CN113576663B - 用于接触定位的探针装置及定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于接触定位的探针装置及定位系统。所述探针装置包括探针及多个与所述探针相连的标记点，多个所述标记点设置于所述探针，所述探针装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可活动地设置于所述探针，且所述屏蔽罩套设至少一个所述标记点，以阻隔所述屏蔽罩所罩设区域范围内的所述标记点的位置信号；当所述探针接触目标部位时，所述屏蔽罩能够相对所述探针活动，并使所罩设的标记点逐步脱离所述屏蔽罩所罩设的区域范围。该探针装置通过屏蔽罩阻隔部分标记点，并使得被罩设的标记点仅在接触目标部位时才能够脱离屏蔽罩所罩设的区域范围，从而使跟踪装置能够在标记点全部外露的情况下获取标记点的位置信号。

Description

用于接触定位的探针装置及定位系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种用于接触定位的探针装置及定位系统。

背景技术

当前临床应用的定位系统在使用探针时会一直通过跟踪装置获取探针接触末端与标记点的坐标关系，以此即可得到接触末端接触位置在跟踪装置下的坐标。但在实际使用时，并非所有的跟踪定位下的探针接触末端与标记点的坐标关系都可以用，例如在通过探针做空间注册是需要获取实际碰触到目标部位时的坐标，而将碰触以外的标记点位置信号进行摒除。因此引入了另外的人员配合或对数据进行额外处理的步骤。

但由于主控模块在整个过程中获取大量标记点的位置信号，并通过数据处理才能获取探针实际触碰目标部位时探针接触末端与标记点的坐标关系。这过程中，数据处理量非常巨大，不便于快速获取探针实际触碰目标部位时探针接触末端与标记点的坐标关系。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种改进的探针装置及定位系统。该探针装置通过屏蔽罩阻隔部分标记点，并使得被罩设的标记点仅在接触目标部位时才能够脱离屏蔽罩所罩设的区域范围，从而使跟踪装置能够在标记点全部外露的情况下获取标记点的位置信号。因此，在本实施方式中通过屏蔽罩的使用，手术导航装置无需引入额外的数据处理步骤，仅在主控模块可自主选取具有全部标记点的位置信号的数据组，来获取当前探针装置的姿态信息或探针接触末端的准确位置，从而大大简化手术导航装置的数据处理过程。此外，探针装置内仅使用了制造成本低廉的屏蔽罩，便可大大简化手术导航装置乃至整个定位系统的数据处理过程。

一种用于接触定位的探针装置，用于与跟踪装置相配合，

所述探针装置包括探针及多个与所述探针相连的标记点，多个所述标记点设置于所述探针，

所述探针装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可活动地设置于所述探针，且所述屏蔽罩套设至少一个所述标记点，以阻隔所述屏蔽罩所罩设区域范围内的所述标记点的位置信号；

当所述探针接触目标部位时，所述屏蔽罩能够相对所述探针活动，并使所罩设的标记点逐步脱离所述屏蔽罩所罩设的区域范围。

进一步地，所述探针装置还包括阻尼件，所述屏蔽罩通过所述阻尼件滑动连接于所述探针。

进一步地，所述阻尼件的阻尼系数能够调节至预设范围内。

进一步地，所述阻尼件为弹簧，所述弹簧的一端固定于所述探针，另一端作用于所述屏蔽罩。

进一步地，所述标记点包括主动标记点或被动标记点的至少其中一种。

进一步地，所述标记点的数量为至少三个。

进一步地，所述屏蔽罩呈筒状结构，且所述屏蔽罩与所述探针同轴设置。

如此设置，当探针的接触末端接触于目标部位时，屏蔽罩沿探针的轴线朝目标部位的移动能够使罩设于屏蔽罩内的标记点及时外露，从而使跟踪装置能够获取该标记点的位置信号。

进一步地，多个所述标记点的至少一个为隐藏点，所述隐藏点设置于所述探针相对远离接触末端的位置，且所述屏蔽罩能够罩设所述隐藏点。

如此设置，隐藏点设置于探针相对远离接触末端的位置，能够便于隐藏点的外露，从而使探针接触末端在接触目标部位时，屏蔽罩的移动能够及时使标记点外露，提升探针装置的灵敏度，且成本较低。

