CN113876441A - 一种定位辅助设备及定位辅助方法 - Google Patents

一种定位辅助设备及定位辅助方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种定位辅助设备及定位辅助方法，该设备包括：基座，基座上活动连接有机械臂，机械臂用于进行手术操作；定位装置，定位装置设置在基座上，用于向手术工作台发射定位信号；控制单元，控制单元与机械臂通信，用于控制机械臂运动，且控制单元还与定位装置通信，用于控制定位装置向手术工作台发射定位信息，并基于定位信息确定基座与手术工作台的空间关系以及目标工作区域。本发明用于控制定位装置相对手术工作台输出定位信息，通过该定位信息的位置关系以供操作者确定基座与手术工作台的空间关系，以及基于定位信息确定目标工作区域，用以解决现有的医疗器械与手术工作台对准定位困难的问题，以及定位辅助确定手术切口的目标位置。

Description

一种定位辅助设备及定位辅助方法
技术领域
本发明是关于一种定位辅助设备及定位辅助方法，涉及医疗器械技术领域。
背景技术
在微创医疗程序中，通常在手术实施之前需要进行术前布置，即将医疗器械移动到期望的工作位置附近，然后通过位置和方向的调整使医疗器械与手术工作台处于最佳位置，从而确定手术切口的目标位置，便于医疗器械的机械操作臂经手术切口处的鞘套通道顺利进入人体内进行手术操作。
现有的微创医疗器械，由于没有相关的定位装置，在术前布置时通常需要花费大量的时间和精力去调整医疗器械的位置，装配调整过程中需要反复定位，以使医疗器械的机械操作臂与手术工作台处于最佳的位置关系，便于手术实施时机械操作臂可以在最佳的运动范围内工作。也有少部分医疗器械利用复杂的定位设备实现目标位置的对准，往往造成医疗器械成本增加，调整过程复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够使得现有的医疗器械与手术工作台对准过程简单，且能够定位辅助确定手术切口目标位置的定位辅助设备及定位辅助方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种定位辅助设备，该设备包括：
基座，所述基座上活动连接有机械臂，所述机械臂用于进行手术操作；
定位装置，所述定位装置设置在所述基座上，用于向手术工作台发射定位信号；
控制单元，所述控制单元与所述机械臂通信，用于控制机械臂运动，且所述控制单元还与所述定位装置通信，用于控制所述定位装置向所述手术工作台发射定位信息，并基于定位信息确定所述基座与所述手术工作台的空间关系以及目标工作区域。
优选地，所述定位装置包括位于同一中心线且间隔设置的第一定位装置和第二定位装置；
所述控制单元分别控制所述第一定位装置和第二定位装置输出第一定位信息和第二定位信息，根据第一定位信息或第二定位信息确定目标工作区域以及根据第一定位信息和第二定位信息的相对位置关系确定所述基座与手术工作台的空间关系。
优选地，所述第一定位信息在所述手术工作台上投影形状呈圆形；所述第二定位信息在所述手术工作台上的投影形状呈十字形。
优选地，所述第一定位信息和所述第二定位信息的相对位置关系包括：
所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影相切时的位置关系；
所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影不相切时的位置关系。
优选地，基于所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影相切时的位置关系确定所述基座与所述手术工作台的适当空间关系。
优选地，所述基座包括立柱以及垂直连接于所述立柱的横梁；
所述立柱包括位移调节机构，所述位移调节机构用于调节所述立柱沿竖直方向的高度；
所述机械臂活动设置在所述横梁上；
所述定位装置固定设置在所述横梁远离所述立柱端部的下表面。
优选地，所述第一定位信息和第二定位信息的位置关系随所述基座沿竖直方向的高度而变化。
优选地，所述第一定位装置距离所述立柱的距离大于所述第二定位装置距离所述立柱的距离时，确定所述目标工作区域位于第一定位信息的圆形投影内。
优选地，所述第一定位装置距离所述立柱的距离小于所述第二定位装置距离所述立柱的距离时，确定所述目标工作区域位于第二定位信息的十字投影的外接圆内。
第二方面，本发明还提供一种定位辅助的方法，包括：
