CN105476698A - 一种激光路径跟踪器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光路径示踪器，包括中空的导向手柄，所述导向手柄的尾端为圆形盘状结构，中心部位有一直径1～1.5mm的微玻璃孔，便于激光通过；在导向手柄首端的内部设置有一与导向手柄的中心线呈45°倒角的镜面，镜面的反射面朝向尾端且其只在中心部位为反射镜面，在和镜面相对的导向手柄的侧壁上设置有透明磨砂玻璃开窗，当有激光从导向手柄尾端的微玻璃孔射入时，激光经所述镜面的反射从所述透明磨砂玻璃开窗射出，通过调整所述导向手柄的位置使磨砂玻璃开窗始终有激光射出，从而保证激光路径与所述导向手柄的中线一致，实现对激光路径的示踪。本发明还提出了上述装置在穿刺或置钉导航中的应用。本发明具有结构简单，成本低，便于制造，同时定位快速准确的优点。

Description

一种激光路径跟踪器及其应用

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种用于术中激光导航下的激光路径跟踪器及其应用。

背景技术

骨科、脑外科等术中使用导航装置进行置钉操作、定位操作等是目前比较先进的手段，可以快速直接的到达指定的位置，减少术中射线的暴露，提高手术操作成功率。目前使用的导航装置一般原理有如下几种：

(1)红外导航：类似于GPS导航装置，即使用红外线接收器，依据室内的红外发射探头来确定接受器在室内空间所处的位置，在使用前需要将操作装置和红外定位器结合，进行注册，同时，还需要将术前的图像进行注册，术中计算机进行计算，依据两者的相对位置，给出正确的方向；

(2)手术机器人：其工作原理是使用术前CT扫描的图像和术中C臂机采集的图像进行对照注册后，使用可移动的机器人根据计算机计算的位置指导医生进行相应操作。

以上两种导航为目前的主流，但其存在如下缺点：(1)红外导航需要在手术室建设时就要进行相应的规划，总体经济投入较大，设备费用昂贵；(2)手术机器人术中安装及定位繁琐，耗费时间较多，容易发生位移而报警，常常需要二次注册；(3)两者均是和术前CT的图像进行对照，虽然称为“实时”，但是却是“伪实时”，所以其准确率国内外一般报道80％～86％。在脊柱手术操作中，对精确度的要求很高，一旦偏差，就可能导致严重的后果，而以上两种导航均不能提供术中实时导航。(4)配套器械需要术前消毒；(5)以上两种导航均存在术前准备繁琐，术中操作繁琐的问题。

所以，目前需要一种更加简单快捷的导航方式，能够快速准确的进行导航，能够提供实时的影像对照。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种激光路径示踪器，可以方便快捷、准确的对激光路径进行示踪。

本发明还要解决的技术问题在于提供上述激光路径示踪器在穿刺或置钉导航中的应用。

本发明还要解决的技术问题在于提供一种实现穿刺或置钉导航的穿刺装置及其使用方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种激光路径示踪器，包括中空的导向手柄，所述导向手柄的尾端为圆形盘状结构，中心部位有一直径1～1.5mm的微玻璃孔，便于激光通过；在导向手柄首端的内部设置有一与导向手柄的中心线呈45°倒角的镜面且其只在中心部位为反射镜面，镜面的反射面朝向尾端，在和镜面相对的导向手柄的侧壁上设置有透明磨砂玻璃开窗，当有激光从导向手柄尾端的微玻璃孔射入时，激光经所述镜面的反射从所述透明磨砂玻璃开窗射出，通过调整所述导向手柄的位置使磨砂玻璃开窗始终有激光射出，从而保证激光路径与所述导向手柄的中线一致，实现对激光路径的示踪。

优选地，所述的导向手柄具有一外鞘，所述外鞘为圆柱形，便于手持。

进一步优选地，所述的激光路径示踪器的首端设置有螺口，用于连接外部装置。

本发明还提出了上述激光路径示踪器在穿刺或置钉导航中的应用。

在应用时，将穿刺工具与所述激光路径示踪器同轴连接，首先用激光定位穿刺或置钉的路径，然后利用连接有激光路径示踪器的穿刺工具按照激光定位的路径完成穿刺或置钉。

更进一步地，本发明还提出了实现上述应用的一种激光示踪辅助定位的穿刺装置，包括穿刺工具、可三维重建的C臂X光机、与所述C臂X光机的球管相配套的激光发射装置、可移动的智能手臂、计算机数据处理工作站和权利要求1所述的激光路径示踪器，其中：

所述穿刺工具与所述激光路径示踪器同轴连接；

所述的可三维重建的C臂X光机用于实现对目标部位的透视扫描和三维重建并将三维重建的结果传动到计算机处理工作站，然后由计算机处理工作站向可移动的智能手臂发出指令使其移动到指定位置。

