d*f+g21*v*f+h21*d^2+i21*v^2+j21*f^2，其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

同理，拟合出模型三相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：δ31＝a31+b31*d+c31*v+d31*f+e31*d*v+f31*d*f+g31*v*f+h31*d^2+i31*v^2+j31*f^2，其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

当在实验过程中采用模型二或模型三的钻骨温度测量方式并获取实验钻骨最高温度时，利用预先获得的相对误差与钻骨参数之间的函数公式、模型二结构下的最高测量温度值t2实验、模型三结构下的最高测量温度值t3实验及模型一的实际钻削点最高温度t1实际钻削点的推算公式计算得到修正后的模型一结构下的实际钻削点最高温度值t1实际钻削点。

进一步地，所述步骤2中通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，其优化方法有：细化有限元分析模型的网格，测量和配置实验选用的骨的物理性能参数，使模型二与模型三的仿真结果与实验结果相吻合。

进一步地，所述模型一的最高温度提取区域位于钻孔内壁底端区域，所述模型二与模型三的最高温度提取区域位于开孔的底端区域。

进一步地，所述有限元分析模型的选取方式是：将骨头模型设为圆筒型骨头模型，在圆筒型骨头模型中取钻头处20～50度大小的扇形体作为有限元分析模型。

本发明具有如下优点：

1、通过对热电偶测量值进行修正或者获取在钻孔加工无法获得的实际钻削点最高钻孔温度，准确的最高温度值对于指导骨外科手术钻骨参数的选择相当重要；

2、对模拟钻骨仿真的有限元分析模型进行优化，取20～50分度大小的圆环进行网格划分及仿真，大大降低了仿真计算量，简化仿真过程，提高了仿真计算速度；

3、建立的误差方程可以修正所选参数范围内的钻骨参数组合的误差值，具有一定的通用性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为传统的埋丝热电偶测量钻骨温度的结构示意图。

图2(a)为本发明的有限元分析模型中的模型一的结构示意图。

图2(b)为本发明的有限元分析模型中的模型二的结构示意图。

图2(c)为本发明的有限元分析模型中的模型三的结构示意图。

图3(a)为本发明的骨头模型的结构示意图。

图3(b)为本发明简化后的骨头模型示意图。

图4为本发明钻骨温度误差修正流程图。

图5为本发明模型二的最高模拟温度值相对模型一最高模拟温度值的误差分布图。

图中标号说明：

1-钻头、2-皮质骨、3-钻孔、4-盲孔、5-热电偶、6-信号处理电路、7-骨腔液体膜、8-最高温度提取区域、2’-骨头模型。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图2(a)至图5所示，本发明的一种修正热电偶测量值获得实际钻削点钻骨温度的方法，包括：

步骤1、针对所要进行测量钻孔温度的骨头的尺寸、形状、材料，基于有限元仿真软件建立用于钻骨测温仿真模拟的三种有限元分析模型(钻骨模型)，分别如图2(a)至图2(c)所示：模型一：考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨的理想模型(模拟真实手术条件，没有用于埋放测温热电偶的开孔，活体骨腔中存在流动的体液，会带走部分钻骨过程中产生的热量，模型一的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2的底部具有骨腔液体膜7，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的底部作为最高温度提取区域8)、模型二：在考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型(部分学者进行钻骨测温实验时，一方面考虑了开孔放置热电偶，一方面保留了骨腔中的液体，模型二的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2的底部具有骨腔液体膜7，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的附近开有一盲孔4，盲孔4的底部作为最高温度提取区域8)、模型三：在不考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型(部分学者在进行钻骨测温实验时，为了便于实验，考虑了开孔放置热电偶，但去除了骨腔中的液体，模型三的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的附近开有一盲孔4，盲孔4的底部作为最高温度提取区域8)；

所述三种有限元分析模型的选取方式是：对于有限元分析模型的建立，为了让有限元分析模型更接近实际骨头形状，大多数有限元分析模型将骨头模型2’设计成圆筒型，即将骨头模型2’设为圆筒型骨头模型，如图3(a)所示，圆筒型骨头模型2’的体积较大，在进行网格划分时，产生了数量庞大的网格单元，计算周期很长，经过分析，钻削处的热影响区域较小，约占所钻孔周围30度左右的扇形区域，因此对有限元分析模型进行简化，在圆筒型骨头模型2’中取钻头处α：20～50度大小的扇形体作为有限元分析模型，即模型一、模型二和模型三中的皮质骨2部分，如图3(b)所示；