S1、确定手术工作台的位置，基于手术工作台的位置移动基座靠近手术工作台；
S2、基座移动完毕后，控制单元控制机械臂移动使得定位装置发射的定位信息可以顺利达到手术工作台；
S3、机械臂移动完毕后，控制单元控制定位装置发出定位信号，并基于定位信息确定基座与手术工作台的空间关系以及目标工作区域。
优选地，根据所述定位信息在手术工作台的部分投影形状或者部分投影衍生形状确定目标工作区域，并将目标工作区域与实际工作区域对准。
进一步地，根据定位信息的位置关系调节基座相对手术工作台的空间关系，所述空间关系包括所述基座相对所述手术工作台的水平距离和竖直距离；所述定位信息的位置关系包括所述定位信息在手术工作台的投影形状之间的位置关系，通过定位信息的位置关系中出现的特定位置关系，确定所述定位辅助设备相对所述手术工作台的空间关系。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明用于控制定位装置相对手术工作台输出定位信息，通过该定位信息的位置关系以供操作者确定基座与手术工作台的空间关系，以及基于定位信息确定目标工作区域，用以解决现有的医疗器械与手术工作台对准定位困难的问题，以及定位辅助确定手术切口的目标位置。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例1的一种定位辅助设备位置示意图，图中箭头示意为立柱方向；
图2为本发明实施例1的另一种定位辅助设备位置示意图，图中箭头示意为立柱方向；
附图标记为：1、横梁，2、手术工作台，3、第一定位装置，4、第二定位装置。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”、“左”、“右”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
在使用定位辅助设备的过程中，本发明定义靠近操作者的一端为近端或后端，靠近手术患者的一端为远端或前端。
实施例1
本实施例提供一种定位辅助设备，包括基座、机械臂、定位装置和控制单元。
基座，基座上活动连接有机械臂，机械臂用于供操作者对手术工作台上的患者进行手术操作；
基座上固定设置有定位装置，定位装置用于向手术工作台发射定位信号；
控制单元与机械臂和定位装置分别耦接，用于控制机械臂的运动以及控制定位装置向手术工作台输出定位信息，以供操作者基于定位信息确定机械臂与手术工作台的空间关系，以及基于定位信息确定目标工作区域。
基座可以包括立柱(图中未示出，仅以箭头示意立柱方向)以及垂直连接于立柱的横梁1，机械臂活动设置在横梁1上，定位装置远离立柱端部设置于横梁1的下表面，如图所示。横梁1设置于立柱的顶部，定位装置设置在横梁1下表面沿长度方向的中心线上，且位于远离立柱的一端，从而避免机械臂的存在阻挡定位装置输出定位信号投射到手术工作台2或者手术工作台2上患者身体上，影响定位效果。进一步地，基座底部可设有滑轮，从而用于操作者将基座移动到需要的活动位置。进一步地，基座上可设置位移调节机构，从而调节基座沿竖直方向的高度位置。
机械臂的数量为一个或者多个，机械臂可以通过多个关节组实现相对于基座的旋转、俯仰、上下位移、左右摇摆等多个方位的自由度运动，机械臂的远端连接有手术工具，通过手术工具进行相关的手术操作。
控制单元可以单独设置或者可以设置在该定位辅助设备上，控制单元可以包括电脑控制系统或者设备上的物理按键单元，控制单元与机械臂和定位装置可以有线连接或者无线连接，在此不做限制。实际工作时，控制单元控制机械臂的多个关节组运动，从而调节机械臂的位置和姿态，以及控制定位装置工作状态。
如图1所示，定位装置可以为激光定位装置或者其他方式的定位装置。进一步地，定位装置包括沿横梁1的中心线相互间隔设置的第一定位装置3和第二定位装置4；进一步地，第一定位装置3和第二定位装置4间隔分布在同一中心线上。控制单元分别控制第一定位装置3和第二定位装置4对应输出第一定位信息和第二定位信息，可以根据第一定位信息或第二定位信息确定目标工作区域，通过将确定的目标工作区域与实际工作区域对准，实际工作区域即指手术时患者切口的位置范围，然后操作者根据第一定位信息和第二定位信息的位置关系确定基座与手术工作台2的空间关系，从而确定基座上的机械臂与手术工作台的关系，以便于进行后续的相关手术操作。例如，第一定位信息和第二定位信息可以为光斑信息，随着基座的高度变化，投射在手术工作台2上的光斑信息也会发生缩放，当第一定位信息和第二定位信息的光斑信息为某一特定的位置关系时，操作者可根据该特定的位置关系，从而确定基座与手术工作台2的适当空间关系，满足此空间关系时，从而使手术时的操作空间为最佳范围。