CN108078627A - 一种导向器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及手术导航机器人配套工具，尤其适用于脊柱微创手术。具体公开了一种导向器，其包括导向杆以及两个导向筒，两个所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并分布在所述导向杆的两侧。本发明所提供的导向器通过包括两个分布在导向杆两侧的导向筒，使得其覆盖的定位定向空间范围大大增加，降低了脊柱手术导航机器人的运行姿态调整的范围限制，提升了植入物置入过程中的实时光学跟踪的效果，从而提高了手术安全性和流畅性。

Description

一种导向器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种与手术导航机器人配套使用的导向器。

背景技术

近年来脊柱手术趋向于微创化和精准化，脊柱手术导航和机器人技术也取得了显著发展，并呈现出技术融合互补的趋势，即定位机器人利用实时导航来校正患者解剖移位等所引起的定位偏差，手术导航利用机械臂来自动定位和稳定手术工具方向，由此形成了当前脊柱手术导航机器人的主流技术架构。目前的脊柱手术导航机器人通常连接有导向器，导向器虚拟中心轴指向即为机器人的核心定位，所有定位定向相关外科操作均在导向器的引导下进行。

然而，目前与脊柱手术导航机器人配套使用的导向器均是单个导向筒和单一引导通道，具有一定的局限性，在左右侧椎弓根骨性通道间切换定位时，机械臂需调整姿态来适应定位，在较大椎弓根横向角或某些特殊规划角度时，机械臂姿态的运行调整范围较大，为达到最佳定位精度，最后的定位姿态可能会妨碍术者外科操作、失去光学跟踪或带来其他风险。而当置入螺钉方向为头尾向倾斜时，机械臂常难以或无法到达目标位置。另外，在置入多枚螺钉时，机械臂需反复调整运行姿态，反复中断术者外科操作，从而降低了手术流畅性，延长了手术时间，增加了手术风险。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种导向器，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的下述技术问题之一：

1.机器人辅助手术过程中机械臂的运动幅度和空间形态占用范围过大，造成机械臂的运行对手术操作空间造成干扰；

2.患者示踪器与导航设备之间的光路传导容易受到遮挡，导致导航定位精度损失；

3.单导向器限制了植入物通道的定位范围和定向角度，且造成手术步骤和路径规划的繁琐不便；

4.导向筒的长度限制了术中撤出骨针的操作，造成不便。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种导向器，其包括导向杆以及两个导向筒，两个所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并分布在所述导向杆的两侧。

其中，所述导向筒的侧壁上设置有平行于该导向筒轴线供导针通过的缝隙。

其中，所述导向筒的所述缝隙位于该导向筒远离另一导向筒的一侧。

其中，所述缝隙的宽度为2mm到4mm。

其中，两个所述导向筒的轴线共面，且两个所述导向筒的轴线的夹角为30°至90°。

其中，所述导向杆的轴线与两个所述导向筒的轴线所在的平面之间的夹角为30°至60°。

其中，两个所述导向筒经由连接件与所述导向杆连接，所述连接件与所述导向杆固定连接或可拆卸式连接。

其中，还包括用于与手术导航机器人的机械臂连接的固定杆，所述固定杆与所述导向杆远离所述导向筒的一端连接。

其中，所述固定杆经由连接座与所述机械臂连接，该连接座包括用于与所述机械臂连接的第一连接部以及与该第一连接部连接的第二连接部，第二连接部远离第一连接部的一端设置有用于供固定杆插接在内的安装槽，第二连接部上还设置有用于将所述固定杆和所述第二连接部锁死的锁止机构。

其中，所述导向杆与所述固定杆的连接处设置有定位凸缘。

也可以在导向筒侧壁适配设置固定螺母，用于临时固定插入套管的其他手术工具。

(三)有益效果

本发明所提供的导向器通过在导向杆的一端设置两个导向筒，且这两个导向筒分布在导向杆的两侧，形成适当夹角，增大了导向筒覆盖的范围，因而大幅缩小了与导向器连接的手术导航机器人机械臂的运行姿态调整范围，且不容易妨碍术者外科操作、失去光学跟踪或带来其他风险。另外，在置入多枚植入物时，两个导向筒大大降低了机械臂运行姿态的调整需要，也降低了多路径时的机械臂运行策略规划的难度，缩短了手术时间，降低了手术风险。并且，导向筒上设置缝隙的开式结构设计也方便了术者进行骨针撤出的操作。

综上所述，本发明所提供的导向器大大降低了脊柱等骨科手术导航机器人的运行姿态调整范围，提高了植入物置入过程中的实时光学跟踪精度，并提高了手术安全性和流畅性。本发明所提供的导向器适用于脊柱外科手术，例如颈胸腰骶椎的椎弓根螺钉内固定术等。