所述三种有限元分析模型的最高温度提取区域分别为：所述模型一的最高温度提取区域位于钻孔内壁底端区域，所述模型二与模型三的最高温度提取区域位于开孔的底端区域；

步骤2、根据模型二和模型三的结构分别进行实体钻骨测温实验得出实验结果，钻骨测温方法实验考虑了三种因素的影响，分别是主轴转速、进给速度和钻头直径，每种因素设置三个参数，参数的选择要参考实际骨外科手术中钻骨使用的参数。按照响应面分析法设计实验，表1为实验设计方案。模型一、模型二、模型三全部按照实验设计的参数组合进行有限元钻骨仿真，分别提取出三种模型结果的最高温度，模型一最高温度提取点在底部的钻孔内壁上，模型二、模型三提取的位置是埋装热电偶的小孔的底部。

表1：实验设计方案

从不同的最高温度提取区域中分别提取出实验结果中模型二结构下的最高测量温度值和模型三结构下的最高测量温度值；按表1的参数组合，提取三种模型17组实验条件下的最高温度。通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，即通过进行实验，利用实验结果修正有限元分析模型，确保实验场景模型的准确性；其优化方法有：细化有限元分析模型的网格，测量和配置实验选用的骨的物理性能参数，使模型二与模型三的仿真结果与实验结果相吻合，进而提高仿真结果的准确性，并将优化得出的优化结果应用于模型一(即保证模型一的细化的网格大小和骨的物理性能参数均与模型二和模型三一致，确保三种有限元分析模型的可靠性)；

步骤3、根据实验结果对优化后的模型一、模型二和模型三进行钻骨测温仿真模拟得出仿真结果，对于有限元分析模型的可靠性，需要用实验结果修正有限元分析模型，以确保有限元分析模型的真实可靠性；提取出仿真结果中模型一的钻削点的模拟温度值、模型二的埋装热电偶处的模拟温度值和模型三的埋装热电偶处的模拟温度值；

步骤4、根据仿真结果(提取的结果)计算在不同的钻骨参数组合下，模型二的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间以及模型三的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间的相对误差，拟合出不同的钻骨参数下的相对误差公式(此相对误差公式是用于修正实验测得的最高温度值)，并计算出模型一实际钻削点最高温度的推算公式，根据该相对误差公式、推算公式、模型二结构下的最高测量温度值与模型三结构下的最高测量温度值计算出模型一结构下的实际钻削点最高温度值，此时得到的实际钻削点最高温度值更为准确；具体为：

根据提取的结果，分别计算相同实验参数组合下模型二和模型三最高温度相对于模型一最高温度之间的误差，将模型一、模型二和模型三测得的最高模拟温度值分别记为t1、t2和t3，在不同的钻骨参数组合下，模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ21＝(t2-t1)/t1，不同参数组合下的误差记作：δ21-1、δ21-2、…δ21-17；同理，模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ31＝(t3-t1)/t1，模型三相对于模型一的误差记为：δ31-1、δ31-2、…δ31-17，图5为按照上述方法计算得到的模型二最高温度相对于模型一最高温度的误差分布图。

响应面分析法利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型二相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：

δ21＝a21+b21*d+c21*v+d21*f+e21*d*v+f21*d*f+g21*v*f+h21*d^2+i21*v^2+j21*f^2，(1)

其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

根据仿真实验测量的数据分析计算后，拟合得到的模型二最高温度相对于模型一最高温度的误差与钻骨参数之间的函数公式为：e＝0.30786-0.24800×d-2.44193e-004×v-6.27982e-003×f-1.93111e-005×d×v+1.10599e-003×d×f+1.02041e-006×v×f+0.041989×d^2+1.71257e-007×v^2+3.99520e-005×f^2。

同理，采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型三相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：

δ31＝a31+b31*d+c31*v+d31*f+e31*d*v+f31*d*f+g31*v*f+h31*d^2+i31*v^2+j31*f^2，(2)