进一步地，所述屏蔽罩的外周设有握持部，所述握持部供用户手持所述探针装置；及/或，

所述探针包括用于接触所述目标部位的接触末端，所述接触末端为圆弧面或针形的其中一种。

握持部的设置能够方便操作者握持探针装置。探针不同形式的接触末端能够增加接触末端的适配度。

本发明一实施方式提供的一种探针装置，通过屏蔽罩阻隔部分标记点，并使得被罩设的标记点仅在接触目标部位时才能够脱离屏蔽罩所罩设的区域范围，从而使跟踪装置能够在标记点全部外露的情况下获取标记点的位置信号。因此，在本实施方式中通过屏蔽罩的使用，手术导航装置无需引入额外的数据处理步骤，仅在主控模块可自主选取具有全部标记点的位置信号的数据组，来获取当前探针装置的姿态信息或探针接触末端的准确位置，从而大大简化手术导航装置的数据处理过程。此外，探针装置内仅使用了制造成本低廉的屏蔽罩，便可大大简化手术导航装置乃至整个定位系统的数据处理过程。

本发明一实施方式还提供一种定位系统，所述定位系统包括如上述任意一项所述的探针装置。

附图说明

图1为本发明一实施方式中探针装置的结构示意图；

图2为图1所示探针装置中探针另一实施方式的结构示意图；

图3为图1所示探针装置中探针另一实施方式的结构示意图。

附图说明：100、探针装置；10、探针；20、标记点；21、隐藏点；30、屏蔽罩；40、阻尼件。以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1为本发明一实施方式中探针装置100的结构示意图。

本发明一实施方式提供一种用于接触定位的探针装置100，该探针装置100能够配合定位系统中的手术导航装置(未标号)，以确定探针10的位置信息。探针装置100包括探针10及多个与探针10相连的标记点20。多个标记点20分别设置于探针10的外周。探针10用于接触穿刺部位，并对穿刺部位执行相应的操作；探针10包括用于接触目标部位的接触末端。标记点20用于确定探针10的姿态或确认探针10接触末端的位置信息。

请一并参阅图2及图3，图2为图1所示探针装置100中探针10另一实施方式的结构示意图；图3为图1所示探针装置100中探针10另一实施方式的结构示意图。

需要解释的是，探针10接触末端是指对手术的目标部位进行实际接触并有效作用于目标部位的执行端；例如，探针10可以为介入穿刺针、活检穿刺针与引流穿刺针等硬质或软质穿刺针的其中一种。

在其中一个实施方式中，接触末端为圆弧面或针形的其中一种。当探针10需要需刺穿软骨等目标部位时，可设计成较尖锐的末端；当然，探针10的接触末端还可以根据实际需求而相应设置成不同弧度的结构，如图2及图3所示。如此设置，能够增加接触末端的适配度。

在本实施方式中，标记点20能够发出被手术导航装置识别的位置信号；当手术导航装置获取各个标记点20的位置信号后，手术导航装置就能根据所获取的位置信号而获知探针10接触末端与标记点20的坐标关系。由于标记点20的各个位置与探针10之间的相对位置关系是已知且固定的，因而可得到探针10接触末端的位置信息；再结合对超声探头的定位，对超声引导下的介入手术操作提供高精度探针10定位信息，从而能够提高手术的准确度与效率，降低手术难度，缩短手术时间。

标记点20的类型可以是主动标记点或被动标记点。其中，主动标记点包括发射光信号的光学标记点或者主动发射电磁信号的电磁标记点；被动标记点包括被动反射光信号的反射标记点。上述的这些标记点的位置信号均可以被手术导航装置中的跟踪装置获取。其中，跟踪装置包括扫描相机，但不限于扫描相机，只要能够获取标记点20的位置信号即可。

