CN108888342B - 线状激光光束的路径导向装置及手术定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线状激光光束的路径导向装置，涉及医疗设备领域，其技术方案要点是，包括固定座和定位套筒，定位套筒内能够嵌入轴长不等的第一定位标识部件和第二定位标识部件，还能够嵌入用于形成激光光束导向通道的工作套筒，定位套筒一端采用球铰结构连接至固定座上，固定座上设有径向夹持或释放球铰结构用于限定其转动状态的锁紧结构；还包括用于调整固定座在空间XYZ方向上所在位置的多轴自由度机构，和用于调整固定座于XY平面上所在位置的微调平台。技术效果是，固定座通过多轴自由度机构和微调平台对其进行调整，对手术台面上的空间占用率低。定位套筒的全角度调整结合粗调和微调，空间上的调整更为灵活，调整精度更高。

Description

线状激光光束的路径导向装置及手术定位装置

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别涉及一种线状激光光束的路径导向装置及手术定位装置。

背景技术

在一些微创手术中，激光可精确定位人体内部异物或病变组织。但医生手术过程中，手术工具完全顺激光的光束方向进行操作存在困难，当手术工具方向偏离激光光束方向时可能导致灾难性后果。

目前，公开号为CN 103932797A的中国专利公开了一种与激光投影定位装置配合使用的激光捕捉装置。其特征在于包括固定板、横向移动板、纵向移动板、纵向旋转滑块、横向旋转环、滑块压盖、导向管和中心定位器。本发明可在激光投影定位装置引导下大幅度提高定位的准确性，避免医师手术过程中的误差导致的精度降低，通过调节横向移动板、纵向移动板、纵向旋转滑块和横向旋转环来调整手术工具方向与激光定位方向重合，调整好后通过压手压紧来固定方向，能成功定位手术直径较小的病灶（如直径为 0.5cm 以上的病灶）。

这种激光捕捉装置通过调节横向移动板、纵向移动板、纵向旋转滑块和横向旋转环来调整手术工具方向与激光定位方向重合，相当于在空间上形成十字方向的运动，并在其中一个方向形成旋转，这种调整方式在平面上构成一个粗调，精度不高；而且由于各个部件占用位置正处于上方，影响手术过程的操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种线状激光光束的路径导向装置，其具有定位方便且精准度高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种线状激光光束的路径导向装置，包括固定座和定位套筒，定位套筒内能够嵌入轴长不等的第一定位标识部件和第二定位标识部件，还能够嵌入用于形成激光光束导向通道的工作套筒，定位套筒一端采用球铰结构连接至固定座上，球铰结构使得定位套筒能够围绕旋转中心于三维空间上转动，所述固定座上设有径向夹持或释放球铰结构用于限定其转动状态的锁紧结构；

还包括用于调整固定座在空间XYZ方向上所在位置的多轴自由度机构，和用于调整固定座于XY平面上所在位置的微调平台。

通过采用上述技术方案，安装在定位套筒上的固定座可以随其运动，定位套筒内嵌入定位标识部件，根据激光光束位置，利用多轴自由度机构将固定座调整至激光光束的中心，使激光光束点处于第一定位标识部件的标记点中心，确定激光光束路径的第一点；取出第一定位标识部件，嵌入第二定位标识部件，摆动定位套筒的下端，带动定位套筒内的第二定位标识部件的标记点与激光点重合，确定激光光束路径的第二点；并利用锁紧结构锁定定位套筒下端的位置，从而形成激光光束的路径的导向通道，方便手术中进行路径导向。由于固定座通过多轴自由度机构和微调平台对其进行调整，空间占用率低。定位套筒的全角度调整结合粗调和微调，空间上的调整更为灵活，调整精度更高。

进一步设置：所述球铰结构包括设于固定座上的球形孔和设于定位套筒一端的球形接头，球形接头嵌设至球形孔内围绕旋转中心于三维空间上转动，球形接头中心与定位套筒的轴孔贯通。