其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

根据相对误差的计算公式δ21＝(t2-t1)/t1和δ31＝(t3-t1)/t1推出：t1＝t2/(δ21+1)和t1＝t3/(δ31+1)，进而得到模型一的实际钻削点最高温度：

t1实际钻削点＝t2实验/(δ21+1)

t1实际钻削点＝t3实验/(δ31+1)(3)；

当在实验过程中采用模型二或模型三的钻骨温度测量方式并获取实验钻骨最高温度时，利用预先获得的相对误差与钻骨参数之间的函数公式(1)和公式(2)、模型二结构下的最高测量温度值t2实验、模型三结构下的最高测量温度值t3实验及模型一的实际钻削点最高温度t1实际钻削点的推算公式(3)计算得到修正后的模型一结构下的实际钻削点最高温度值t1实际钻削点；

步骤5、根据该实际钻削点最高温度值选定骨外科手术的钻骨参数，并将模型一结构下的实际钻削点最高温度值控制在钻骨手术需要的温度范围内，经过误差修正得到的更为准确的最高钻骨温度数据可以对钻骨手术进行安全的指导，可以避免因为不合理的钻骨参数组合造成的手术风险。

如图2(a)至图5所示，本发明的一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

步骤1、针对所要进行测量钻孔温度的骨头的尺寸、形状、材料，基于有限元仿真软件建立用于钻骨测温仿真模拟的三种有限元分析模型(钻骨模型)，分别如图2(a)至图2(c)所示：模型一：考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨的理想模型(模拟真实手术条件，没有用于埋放测温热电偶的开孔，活体骨腔中存在流动的体液，会带走部分钻骨过程中产生的热量，模型一的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2的底部具有骨腔液体膜7，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的底部作为最高温度提取区域8)、模型二：在考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型(部分学者进行钻骨测温实验时，一方面考虑了开孔放置热电偶，一方面保留了骨腔中的液体，模型二的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2的底部具有骨腔液体膜7，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的附近开有一盲孔4，盲孔4的底部作为最高温度提取区域8)、模型三：在不考虑骨腔液体流动的圆柱型胫骨上开孔埋装热电偶的实验场景模型(部分学者在进行钻骨测温实验时，为了便于实验，考虑了开孔放置热电偶，但去除了骨腔中的液体，模型三的结构是具有一局部的皮质骨2，皮质骨2上由钻头1钻有一钻孔3，钻孔3的附近开有一盲孔4，盲孔4的底部作为最高温度提取区域8)；

所述三种有限元分析模型的选取方式是：对于有限元分析模型的建立，为了让有限元分析模型更接近实际骨头形状，大多数有限元分析模型将骨头模型2’设计成圆筒型，即将骨头模型2’设为圆筒型骨头模型，如图3(a)所示，圆筒型骨头模型2’的体积较大，在进行网格划分时，产生了数量庞大的网格单元，计算周期很长，经过分析，钻削处的热影响区域较小，约占所钻孔周围30度左右的扇形区域，因此对有限元分析模型进行简化，在圆筒型骨头模型2’中取钻头处α：20～50度大小的扇形体作为有限元分析模型，即模型一、模型二和模型三中的皮质骨2部分，如图3(b)所示；

所述三种有限元分析模型的最高温度提取区域分别为：所述模型一的最高温度提取区域位于钻孔内壁底端区域，所述模型二与模型三的最高温度提取区域位于开孔的底端区域；

步骤2、根据模型二和模型三的结构分别进行实体钻骨测温实验得出实验结果，钻骨测温方法实验考虑了三种因素的影响，分别是主轴转速、进给速度和钻头直径，每种因素设置三个参数，参数的选择要参考实际骨外科手术中钻骨使用的参数。按照响应面分析法设计实验，表1为实验设计方案。模型一、模型二、模型三全部按照实验设计的参数组合进行有限元钻骨仿真，分别提取出三种模型结果的最高温度，模型一最高温度提取点在底部的钻孔内壁上，模型二、模型三提取的位置是埋装热电偶的小孔的底部。

表1：实验设计方案

从不同的最高温度提取区域中分别提取出实验结果中模型二结构下的最高测量温度值和模型三结构下的最高测量温度值；按表1的参数组合，提取三种模型17组实验条件下的最高温度。通过该实验结果分别对模型二与模型三进行优化，即通过进行实验，利用实验结果修正有限元分析模型，确保实验场景模型的准确性；其优化方法有：细化有限元分析模型的网格，测量和配置实验选用的骨的物理性能参数，使模型二与模型三的仿真结果与实验结果相吻合，进而提高仿真结果的准确性，并将优化得出的优化结果应用于模型一(即保证模型一的细化的网格大小和骨的物理性能参数均与模型二和模型三一致，确保三种有限元分析模型的可靠性)；