附图说明

图1是根据本发明的一种导向器的一个优选实施例的结构示意图；

图2是图1中的导向器的主视示意图；

图3是图2中的导向器的俯视示意图；

图4为图1中的导向器从另一角度看到的结构示意图；

图5为图1中的导向器从又一角度看到的结构示意图；

图6是根据本发明的一种导向器的另一具有固定螺栓的实施例的结构示意图；

图7是图1中的导向器与脊柱手术导航机器人的机械臂的连接示意图；

图8是图7中的连接座的结构示意图；

图9是利用脊柱手术导航机器人以及与其连接的导向器进行手术的示意图。

图中，1：导向杆；2：导向筒；3：连接件；4：固定杆；5：缝隙；6：锁紧槽；7：定位凸缘；8：锁紧螺栓；9：导针；10：机械臂；11：导航相机；12：患者示踪器；13：连接座；13A：第一连接部；13B：第二连接部；14：安装槽；15：内螺纹管；16：固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1至图5示出了根据本发明的一种导向器的一个优选实施例。如图所示，该导向器包括导向杆1以及两个导向筒2，两个导向筒2均与导向杆1的同一端连接，并分布在导向杆1的两侧，优选对称分布在导向杆1的两侧。该导向器通过在导向杆1的一端设置两个导向筒2，且两个导向筒2分布在导向杆1的两侧，因此在左右侧椎弓根通道间切换定位时，脊柱手术导航机器人的机械臂10不需要调整姿态来适应定位，仅需要更换所使用的导向筒2即可。在较大椎弓根横向角或某些特殊规划角度时，由于两个导向筒2所覆盖的范围较大，因而使得机械臂10可以从两个导向筒位置角度中选择其一，实现更为便捷的路径，机械臂10的运行姿态调整范围大幅缩小，且不容易妨碍术者外科操作、失去光学跟踪或带来其他风险。另外，在置入多枚植入物时，两个导向筒2大大降低了机械臂10运行姿态的调整需要，也降低了多路径时的机械臂10运行策略规划的难度，缩短了手术时间，降低了手术风险。优选地，导向筒2的侧壁上设置有平行于该导向筒2轴线供导针9通过的缝隙5，以便于快速将导针9弯曲撤出。缝隙5的宽度优选为2mm到4mm，例如3mm。此外，为了不妨碍术者外科操作，导向筒2上的缝隙5位于该导向筒2远离另一导向筒2的一侧。在该实施例中，导向筒2上的缝隙的中心线位于两个导向筒2的轴线所在的平面内。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，缝隙5也可以设置在导向筒2的其它位置处。

在该实施例中，两个导向筒2的轴线共面，且两个导向筒2的轴线的夹角为90°，对称设置于导向杆1的两侧。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，两个导向筒2的轴线之间的夹角也可以采用其它数值，应根据具体情况具体设计，优选30°至90°，例如60°，通常导向通道横向角大，则该夹角较大。

此外，导向杆1的轴线与两个导向筒2的轴线所在的平面之间的夹角为45°。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，导向杆1的轴线与两个导向筒2的轴线所在的平面之间的夹角也可以采用其它数值，应根据具体情况具体设计，优选30°至60°，通常导向通道矢状角越大，则该夹角越小。

在该实施例中，两个导向筒2经由连接件3与导向杆1连接。该连接件3呈三角形，两个导向筒2的侧壁分别与连接件3的一个边缘连接，在该实施例中，连接件3所在的平面位于两个导向筒2的轴线所在的平面内。导向杆1与连接件3可采用固定连接，也可采用可拆卸式连接，例如螺纹连接，以便于更换或维护，例如当两个导向筒2的轴线的夹角不符合要求时，可以方便地将两个导向筒2及其连接件3与导向杆1拆卸并更换为夹角符合要求的导向筒2，从而提高该导向器的通用性。

该导向器还包括固定杆4，该固定杆4与导向杆1远离导向筒2的一端连接，用于与手术导航机器人的机械臂10连接。

在本发明的另一实施例中，也可以在导向筒2上适配设置固定螺栓16，用于临时固定插入导向筒2中的其他手术工具，如图6所示。

特别地，为适应术式需要，两个以上导向筒2构成的多导向器设计也应落在本发明构思的范围内。

该导向器还包括连接座13，固定杆4经由该连接座13与手术导航机器人的机械臂10连接。具体地，如图7和图8所示，该连接座13包括一端敞口、一端封闭的筒状结构的第一连接部13A，该第一连接部13A用于与手术导航机器人的机械臂10之间的连接。在第一连接部13A的封闭端的外侧同轴固定连接有第二连接部13B，第二连接部13B远离第一连接部13A的一端设置有用于供固定杆4插接在内的安装槽14，第二连接部13B上设置有用于将固定杆4和第二连接部13B锁死的锁止机构。在该实施例中，该锁止机构包括设置在第二连接部13B上与安装槽14连通的内螺纹管15以及与该内螺纹管15配合的锁紧螺栓8。使用时通过将固定杆4插接在安装槽14中，并通过锁紧螺栓8插入内螺纹管15内并使得其杆部下端抵紧在固定杆4上，从而将连接座13与固定杆4固定在一起。拆卸时只需旋松锁紧螺栓8，然后将固定杆4从连接座13的安装槽14中取下即可；反之，安装时只需将导向杆1伸入连接座13的安装槽14内，再旋紧锁紧螺栓8。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，固定杆4也可以直接与手术导航机器人的机械臂10连接。