通过采用上述技术方案，球形孔和球形接头的配合，具有控制灵活、准确、扭转角度大的优点。

进一步设置：所述锁紧结构包括设于固定座上球形孔边沿的受力环、设于受力环内部的抵接环和与受力环螺纹连接的锁紧盖，抵接环的内圈与球形接头球面配合。

通过采用上述技术方案，通过锁紧盖的螺纹，施加给受力环径向的力，并使得内部的抵接环抵紧球形接头，限制其转动。

进一步设置：所述受力环的周圈上设有缺口，抵接环的外圈上设有径向伸入该缺口的支耳。

通过采用上述技术方案，支耳限制在缺口中，锁紧盖在旋转过程中避免带动抵接环旋转，确保抵接具备足够的压紧度。

进一步设置：所述多轴自由度机构包括X轴调节机构、设于X轴调节机构上的Z轴调节机构和设于Z轴调节机构上的Y轴调节机构，所述Y轴调节机构可转动的连接至Z轴调节机构上，微调平台安装至Y轴调节机构上能够随其转动。

通过采用上述技术方案，多轴自由度机构可以在XYZ方向上进行初步调整部位，并在三个自由度上多增加两个自转的自由度，方便在激光光束路径倾斜的时候与其进行适应性调整。。

进一步设置：所述X轴调节机构包括用于固定至线性待安装位置处的移动固定块和第一紧固件。

通过采用上述技术方案，通过移动固定块和第一紧固件方便与手术台的侧边的长条形的安装导轨连接。

进一步设置：所述Z轴调节机构包括竖向滑移且周向转动至移动固定块上的连杆和限定连杆轴向高度的第二紧固件。

通过采用上述技术方案，连杆的竖向滑移，并由第二紧固件对其固定，完成高度方向的调整。在调整高度的同时，还可以调整固定座在水平面上的角度。

进一步设置：所述Y轴调节机构包括与连杆连接的转接套筒、轴向滑移且周向转动至转接套筒内的伸缩滑杆和限制伸缩滑杆运动的锁爪套筒。

通过采用上述技术方案，伸缩滑杆可以于转接套筒内轴向线性调整和周向旋转调整，并利用一个锁爪套筒进行锁定，简单实用又方便。

进一步设置：所述固定座可拆卸的安装在微调平台上。

通过采用上述技术方案，固定座以及固定座上的部件需要单独的拆卸下进行消毒，多轴自由度机构和微调平台通过无菌罩进行隔离，保证定位过程处于无菌环境进行。

本发明的另一目的是提供一种手术定位装置，其具有定位方便且精准度高的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种手术定位装置，带有上述的线状激光光束的路径导向装置

综上所述，本发明具有以下有益效果：1、在需要利用激光定位的手术中，能够方便快速的对激光发射的线路进行路径的确定，方便手术中钻孔或其他一些操作；

2、由于本发明的路径导向装置具有多个自由度的调整，结合手术台能够留出更多的可供医生、患者及设备可活动的空间。

附图说明

图1是线状激光光束的路径导向装置应用在手术台上的结构示意图；

图2是线状激光光束的路径导向装置的结构示意图；

图3是固定座、定位套筒和锁紧结构的立体爆炸图；

图4是固定座、定位套筒和锁紧结构的截面分解图；

图5是固定座、定位套筒和锁紧结构的配合关系示意图；

图6是第一定位标识部件、第二定位标识部件、工作套筒的结构示意图。

图中，1、固定座；2、定位套筒；3、锁紧结构；31、受力环；32、抵接环；33、锁紧盖；34、支耳；35、缺口；4、手术台；5、多轴自由度机构；6、X轴调节机构；61、移动固定块；62、第一紧固件；7、Z轴调节机构；71、连杆；72、第二紧固件；8、Y轴调节机构；81、转接套筒；82、伸缩滑杆；83、锁爪套筒；9、微调平台；10、第一定位标识部件；11、第二定位标识部件；12、工作套筒；13、十字标记；16、球形接头；17、球形孔；18、第三紧固件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

第一种优选实施方式：

一种线状激光光束的路径导向装置，如图1所示，应用在手术中，在一些需要对病患的病灶点进行打孔时，需要利用激光定位的手术确定病灶点所在位置，通过路径导向装置，能够方便快速的对激光发射的线路进行路径的确定，方便手术中钻孔。