此时操作者根据该特定的位置关系时的光斑信息，确定目标工作区域，例如当患者位于手术台车2上时，根据第一定位信息或第二定位信息在患者身体上的光斑投影范围或投影信息，确定目标工作区域，将目标工作区域与手术时患者切口的位置范围对准，以使实际患者切口位置处于目标工作区域范围内，然后通过调节基座的高度，以使第一定位信息和第二定位信息的光斑信息为某一特定的位置关系，从而确定基座与位于手术工作台2上的患者的适当空间关系，进而确定机械臂与患者的空间关系。因此，可以通过基座的位置调节和定位装置的定位，从而加速术前的布置时间，便于操作者快速准确的确定目标工作区域并与实际工作区域对准，顺利开展后续的手术工作，从而解决现有的医疗器械与手术工作台2对准定位困难的问题，以及定位辅助以确定对准手术切口的目标位置。
在上述实施例中，第一定位信息在手术工作台2上的投影形状呈圆形，第二定位信息在手术工作台上的投影形状呈十字形。为了便于操作者观察，第一定位信息的投影可以呈圆形光斑形状，第二定位信息的投影可以呈十字形光斑形状。进一步地，第一定位信息和第二定位信息的位置关系包括：第一定位信息的圆形光斑投影与第二定位信息的十字形光斑投影相切时的位置关系以及第一定位信息的圆形光斑投影与第二定位信息的十字形光斑投影不相切时的位置关系，以供操作者基于切时的位置关系确定基座与手术工作台2的空间关系。圆形光斑和十字形光斑随着基座的高度变化，光斑的大小和位置会随着发生变化，当通过圆形光斑范围或者十字形光斑的范围确定目标工作区域并与实际手术时患者切口的位置范围对准，然后调节基座的高度，当圆形光斑和十字形光斑刚好相切时，根据此特定位置关系，确定此时的基座距离手术工作台2的竖直高度和水平距离为最佳位置，即确定机械臂与手术工作台2的空间关系，满足此空间关系时，从而使手术时的操作空间为最佳范围。
在上述实施例中，如图1所示，第一定位装置3距离立柱的距离大于第二定位装置4距离立柱的距离。具体地，第一定位装置3位于横梁1更靠近端部的位置，第二定位装置4位于横梁1端部更内侧的位置，此时目标工作区域位于第一定位信息的圆形光斑内，根据圆形光斑的面积范围从而确定对准患者切口的位置。
实施例2
如图2所示，本实施例提供的定位辅助设备与实施例1基本相同，区别之处在于第一定位装置3距离立柱的距离小于第二定位装置4距离立柱的距离。
具体地，第一定位装置3位于横梁1端部更内侧的位置，第二定位装置4位于横梁1更靠近端部的位置，此时目标工作区域位于第二定位信息的十字投影的外接圆内(图2所示的虚线圆)，即可以在十字形光斑形成的外接圆面积内，确定对准患者切口的位置。
实施例3
本实施例提供一种定位辅助的方法，该方法包括：
S1、确定手术工作台2的位置，基于手术工作台2的位置移动基座以靠近手术工作台2；
S2、在基座移动完毕后，通过控制单元控制一个或多个机械臂移动到第一位置，第一位置为使定位装置的定位信息可以顺照射到手术工作台2时的位置，通过移动机械臂，从而避免机械臂的存在阻挡定位装置的输出定位信息投射到手术工作台2或者患者身体上，影响定位效果。
S3、在机械臂移动完毕后，控制单元控制定位装置发出定位信号，操作者根据定位信息以及定位信息之间的位置关系调节基座相对手术工作台的空间关系，空间关系包括基座相对手术工作台的水平距离和竖直距离，定位信息的位置关系包括定位信息在手术工作台2的投影形状之间的位置关系，在定位信息的位置关系中出现的特定位置关系时，确定基座相对手术工作台2的空间关系；
根据定位信息在手术工作台2的部分投影形状或者部分投影衍生形状确定目标工作区域。例如：此时操作者可根据该位置关系时的圆形光斑范围或者十字形光斑的范围，确定目标工作区域，即确定手术时患者切口的位置范围，并与实际手术时患者切口的位置范围对准，以调节基座距离手术工作台2的水平距离最佳位置。
例如：定位装置输出不同的定位信息，例如第一定位信息的圆形光斑投影与第二定位信息的十字形光斑投影，通过调节基座沿竖直方向上的高度，使圆形光斑和十字形光斑刚好满足相切关系时，根据此特定位置关系，确定此时的基座距离手术工作台2的竖直高度为最佳位置，从而确定机械臂与手术工作台2的空间关系，从而使手术时的操作空间为最佳范围。从而解决现有的医疗器械与手术工作台对准定位困难的问题，以及定位辅助确定手术切口的目标位置。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (12)