在一种实施方式中，所述的穿刺工具为穿刺针或电钻，当为穿刺针时，当与所述激光路径示踪器连接后，所述穿刺针与和激光路径示踪器的导向手柄的中线重合；当为电钻时，所述激光路径示踪器与电钻尾部相互连接，连接后，所述电钻的钻头的轴线和激光路径示踪器的导向手柄的中线相重合。

本发明进一步提出了上述激光示踪辅助定位的穿刺装置使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)使用可三维重建的C臂X光机对目标部位进行C臂的透视扫描和三维重建，将三维重建的图像导入计算机数据处理工作站，根据C臂三维重建的结果，以球管中心的圆心为0坐标，使用计算机数据处理工作站确定图像相对C臂X光机0坐标的相对空间位置；

(2)在所述计算机数据处理工作站上设计穿刺或置钉的模拟方向，由计算机数据处理工作站向可移动的智能手臂发出指令，指挥所述智能手臂移动到与模拟方向相一致的位置，并调节激光发射装置的方向；

(3)打开激光发射装置，发出激光束，使激光束和计算机数据处理工作站模拟的穿刺或置钉方向一致，完成激光导航；

(4)使用连接有激光示踪器的穿刺针或电钻对准激光指示的目标位置，浅表刺入，然后调节激光示踪器的位置，使激光穿过激光示踪器的微玻璃孔射入空心导向手柄内，同时观察透明磨砂玻璃开窗是否有激光射出，如果有，则表明穿刺或置钉轨迹与激光指示是一致的，如果没有，则表明穿刺或置钉方向由偏差，需调整穿刺或置钉方向。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)激光路径示踪器结构简单，成本低，便于制造，且应用灵活性大，适合于各种可用激光进行定位导航的操作；

(2)所述激光路径示踪器定位准确、快速，在用于穿刺或置钉操作的导航时，术前准备简单，仅仅需要消毒该示踪装置后常规消毒铺单，对整个手术的准备没有太多的影响，没有增加术前准备的工作量。

(3)同时，在穿刺过程中，能够借助C臂机器的透视，达到实时对照，进一步提高穿刺的准确性，避免穿刺失败。

附图说明

图1为本发明的激光路径示踪器的主视图；

图2为本发明的激光路径示踪器的侧视图；

图3为本发明的激光路径示踪器的俯视图；

图4为本发明的激光路径示踪器的使用状态图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、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的描述。

如图1～图3所示，本实施例中的激光路径示踪器整体为一中空的导向手柄，导向手柄的尾端为圆形盘状结构1，中心部位有一直径1～1.5mm的微玻璃孔2，便于激光通过。在导向手柄首端设置有螺口3，用于与外部装置连接，在导向手柄首端的内部设置有一与导向手柄的中心线呈45°倒角的镜面4且其只在中心部位为反射镜面，镜面4的反射面朝向尾端，在和镜面相对的导向手柄的侧壁上设置有透明磨砂玻璃开窗5，当有激光从导向手柄尾端的微玻璃孔2射入时，激光经镜面4的反射从透明磨砂玻璃开窗5射出，通过调整导向手柄的位置使磨砂玻璃开窗始终有激光射出，从而保证激光路径与导向手柄的中线一致，实现对激光路径的示踪。导向手柄外部设置有一外鞘6，外鞘为圆柱形，便于手持。

作为激光示踪器的一个应用的实例，可以将其用于手术穿刺中，操作者利用激光示踪器捕捉激光轨迹，作用主要是保证在手术穿刺过程中，穿刺工具不偏离穿刺轨迹。

在用于上述应用时，需要首先将激光路径示踪器与穿刺工具连接，如穿刺针头7或电钻，当为穿刺针头时，穿刺针头的基底部有螺口和导向手柄设置的螺口相对应，从而和导向手柄相连接，保穿刺针头和导向手柄的中线重合；当为电钻时，在电钻的尾部设置于导向手柄设置的螺口相对应，和导向手柄连接后其钻头轴线和手柄中线相重合。在进行穿刺或置钉操作时，仅需要首先用激光对穿刺或置钉部位进行导航，然后利用连接有激光路径示踪器的穿刺工具按照导航激光的路径进行操作即可。

下面提供一种利用三维重建的C臂X光机和可移动的的智能手臂实现激光导航定位穿刺或置钉位置的实例。

在本实施例中提供了一种激光示踪辅助定位的穿刺装置，包括穿刺工具、可三维重建的C臂X光机、与所述C臂X光机的球管相配套的激光发射装置、可移动的智能手臂、计算机数据处理工作站和激光路径示踪器，其中：

穿刺工具与激光路径示踪器同轴连接；可三维重建的C臂X光机用于实现对目标部位的透视扫描和三维重建并将三维重建的结果传动到计算机处理工作站，然后由计算机处理工作站向可移动的智能手臂发出指令使其移动到指定位置。