具体的，如图1和图5所示，路径导向装置包括固定座1和定位套筒2，定位套筒2一端采用球铰结构连接至固定座1上，球铰结构包括设于固定座1上的球形孔17和设于定位套筒2一端的球形接头16，球形接头16嵌设至球形孔17内围绕旋转中心于三维空间上转动，球形接头16中心与定位套筒2的轴孔贯通。球铰结构使得定位套筒2的下端能够根据球铰结构，围绕旋转中心于三维空间上全角度转动，并在固定座1上设有径向夹持或释放球铰结构用于限定其转动状态的锁紧结构3。

如图5和图6所示，定位套筒2的孔内可以放置轴长不等的第一定位标识部件10和第二定位标识部件11，定位标识部件可以是同轴嵌入定位套筒2内的一个杆件或一个小套筒，定位标识部件的上端面上带有十字标记13，当定位标识部件嵌入定位套筒2后可随定位套筒2一并运动，摆动定位套筒2或第一定位标识部件10的下端，将轴长不等的定位标识部件上的十字标记13的中心点分别与激光的光束点位置重合，两点确定激光的光束路径，最后利用锁紧结构3锁定定位套筒2，限制其转动。此时，完成了对激光光束的路径的确定后，即可将第一定位标识部件10移除，并嵌入一个钻孔的工作套筒12，方便导引钻孔仪器对病灶点精准的钻孔。

如图3至图5所示，上述的锁紧结构3包括设于固定座1上球形孔17边沿的受力环31、设于受力环31内部的抵接环32和与受力环31螺纹连接的锁紧盖33，抵接环32的内圈与球形接头16球面配合。由于抵接环32的内圈与球形接头16球面抵接，锁紧盖33拧紧的过程中，抵接环32的内圈的球面越抵紧球形接头16球面，从而限制球形接头16活动。

受力环31的周圈上设有缺口35，抵接环32的外圈上设有径向伸入该缺口35的支耳34。支耳34限制在缺口35中，锁紧盖33在旋转过程中避免带动抵接环32旋转，确保抵接具备足够的压紧度。

如图1所示，在路径导向装置确定激光路径前，需要调整固定座1的位置是否接近激光点的位置附近，路径导向装置还包括用于调整固定座1在空间XYZ方向上所在位置的多轴自由度机构5，和用于调整固定座1于XY平面上所在位置的微调平台9。

如图2所示，多轴自由度机构5包括X轴调节机构6、设于X轴调节机构6上的Z轴调节机构7和设于Z轴调节机构7上的Y轴调节机构8。X轴调节机构6包括移动固定块61和第一紧固件62。通过移动固定块61和第一紧固件62方便与手术台4的侧边的长条形的安装导轨连接。

Z轴调节机构7包括至插接至移动固定块61上的连杆71和限定连杆71轴向高度的第二紧固件72。连杆71竖向滑移且周向转动的于移动固定块61上活动，在调整高度的同时，可以调整固定座1在水平面上的角度。

Y轴调节机构8可转动的连接至Z轴调节机构7上，Y轴调节机构8包括与连杆71连接的转接套筒81，套筒内插接一伸缩滑杆82，伸缩滑杆82轴向滑移且周向转动至转接套筒81内，并利用锁爪套筒83对伸缩滑杆82进行锁定。固定座1可拆卸的安装在微调平台9上，微调平台9安装至Y轴调节机构8上能够随其转动。多轴自由度机构可以在XYZ方向上进行初步调整部位，并在三个自由度上多增加两个自转的自由度，方便在激光光束路径倾斜的时候与其进行适应性调整。。

