CN112932666A - 一种医疗手术导向器及手术导航系统 - Google Patents

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周振宇
罗丹
周子涵
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
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Abstract

本发明公开了一种医疗手术导向器，它包括一个导向杆以及两到四个导向筒，所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并且所有所述导向筒的虚拟中心轴和所述导向杆的轴线共面。所述导向筒的侧壁上设置有平行于该导向筒虚拟中心线可通过克氏针的缝隙；其中，所述缝隙的宽度为2mm到4mm。医疗手术导向器还包括用于与手术导航机器人末端连接的固定杆，所述固定杆与所述导向杆远离所述导向筒的一端连接；所述导向杆与所述固定杆的连接处设置有定位凸缘；在导向筒侧壁设置固定螺母，用于临时固定插入导向筒的其他手术工具。

Description

一种医疗手术导向器及手术导航系统
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系统配套使用的用于指示手术路径的导向器。
背景技术
近年来骨科手术趋向于微创化和精准化，骨科手术导航和手术机器人的结合使用也取得了显著发展，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系统做到患者移动后能自动定位和稳定手术工具方向，由此形成了当前骨科手术导航机器人的主流技术架构。目前的骨科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手术的路径，医生依据导向器虚拟中心进行外科手术，比传动手持导向器稳定并且精准。
然而，现有技术公开号为CN108078627A的文件中提到的骨科手术导航机器人配套使用的导向器均是只有一种路径的导向器，也就是导向器只有一个导向筒，具有一定的局限性，当在手术目标两侧都规划手术路径时，机械臂的位姿姿态不可避免的出现大范围调整，甚至超出机械臂的工作范围而无法运行到指定的目标位姿，同样存在机械臂的位姿妨碍手术的操作和光学跟踪器无法跟踪到机械臂末端安装的示踪器的情况，另外在植入多枚螺钉情况下，机械臂需反复大范围调整姿态，导致手术时间延长，增加了手术风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种导向器，来解决骨科手术导航系统中的以下问题：
1.机器人在运行到手术规划的手术路径过程中，机械臂运动幅度和占用空间范围大，会妨碍手术的操作。
2.患者示踪器或者机械臂末端示踪器与光学跟踪器的光路传导容易受到遮挡，导致导航定位精度损失；
3.导向器导向筒的长度限制了术中撤出克氏针的操作，操作不便。
为了解决上述描述的问题，本发明提供了一种医疗手术导向器，其包括导向杆以及2-4个导向筒，所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并且所述导向筒的虚拟中心轴和导向杆的轴线共面。
其中，所述导向筒的侧壁上设置有平行于该导向筒虚拟中心线可通过克氏针的缝隙。
其中，所述缝隙的宽度为2mm到4mm。
其中，所述导向筒的虚拟轴线共面，且导向杆的轴线的夹角在30度至150度之间，相邻两导向筒的虚拟轴线大于25度。
其中，还包括用于与手术导航机器人末端连接的固定杆，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，所述导向杆与所述固定杆的连接处设置有定位凸缘。
在导向筒侧壁设置固定螺母，用于临时固定插入导向筒的其他手术工具。
本发明还公开了一种手术导航系统，它使用上述医疗手术导向器，它包括手术机械臂、光学跟踪器、连接机械臂法兰和导向器连接件、机械臂末端固定的示踪器一、手术目标上的示踪器二；当规划到确定的手术路径的时候，使用医疗手术导向器的相应的导向管作为手术路径，每次路径规划都能保证机械臂移动范围很小，能保证手术机械臂和光学跟踪器很好的分别在手术目标的各一侧，而示踪器一和示踪器二能很好被光学跟踪器跟踪到，保证系统精度，每个导向管都有缝隙，方便将导向器移到另外一个位置。
所述固定杆经由连接座与所述手术机械臂上连接，所述连接座包括用于与所述机械臂法兰连接的第一连接部位以及远离第一连接部位的第二连接部位，所述第二连接部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。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提供的手术导向器通过在导向杆的一端设置2-4导向筒，且于导向杆设置合适的夹角，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、也不容易阻挡光学跟踪器的光路。另外，在置入多枚植入物时，不同角度的导向筒大大降低了机械臂运行的范围，在合理的范围内就可以将姿态的调整到位，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。
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中的导向器的另外一个角度示意图。
图3是利用手术导航机器人及其连接的导向器进行手术的示意图。
图4是利用手术导航机器人及其连接的导向器对手术路径方向不垂直的手术示意图。
图5是图4手术假定只有中间导向器的图示。
图6是利用手术导航机器人及其连接的导向器对手术路径方向不垂直的另一种手术的示意图。
图7是图6手术假定只有中间导向器的图示。
具体实施方式
下面结合附图和其中一个优选实施例，对本发明的具体实施例作进一步详细描述。
如图1和图2所示本实施例的医疗手术导向器，它包括导向杆11以及2-4个导向筒12，本优选实例是3个，每个导向筒12均与导向杆11的同一端连接，每个导向筒12上都带有一个紧固螺钉13，在导向杆11的另一端连接部件14，部件14可于机械臂上的配套的连接件连接，导向杆11上设置有定位凸缘15，在导向筒12上有平行于该导向筒虚拟中心线可通过克氏针的缝隙16。
在该实施例中，3个导向筒12的轴线和导向杆11的轴线共面，和导向杆11的夹角设为45度，90度，135度。也可以在30-150度之间设置合适的值。
导向筒12上有供克氏针23通过的缝隙16，设置到导向杆的一侧，方便导向筒移到其他位置。
如图3所示，是利用手术导航机器人及其连接的导向器进行手术的示意图。图3中，1：本发明导向器；2：手术目标；3：手术机械臂；4：光学跟踪器；5：连接机械臂法兰和导向器连接件；6：机械臂末端固定的示踪器一；7:手术目标上的示踪器二；21-23：为手术规划的3个手术路径。
对于本实施例中的手术导航系统，当规划到手术路径23的时候，使用中间的导向管12作为手术路径；当规划到手术路径21，使用与导向杆11成135度的导向筒12，机械臂只要调整很小的位姿就可以到达规划好的手术路径21；同样，当规划到手术路径22，使用与导向杆11成45度的导向筒12，机械臂也只要做很小的调整，就可以到位。
下面用图例更详细说明手术导航系统如何在实施在手术路径21和手术路径23处的手术：
如图4、图6所示，是利用手术导航机器人及其连接的导向器进行连续规划手术路径的手术示意图。本实施例中，如图4所示，当机械臂在手术规划路径为23完成手术后，继续运动到下一个手术路径21，如果只有一个中间导向筒，那么机械臂的位姿如图5所示，使用本实施例中的导向器右侧导向筒，即与导向杆11成135度的导向筒，机器臂的位姿如图4所示。对比图3和图4所示的机械臂的位姿，明显可以看出本实施例中手术导航系统在进行连续大角度手术路径过程中，手术导航机器人仅仅调整很小的位姿就可以到达手术路径的要求。当机械臂继续执行手术路径为22的手术时候，如果只有一个中间导向筒，那么机械臂的位姿如图7所示，使用本实例中的导向器左侧导向筒，即与导向杆11成45度的导向筒，机器臂的位姿如图6所示。对比图6和图7的机械臂的位姿，图7所示机械臂的位姿可能压到手术目标，给手术增加了安全隐患，而图6所示机械臂的位姿对比上一个手术路径21机械臂的位姿，也就是图4所示机械臂的位姿，调整的机器臂位姿小，有效降低了手术的风险。
从以上实施例可以看到，每次路径规划都能保证机械臂移动范围很小，能保证手术机械臂3和光学跟踪器4很好的分别在手术目标的各一侧，而示踪器一6和示踪器二7能很好被光学跟踪器4跟踪到，保证了系统的精度。每个导向管12都有缝隙16，可以方便的将导向器移到另外一个位置。
综上所述，本发明所提供的导向器大大降低了骨科手术导航机器人的运行姿态调整范围，使得在手术过程中实时光学跟踪光路不被阻挡，提高了手术流畅性和安全性。
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 (6)