下面以手动穿刺为例，给出该激光示踪辅助定位的穿刺装置使用方法：

(1)使用可三维重建的C臂X光机对目标部位进行C臂的透视扫描和三维重建，将三维重建的图像导入计算机数据处理工作站，根据C臂三维重建的结果，以球管中心的圆心为0坐标，使用计算机数据处理工作站确定图像相对C臂X光机0坐标的相对空间位置；

(2)在所述计算机数据处理工作站上设计穿刺或置钉的模拟方向，由计算机数据处理工作站向可移动的智能手臂发出指令，指挥所述智能手臂移动到与模拟方向相一致的位置，并调节激光发射装置的方向；

(3)打开激光发射装置，发出激光束，使激光束和计算机数据处理工作站模拟的穿刺或置钉方向一致，完成激光导航；

(4)使用连接有激光示踪器的穿刺针或电钻对准激光指示的目标位置，浅表刺入，然后调节激光示踪器的位置，使激光穿过激光示踪器的微玻璃孔射入空心导向手柄内，同时观察透明磨砂玻璃开窗是否有激光射出，如果有，则表明穿刺或置钉轨迹与激光指示是一致的，如果没有，则表明穿刺或置钉方向由偏差，需调整穿刺或置钉方向。

Claims (8)

1.一种激光路径示踪器，其特征在于，包括中空的导向手柄，所述导向手柄的尾端为圆形盘状结构，中心部位有一直径1～1.5mm的微玻璃孔，便于激光通过；在导向手柄首端的内部设置有一与导向手柄的中心线呈45°倒角的镜面且其只在中心部位为反射镜面，镜面的反射面朝向尾端，在和镜面相对的导向手柄的侧壁上设置有透明磨砂玻璃开窗，当有激光从导向手柄尾端的微玻璃孔射入时，激光经所述镜面的反射从所述透明磨砂玻璃开窗射出，通过调整所述导向手柄的位置使磨砂玻璃开窗始终有激光射出，从而保证激光路径与所述导向手柄的中线一致，实现对激光路径的示踪。

2.根据权利要求1所述的激光路径示踪器，其特征在于，所述的导向手柄具有一外鞘，所述外鞘为圆柱形，便于手持。

3.根据权利要求1所述的激光路径示踪器，其特征在于，所述的激光路径示踪器的首端设置有螺口，用于连接外部装置。

4.权利要求1所述的激光路径示踪器在穿刺或置钉导航中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，将穿刺工具与所述激光路径示踪器同轴连接，首先用激光定位穿刺或置钉的路径，然后利用连接有激光路径示踪器的穿刺工具按照激光定位的路径完成穿刺或置钉。

6.一种激光示踪辅助定位的穿刺装置，其特征在于，包括穿刺工具、可三维重建的C臂X光机、与所述C臂X光机的球管相配套的激光发射装置、可移动的智能手臂、计算机数据处理工作站和权利要求1所述的激光路径示踪器，其中：

所述穿刺工具与所述激光路径示踪器同轴连接；

所述的可三维重建的C臂X光机用于实现对目标部位的透视扫描和三维重建并将三维重建的结果传动到计算机处理工作站，然后由计算机处理工作站向可移动的智能手臂发出指令使其移动到指定位置。

7.根据权利要求6所述的激光示踪辅助定位的穿刺装置，其特征在于，所述的穿刺工具为穿刺针或电钻，当为穿刺针时，当与所述激光路径示踪器连接后，所述穿刺针与和激光路径示踪器的导向手柄的中线重合；当为电钻时，所述激光路径示踪器与电钻尾部相互连接，连接后，所述电钻的钻头的轴线和激光路径示踪器的导向手柄的中线相重合。

8.权利要求6所述的激光示踪辅助定位的穿刺装置使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)使用可三维重建的C臂X光机对目标部位进行C臂的透视扫描和三维重建，将三维重建的图像导入计算机数据处理工作站，根据C臂三维重建的结果，以球管中心的圆心为0坐标，使用计算机数据处理工作站确定图像相对C臂X光机0坐标的相对空间位置；

(2)在所述计算机数据处理工作站上设计穿刺或置钉的模拟方向，由计算机数据处理工作站向可移动的智能手臂发出指令，指挥所述智能手臂移动到与模拟方向相一致的位置，并调节激光发射装置的方向；

(3)打开激光发射装置，发出激光束，使激光束和计算机数据处理工作站模拟的穿刺或置钉方向一致，完成激光导航；

(4)使用连接有激光示踪器的穿刺针或电钻对准激光指示的目标位置，浅表刺入，然后调节激光示踪器的位置，使激光穿过激光示踪器的微玻璃孔射入空心导向手柄内，同时观察透明磨砂玻璃开窗是否有激光射出，如果有，则表明穿刺或置钉轨迹与激光指示是一致的，如果没有，则表明穿刺或置钉方向由偏差，需调整穿刺或置钉方向。