第二种优选实施方式：

一种手术定位装置，带有上述的线状激光光束的路径导向装置。

第三种优选实施方式：

一种线状激光光束的路径导向方法，包括以下步骤：

S1：准备固定座1和一端采用球铰结构连接至固定座1上保持全角度转动的定位套筒2；

S2：准备能够与定位套筒2配合的第一定位标识部件10、第二定位标识部件11和工作套筒12，并先将第一定位标识部件10嵌入至定位套筒2内；

S3：根据激光光束位置，利用多轴自由度机构5将固定座1调整至激光光束的中心，使激光光束点处于第一定位标识部件10的标记点中心，确定激光光束路径的第一点；

S4：取出第一定位标识部件10，嵌入第二定位标识部件11，摆动定位套筒2的下端，带动定位套筒2内的第二定位标识部件11的标记点与激光点重合，确定激光光束路径的第二点；

其中，第一标识部位10的标记点中心处于球铰结构的旋转中心，使得该步骤在确定激光光束路径的第二点的时候，保证激光光束路径的第一点位置不变；

S5：确定激光点与第二定位标识部件11的标记点重合后，锁定限制定位套筒2转动；

S6：将第二定位标识部件11取出，并将工作套筒12嵌入定位套筒2内，利用工作套筒12对激光光束导向。

进一步的，在步骤S3中，利用多轴自由度机构5的调整包括了X向调整、Y向调整和Z向调整，Z向调整可根据自身轴线旋转，Y向调整可根据自身轴线旋转，利用多轴自由度机构5的Z向自身轴线旋转和Y向自身轴线旋转调整使得固定座1在空间上处于任意位置。

进一步的，在步骤S3中，进一步利用微调平台9调整固定座1于XY平面上所在位置的精度。

第四种优选实施方式：

一种骨科激光钻孔定位方法，包括以下步骤：

S1：准备固定座1、一端采用球铰结构连接至固定座1上保持全角度转动的定位套筒2、能够与定位套筒2配合的第一定位标识部件10、第二定位标识部件11和工作套筒12，第一定位标识部件10和第二定位标识部件11的轴长不等；

S2：准备多轴自由度机构5和固定在多轴自由度机构5上的微调平台9，固定座1通过第三紧固件18可拆卸的连接至微调平台9上；

S3：对固定座1、定位套筒2、第一定位标识部件10、第二定位标识部件11、工作套筒12和第三紧固件18都进行消毒；

S4：将激光驱动器定位到所需要的病灶点上；

S5：将多轴自由度机构5安装在手术台4上；

S6：微调平台9的XY方向调整至0刻度；

S7：在多轴自由度机构5和微调平台9上套上无菌袋；

S8：通过第三紧固件18将固定座1安装至微调平台9上；

S9：将第一定位标识部件10嵌入至定位套筒2内；

S10：通过粗调多轴自由度机构5，使激光在定位套筒2的表面上，并锁紧粗调各关节；

S11：微调XY微调平台9，使激光光束点处于定位套筒2内的第一定位标识部件10的标记点中心，确定激光光束路径的第一点；

S12：取出第一定位标识部件10，嵌入第二定位标识部件11，使激光光束点处于第二定位标识部件11的标记点中心，确定激光光束路径的第二点，通过固定座1上带有的锁紧结构3锁定位置；

其中，第一标识部位10的标记点中心处于球铰结构的旋转中心，使得该步骤在确定激光光束路径的第二点的时候，保证激光光束路径的第一点位置不变；

S13：取出第二定位标识部件11，嵌入相应的尺寸的工作套筒12，通过工作套筒12确定激光路径的导引通道；

S14：移除激光驱动器，并利用骨针嵌入工作套筒12内检测骨针尖端是否抵触在病灶点上。

进一步的，在步骤S10中，利用多轴自由度机构5的调整包括了X向调整、Y向调整和Z向调整，Z向调整可根据自身轴线旋转调整固定座1于水平面上的角度，Y向调整可根据自身轴线旋转调整固定座1于竖向面上的角度，利用多轴自由度机构5的Z向自身轴线旋转和Y向自身轴线旋转调整使得固定座1在空间上处于任意位置。