1.一种医疗手术导向器，其特征在于：它包括一个导向杆以及两到四个导向筒，所述导向筒均与所述导向杆的同一端连接，并且所有所述导向筒的虚拟中心轴和所述导向杆的轴线共面。
2.根据权利要求1所述的医疗手术导向器，其特征在于：所述导向筒的侧壁上设置有平行于该导向筒虚拟中心线可通过克氏针的缝隙；其中，所述缝隙的宽度为2mm到4mm。
3.根据权利要求1所述的医疗手术导向器，其特征在于：所述导向筒的虚拟轴线与导向杆的轴线的夹角在30度至150度之间，相邻两导向筒的虚拟轴线大于25度。
4.根据权利要求1至3之一所述的医疗手术导向器，其特征在于：还包括用于与手术导航机器人末端连接的固定杆，所述固定杆与所述导向杆远离所述导向筒的一端连接；所述导向杆与所述固定杆的连接处设置有定位凸缘；在导向筒侧壁设置固定螺母，用于临时固定插入导向筒的其他手术工具。
5.一种手术导航系统，它使用如权利要求1至4之一所述医疗手术导向器，其特征在于：它包括手术机械臂(3)、光学跟踪器(4)、连接机械臂法兰和导向器连接件(5)、机械臂末端固定的示踪器一(6)、手术目标上的示踪器二(7)；当规划到确定的手术路径的时候，使用医疗手术导向器的相应的导向管作为手术路径，每次路径规划都能保证机械臂移动范围很小，能保证手术机械臂(3)和光学跟踪器(4)很好的分别在手术目标的各一侧，而示踪器一(6)和示踪器二(7)能很好被光学跟踪器(4)跟踪到，保证系统精度，每个导向管都有缝隙，方便将导向器移到另外一个位置。
6.根据权利要求5所述的手术导航系统，其特征在于：所述固定杆经由连接座与所述手术机械臂(3)上连接，所述连接座包括用于与所述机械臂法兰连接的第一连接部位以及远离第一连接部位的第二连接部位，所述第二连接部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。
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