为了使得固定杆4和连接座13的连接牢固，优选安装槽的横截面采用多边形，固定杆4的横截面采用与安装槽的横截面形状相同的横截面，且其尺寸略小于安装槽14的横截面，以便于将固定杆4插接在安装槽14内。在固定杆4上开设有一个与锁紧螺栓8的杆部配合的锁紧槽6，优选在导向杆1与固定杆4的连接处设置有定位凸缘7。固定杆4伸入连接座13的安装槽14内，导向杆1上的定位凸缘7卡在第二连接部13B的端面上。锁紧螺栓8旋入第二连接部13B的螺纹孔内且杆部的自由端部顶进固定杆4上的锁紧槽6中，以将固定杆4和连接座13锁死。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，第二连接部13B与固定杆4的连接也可以采用其它的形式，例如第二连接部13B上设置有螺纹孔，固定杆4上设置有与该螺纹孔配合的外螺纹，使用时可以直接将固定杆4旋紧在螺纹孔内。同样地，在导向杆1和固定杆4的连接处设置有定位凸缘7，以使得当固定杆4旋紧在螺纹孔内时，导向杆1上的定位凸缘7卡在第二连接部13B的端面上。拆卸时只需将固定杆4从第二连接部13B的螺纹孔内旋出即可。

下面以腰椎椎弓根螺钉内固定术作为应用案例，说明脊柱手术导航机器人使用导向器进行多路径运行定位的步骤：

S1：手术环境布局，如图9所示；

S2：在患者目标手术节段附近椎体棘突上安装患者示踪器12；

S3：脊柱手术导航机器人持标定器摆位；

S4：通过导航相机11对目标解剖结构进行3D透视扫描，并将定位图像自动传入至工作站；

S5：自动配准；

S6：规划椎弓根置入物手术路径；

S7：脊柱手术导航机器人运行至初始置钉姿态，安装导向器；

S8：脊柱手术导航机器人运行至腰椎左侧椎弓根通道位置，在一导向筒2的引导下置入导针9；

S9：将导针9从导向筒2的缝隙5处撤出；

S10：脊柱手术导航机器人运行至腰椎右侧椎弓根通道位置，在另一导向筒2的引导下置入导针9；

S11：脊柱手术导航机器人回至初始置钉姿态。

综上所述，本发明所提供的导向器大大降低了脊柱手术导航机器人的运行姿态调整范围，提高植入物置入过程中的实时光学跟踪，并提高了手术流畅性。本发明所提供的导向器适用于脊柱颈胸腰骶椎的椎弓根螺钉内固定术等。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导向器，其特征在于，包括导向杆以及两个导向筒，两个所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并分布在所述导向杆的两侧。

2.根据权利要求1所述的导向器，其特征在于，所述导向筒的侧壁上设置有平行于该导向筒轴线供导针通过的缝隙。

3.根据权利要求2所述的导向器，其特征在于，所述导向筒的所述缝隙位于该导向筒远离另一导向筒的一侧。

4.根据权利要求2所述的导向器，其特征在于，所述缝隙的宽度为2mm到4mm。

5.根据权利要求1所述的导向器，其特征在于，两个所述导向筒的轴线共面，且两个所述导向筒的轴线的夹角为30°至90°。

6.根据权利要求5所述的导向器，其特征在于，所述导向杆的轴线与两个所述导向筒的轴线所在的平面之间的夹角为30°至60°。

7.根据权利要求1所述的导向器，其特征在于，两个所述导向筒经由连接件与所述导向杆连接，所述连接件与所述导向杆固定连接或可拆卸式连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的导向器，其特征在于，还包括用于与手术导航机器人的机械臂连接的固定杆，所述固定杆与所述导向杆远离所述导向筒的一端连接。

9.根据权利要求8所述的导向器，其特征在于，所述固定杆经由连接座与所述机械臂连接，该连接座包括用于与所述机械臂连接的第一连接部以及与该第一连接部连接的第二连接部，第二连接部远离第一连接部的一端设置有用于供固定杆插接在内的安装槽，第二连接部上还设置有用于将所述固定杆和所述第二连接部锁死的锁止机构。

10.根据权利要求8所述的导向器，其特征在于，所述导向杆与所述固定杆的连接处设置有定位凸缘。