进一步的，在步骤S10中，利用多轴自由度机构5的Z向调整使得Y向与X向在空间上相互垂直，利用Y向调整使得固定座1保持水平或倾斜。

进一步的，在步骤S10中，利用多轴自由度机构5的Z向调整使得Y向与X向在空间上相互平行，利用Y向调整使得固定座1保持竖直或倾斜。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：包括固定座(1)和定位套筒(2)，定位套筒(2)内能够嵌入轴长不等的第一定位标识部件(10)和第二定位标识部件(11)，还能够嵌入用于形成激光光束导向通道的工作套筒(12)，定位套筒(2)一端采用球铰结构连接至固定座(1)上，球铰结构使得定位套筒(2)能够围绕旋转中心于三维空间上转动，所述固定座(1)上设有径向夹持或释放球铰结构用于限定其转动状态的锁紧结构(3)；

还包括用于调整固定座(1)在空间XYZ方向上所在位置的多轴自由度机构(5)，和用于调整固定座(1)于XY平面上所在位置的微调平台(9)；

该激光光束的路径导向装置的导向方法包括如下步骤：

S1：准备固定座（1）和一端采用球铰结构连接至固定座（1）上保持全角度转动的定位套筒（2）；

S2：准备能够与定位套筒（2）配合的第一定位标识部件（10）、第二定位标识部件（11）和工作套筒（12），并先将第一定位标识部件（10）嵌入至定位套筒（2）内；

S3：根据激光光束位置，利用多轴自由度机构（5）将固定座（1）调整至激光光束的中心，使激光光束点处于第一定位标识部件（10）的标记点中心，确定激光光束路径的第一点；

S4：取出第一定位标识部件（10），嵌入第二定位标识部件（11），摆动定位套筒（2）的下端，带动定位套筒（2）内的第二定位标识部件（11）的标记点与激光点重合，确定激光光束路径的第二点；

其中，第一定位标识部件（10）的标记点中心处于球铰结构的旋转中心，使得该步骤在确定激光光束路径的第二点的时候，保证激光光束路径的第一点位置不变；

S5：确定激光点与第二定位标识部件（11）的标记点重合后，锁定限制定位套筒（2）转动；

S6：将第二定位标识部件（11）取出，并将工作套筒（12）嵌入定位套筒（2）内，利用工作套筒（12）对激光光束导向。

2.根据权利要求1所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述球铰结构包括设于固定座(1)上的球形孔(17)和设于定位套筒(2)一端的球形接头(16)，球形接头(16)嵌设至球形孔(17)内围绕旋转中心于三维空间上转动，球形接头(16)中心与定位套筒(2)的轴孔贯通。

3.根据权利要求2所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述锁紧结构(3)包括设于固定座(1)上球形孔(17)边沿的受力环(31)、设于受力环(31)内部的抵接环(32)和与受力环(31)螺纹连接的锁紧盖(33)，抵接环(32)的内圈与球形接头(16)球面配合。

4.根据权利要求3所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述受力环(31)的周圈上设有缺口(35)，抵接环(32)的外圈上设有径向伸入该缺口(35)的支耳(34)。

5.根据权利要求1所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述多轴自由度机构(5)包括X轴调节机构(6)、设于X轴调节机构(6)上的Z轴调节机构(7)和设于Z轴调节机构(7)上的Y轴调节机构(8)，所述Y轴调节机构(8)可转动的连接至Z轴调节机构(7)上，微调平台(9)安装至Y轴调节机构(8)上能够随其转动。

6.根据权利要求5所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述X轴调节机构(6)包括用于固定至线性待安装位置处的移动固定块(61)和第一紧固件(62)。

7.根据权利要求6所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述Z轴调节机构(7)包括竖向滑移且周向转动至移动固定块(61)上的连杆(71)和限定连杆(71)轴向高度的第二紧固件(72)。

8.根据权利要求7所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述Y轴调节机构(8)包括与连杆(71)连接的转接套筒(81)、轴向滑移且周向转动至转接套筒(81)内的伸缩滑杆(82)和限制伸缩滑杆(82)运动的锁爪套筒(83)。

9.根据权利要求1所述的线状激光光束的路径导向装置，其特征在于：所述固定座(1)可拆卸的安装在微调平台(9)上。

10.一种手术定位装置，其特征在于：带有如权利要求1～9任意一项所述的线状激光光束的路径导向装置。