在其中一个实施方式中，反射标记点可以为带有特殊涂层的光学反射小球，光学反射小球的表面可以对红外光进行强反射，从而被跟踪装置检测并得到光学反射小球的位置信号。光学标记点可以为发光二极管或者带有特殊图案的图形标记。发光二极管向空间散发的特殊波长的光线也可被跟踪装置检测并得到发光二极管的位置信号；特殊图案可被具有可见光探测能力的跟踪装置检测并得到光学标记点的位置信号。

当前临床应用的定位系统在使用探针时，会一直通过手术导航装置的跟踪装置获取探针接触末端与标记点的坐标关系，以此即可得到接触末端在接触位置时对应于跟踪装置下的坐标。但在实际使用时，并非所有的跟踪定位下的探针接触末端与标记点的坐标关系都可以用，例如在通过探针做空间注册时需要获取实际碰触到目标部位时的坐标，而将碰触以外的标记点位置信号进行摒除。因此引入了另外的人员配合或对数据进行额外处理的步骤。

但由于手术导航装置的主控模块在整个过程中获取大量标记点的位置信号，并通过数据处理才能获取探针实际触碰目标部位时探针接触末端与标记点的坐标关系。在此期间，数据处理量非常巨大，不便于快速获取探针实际触碰目标部位时探针接触末端与标记点的坐标关系。

为了改进上述的问题，探针装置100还包括屏蔽罩30，屏蔽罩30可活动地设置于探针10。屏蔽罩30套设至少一个标记点20，以阻隔屏蔽罩30所罩设区域范围内的标记点20的位置信号；当探针10接触目标部位时，屏蔽罩30能够相对探针10活动，并使所罩设的标记点20逐步脱离屏蔽罩30所罩设的区域范围。

通过屏蔽罩30阻隔部分标记点20的位置信号传递，并使得被罩设的标记点20仅在接触目标部位时才能够脱离屏蔽罩30所罩设的区域范围，从而使跟踪装置能够在标记点20全部外露的情况下获取标记点20的位置信号。因此，在本实施方式中通过屏蔽罩30的使用，手术导航装置无需引入额外的数据处理步骤，仅在主控模块可自主选取具有全部标记点20的位置信号的数据组，来获取当前探针装置100的姿态信息或探针10接触末端的准确位置，从而大大简化手术导航装置的数据处理过程。此外，探针装置100内仅使用了制造成本低廉的屏蔽罩30，便可大大简化手术导航装置乃至整个定位系统的数据处理过程。

在本实施方式中，屏蔽罩30的材质根据标记点20的类型的选择而相应设置，例如当标记点20为光学标记点或反射标记点时，则屏蔽罩30的材质相应为不透光的材料制成，从而对标记点20的位置信号形成阻隔作用；而当标记点20为电磁标记点20时，则屏蔽罩30选用阻隔电磁信号的材料制成，从而对标记点20的位置信号形成阻隔作用。

在其中一个实施方式中，屏蔽罩30呈筒状结构，活动套设于探针10的外周；且屏蔽罩30与探针10同轴设置，屏蔽罩30能够沿探针10的轴线相对于探针10活动。如此设置，当探针10的接触末端接触于目标部位时，屏蔽罩30沿探针10的轴线朝目标部位的移动能够使罩设于屏蔽罩30内的标记点20及时外露，从而使跟踪装置能够获取该标记点20的位置信号。

可以理解，在其他实施方式中，屏蔽罩30还可以根据实际需求而相应设置为其他结构，只要能够实现罩设至少一个标记点20即可。

在本实施方式中，屏蔽罩30可以根据探针10的实际结构而相应设置成圆形套筒、方形套筒或棱柱套筒等，只要能够实现套设探针10除接触末端以外的位置即可。

进一步地，屏蔽罩30滑动设置于探针10。屏蔽罩30的内壁及探针10的外周的其中一者开设有滑道，另一者设有与滑道对应的滑动凸起；两者配合使屏蔽罩30能够相对于探针10滑动。