1.一种定位辅助设备，其特征在于，所述设备包括：
基座，所述基座上活动连接有机械臂，所述机械臂用于进行手术操作；
定位装置，所述定位装置设置在所述基座上，用于向手术工作台发射定位信号；
控制单元，所述控制单元与所述机械臂通信，用于控制机械臂运动，且所述控制单元还与所述定位装置通信，用于控制所述定位装置向所述手术工作台发射定位信息，并基于定位信息确定所述基座与所述手术工作台的空间关系以及目标工作区域。
2.根据权利要求1所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述定位装置包括位于同一中心线且间隔设置的第一定位装置和第二定位装置；
所述控制单元分别控制所述第一定位装置和第二定位装置输出第一定位信息和第二定位信息，根据第一定位信息或第二定位信息确定目标工作区域以及根据第一定位信息和第二定位信息的相对位置关系确定所述基座与手术工作台的空间关系。
3.根据权利要求2所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述第一定位信息在所述手术工作台上投影形状呈圆形；所述第二定位信息在所述手术工作台上的投影形状呈十字形。
4.根据权利要求3所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述第一定位信息和所述第二定位信息的相对位置关系包括：
所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影相切时的位置关系；
所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影不相切时的位置关系。
5.根据权利要求4所述的一种定位辅助设备，其特征在于，基于所述第一定位信息的圆形投影与所述第二定位信息的十字形投影相切时的位置关系确定所述基座与所述手术工作台的适当空间关系。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述基座包括立柱以及垂直连接于所述立柱的横梁；
所述立柱包括位移调节机构，所述位移调节机构用于调节所述立柱沿竖直方向的高度；
所述机械臂活动设置在所述横梁上；
所述定位装置固定设置在所述横梁远离所述立柱端部的下表面。
7.根据权利要求6所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述第一定位信息和第二定位信息的位置关系随所述基座沿竖直方向的高度而变化。
8.根据权利要求6所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述第一定位装置距离所述立柱的距离大于所述第二定位装置距离所述立柱的距离时，确定所述目标工作区域位于第一定位信息的圆形投影内。
9.根据权利要求6所述的一种定位辅助设备，其特征在于，所述第一定位装置距离所述立柱的距离小于所述第二定位装置距离所述立柱的距离时，确定所述目标工作区域位于第二定位信息的十字投影的外接圆内。
10.基于权利要求1～9任一项定位辅助设备的定位辅助的方法，其特征在于包括：
S1、确定手术工作台的位置，基于手术工作台的位置移动基座靠近手术工作台；
S2、基座移动完毕后，控制单元控制机械臂移动使得定位装置发射的定位信息可以顺利达到手术工作台；
S3、机械臂移动完毕后，控制单元控制定位装置发出定位信号，并基于定位信息确定基座与手术工作台的空间关系以及目标工作区域。
11.根据权利要求10所述的定位辅助的方法，其特征在于，根据所述定位信息在手术工作台的部分投影形状或者部分投影衍生形状确定目标工作区域，并将目标工作区域与实际工作区域对准。
12.根据权利要求10所述的定位辅助的方法，其特征在于，根据定位信息的位置关系调节基座相对手术工作台的空间关系，所述空间关系包括所述基座相对所述手术工作台的水平距离和竖直距离；所述定位信息的位置关系包括所述定位信息在手术工作台的投影形状之间的位置关系，通过定位信息的位置关系中出现的特定位置关系，确定所述定位辅助设备相对所述手术工作台的空间关系。
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CN114343521A (zh) * 2022-03-21 2022-04-15 西南医科大学附属医院 一种改良的往复泵系统

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