步骤3、根据实验结果对优化后的模型一、模型二和模型三进行钻骨测温仿真模拟得出仿真结果，对于有限元分析模型的可靠性，需要用实验结果修正有限元分析模型，以确保有限元分析模型的真实可靠性；提取出仿真结果中模型一的钻削点的模拟温度值、模型二的埋装热电偶处的模拟温度值和模型三的埋装热电偶处的模拟温度值；

步骤4、根据仿真结果(提取的结果)计算在不同的钻骨参数组合下，模型二的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间以及模型三的最高模拟温度值和模型一的最高模拟温度值之间的相对误差，拟合出不同的钻骨参数下的相对误差公式(此相对误差公式是用于修正实验测得的最高温度值)，并计算出模型一实际钻削点最高温度的推算公式，根据该相对误差公式、推算公式、模型二结构下的最高测量温度值与模型三结构下的最高测量温度值计算出模型一结构下的实际钻削点最高温度值，此时得到的实际钻削点最高温度值更为准确；具体为：

根据提取的结果，分别计算相同实验参数组合下模型二和模型三最高温度相对于模型一最高温度之间的误差，将模型一、模型二和模型三测得的最高模拟温度值分别记为t1、t2和t3，在不同的钻骨参数组合下，模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ21＝(t2-t1)/t1，不同参数组合下的误差记作：δ21-1、δ21-2、…δ21-17；同理，模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差记为：δ31＝(t3-t1)/t1，模型三相对于模型一的误差记为：δ31-1、δ31-2、…δ31-17，图5为按照上述方法计算得到的模型二最高温度相对于模型一最高温度的误差分布图。

响应面分析法利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型二测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型二相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：

δ21＝a21+b21*d+c21*v+d21*f+e21*d*v+f21*d*f+g21*v*f+h21*d^2+i21*v^2+j21*f^2，(1)

其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

根据仿真实验测量的数据分析计算后，拟合得到的模型二最高温度相对于模型一最高温度的误差与钻骨参数之间的函数公式为：e＝0.30786-0.24800×d-2.44193e-004×v-6.27982e-003×f-1.93111e-005×d×v+1.10599e-003×d×f+1.02041e-006×v×f+0.041989×d2+1.71257e-007×v2+3.99520e-005×f2。

同理，采用响应面分析法对不同的钻骨参数下模型三测得的最高模拟温度值相对于模型一的相对误差进行分析，不同的钻骨参数包括钻头直径、主轴转速和进给速度，并拟合出模型三相对于模型一的相对误差与钻骨参数之间的函数公式：

δ31＝a31+b31*d+c31*v+d31*f+e31*d*v+f31*d*f+g31*v*f+h31*d^2+i31*v^2+j31*f^2，(2)

其中a、b、c、d、e、f、g、h、i和j代表系数，d代表钻头直径，v代表主轴转速，f代表进给速度；

根据相对误差的计算公式δ21＝(t2-t1)/t1和δ31＝(t3-t1)/t1推出：

t1实际钻削点＝t2实验/(δ21+1)

t1实际钻削点＝t3实验/(δ31+1)(3)；

当在实验过程中采用模型二或模型三的钻骨温度测量方式并获取实验钻骨最高温度时，利用预先获得的相对误差与钻骨参数之间的函数公式(1)和公式(2)、模型二结构下的最高测量温度值t2实验、模型三结构下的最高测量温度值t3实验及模型一的实际钻削点最高温度t1实际钻削点的推算公式(3)计算得到修正后的模型一结构下的实际钻削点最高温度值t1实际钻削点；

步骤5、根据该实际钻削点最高温度值选定骨外科手术的钻骨参数，并将模型一结构下的实际钻削点最高温度值控制在钻骨手术需要的温度范围内，经过误差修正得到的更为准确的最高钻骨温度数据可以对钻骨手术进行安全的指导，可以避免因为不合理的钻骨参数组合造成的手术风险。

本发明方法修正了实验条件下测得的钻骨最高温度值，提高了实验条件下测量的钻骨最高温度值的准确性，为准确的指导手术钻骨过程提供了帮助。本发明的修正方法不局限于钻骨温度测量值的修正，同样适用于其他材料的钻孔温度测量修正。虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。