可以理解，在其他实施方式中，屏蔽罩30还可以以其他方式活动设置于探针10上，例如屏蔽罩30的活动能够驱动隐藏于屏蔽罩30内的标记点20移出，只要能够实现遮蔽至少一个标记点20，并在屏蔽罩30的活动下使标记点20外露即可。

在其中一个实施方式中，为了便于操作者的握持探针装置100，屏蔽罩30的外周设有握持部；握持部供用户手持所述探针装置100。握持部上可以设置有符合人体工学的内陷凹槽，也可以设置有保持操作者与屏蔽罩30之间摩擦力的防滑花纹；或者还可以根据实际需求而设置上述的两者中的至少一者，只要能够实现便于操作者握持的功能即可。

进一步地，屏蔽罩30活动安装于探针10的周侧。标记点20的至少一个为隐藏点21；且隐藏点21位于屏蔽罩30所罩设的范围内。隐藏点21设置于探针10相对远离接触末端的位置。当操作者手持屏蔽罩30并使探针10接触目标部位时，探针10由于受到来自目标部位的力，从而使手持的屏蔽罩30能够相对于探针10朝向目标部位活动，以使隐藏点21外露；隐藏点21外露后，使得跟踪装置能够获取该隐藏点21的位置信号，从而使该组探针10接触末端与标记点20坐标关系的数据信号能够被选取，并经过主控模块的数据处理后直接获取此时探针10接触末端的坐标。隐藏点21设置于探针10相对远离接触末端的位置，能够便于隐藏点21的外露，从而使探针10接触末端在接触目标部位时，屏蔽罩30的移动能够及时使标记点20外露。

可以理解，在其他实施方式中，被隐藏于屏蔽罩30内的标记点20可以是任意一个设置于探针10上的标记点20，只要能够在探针10接触目标部位时屏蔽罩30的移动能够使该遮蔽于屏蔽罩30的标记点20外露即可。

在其中一个实施方式中，探针装置100还包括阻尼件40。屏蔽罩30通过阻尼件40滑动连接于探针10。阻尼件40用于调整屏蔽罩30相对于探针10活动的阻力。当屏蔽罩30处于活动状态时，阻尼件40的设置能够改变屏蔽罩30相对于探针10活动的驱动力。如此设置，能够改变探针10与屏蔽罩30之间的活动灵敏度。

进一步地，阻尼件40的阻尼系数能够调节至预设范围内，即屏蔽罩30与探针10之间的推动，可设置成不同的阻尼档位。以下通过示例方法具体列举出一些适用的情形，如探针10在皮肤上接触，阻尼件40对应可设置成较小的阻尼系数，从而使探针10接触目标部位时屏蔽罩30的活动灵敏度提高；如探针10需刺穿软骨，则阻尼件40可设置成较大的阻尼系数，从而使探针10接触目标部位时屏蔽罩30的活动灵敏度降低。由此可知，阻尼件40的阻尼系数可根据目标部位的软硬程度而相应调整成适配于该目标部位的阻尼系数，进而根据不同采集需求而准确控制屏蔽罩30的灵敏度。

进一步地，阻尼件40为弹簧；弹簧的一端固定于探针10，另一端作用于屏蔽罩30。如此设置，不仅使得探针装置100的制造成本低廉，且便于使用。弹簧可以是拉簧，也可以是压簧，只要能够实现控制屏蔽罩30相对于探针10活动的灵敏度即可。

在其中一个实施方式中，将屏蔽罩30定位于探针10不同的轴向位置，来调节弹簧的阻尼系数。具体地，屏蔽罩30或探针10上可以设置对应于不同阻尼系数的刻度值，从而使操作者便于将屏蔽罩30调节至不同阻尼系数的位置。如此设置，不仅便于操作者调节，且操作简单。

在其中一个实施方式中，探针装置100包括至少三个标记点20，三个标记点20分别连接于探针10。三个标记点20的其中两个分别以探针10中轴线的两侧呈轴对称布设，并伸出屏蔽罩30的罩设区域；第三个标记点20为隐藏点21，设置于探针10相对远离接触末端的位置。如此，不共线的三个标记点20与探针10接触末端的位置相对固定，便可计算并获取探针10接触末端的坐标。可以理解，在其他实施方式中，标记点20也可以是三个共线的标记点20，或四个以上的标记点20，只要能够计算出探针10接触末端的坐标即可。

优选地，至少三个标记点20排列为非对称的几何形状。如此设置，便于根据标记点20的位置信号以及标记点20与探针10接触末端之间固定的坐标关系，计算出探针10接触末端的坐标。

以下具体阐述探针装置100的工作原理：

当探针10在未接触至目标部位时，屏蔽罩30能够屏蔽至少一个标记点20的位置信号。此时，手术导航装置的跟踪装置获取的只是部分的标记点20的位置信号；因此主控模块可自动摒除具有部分标记点20的位置信号这些数据组。

当探针10在接触目标部位时，由于探针10与目标部位之间具有施力点，屏蔽罩30能够相对于探针10滑动；屏蔽罩30的滑动能够使屏蔽罩30内的标记点20脱离屏蔽罩30所罩设的范围内，因而此时跟踪装置能够获取探针装置100上全部标记点20的位置信号，并传递至主控模块，主动模块判断其为有用的数据信息，因而能够对该数据组进行识别和计算，从而获取探针10接触末端的准确坐标。

本发明一实施方式提供一种探针装置100，通过屏蔽罩30阻隔部分标记点20，并使得被罩设的标记点20仅在接触目标部位时才能够脱离屏蔽罩30所罩设的区域范围，从而使跟踪装置能够在标记点20全部外露的情况下获取标记点20的位置信号。因此，在本实施方式中通过屏蔽罩30的使用，手术导航装置无需引入额外的数据处理步骤，仅在主控模块可自主选取具有全部标记点20的位置信号的数据组，来获取当前探针装置100的姿态信息或探针10接触末端的准确位置，从而大大简化手术导航装置的数据处理过程。此外，探针装置100内仅使用了制造成本低廉的屏蔽罩30，便可大大简化手术导航装置乃至整个定位系统的数据处理过程。

本发明一实施方式还提供一种定位系统(未标号)。定位系统包括上述的探针装置100。此外，定位系统还包括手术导航装置中的跟踪装置及主控模块。跟踪装置用于获取标记点的位置信号；主控模块用于接收这些标记点的位置信号，并选取有效的数据组进行计算，以获得探针接触末端的坐标。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于接触定位的探针装置，用于与跟踪装置相配合，

所述探针装置包括探针及多个与所述探针相连的标记点，多个所述标记点设置于所述探针，

其特征在于，所述探针装置还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩可活动地设置于所述探针，且所述屏蔽罩套设至少一个所述标记点，以阻隔所述屏蔽罩所罩设区域范围内的所述标记点的位置信号；

当所述探针接触目标部位时，所述屏蔽罩能够相对所述探针活动，并使所罩设的标记点逐步脱离所述屏蔽罩所罩设的区域范围。

2.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述探针装置还包括阻尼件，所述屏蔽罩通过所述阻尼件滑动连接于所述探针。

3.根据权利要求2所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述阻尼件的阻尼系数能够调节至预设范围内。

4.根据权利要求2所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述阻尼件为弹簧，所述弹簧的一端固定于所述探针，另一端作用于所述屏蔽罩。

5.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述标记点包括主动标记点或被动标记点的至少其中一种。

6.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述标记点的数量为至少三个。

7.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述屏蔽罩呈筒状结构，且所述屏蔽罩与所述探针同轴设置。

8.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，多个所述标记点的至少一个为隐藏点，所述隐藏点设置于所述探针相对远离接触末端的位置，且所述屏蔽罩能够罩设所述隐藏点。

9.根据权利要求1所述的用于接触定位的探针装置，其特征在于，所述屏蔽罩的外周设有握持部，所述握持部供用户手持所述探针装置；及/或，

所述探针包括用于接触所述目标部位的接触末端，所述接触末端为圆弧面或针形的其中一种。

10.一种定位系统，其特征在于，所述定位系统包括如权利要求1至9任意一项所述的探针装置。

Images