CN114727851A - 器械联接接口及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种联接器及相关方法，其可用于以最小游隙联接第一对象和第二对象。联接器可包括：第一联接部件，其具有圆柱形表面，该圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销；和第二联接部件，其具有棱柱形表面，该棱柱形表面具有第一通孔和第二通孔。该第一联接部件和该第二联接部件可以被构造成使得，当该螺钉与该第一通孔接合时，该第一联接部件与该第二联接部件之间的相对运动可以在所有六个自由度上受到制约，以抵靠该第二部件的该棱柱形表面来固定该第一部件的该圆柱形表面。该销可以被构造成维持该联接器的稳定性并且进一步限制相对移动，使得该第一部件与该第二部件之间的定位和/或取向误差最小化。

Description

器械联接接口及相关方法
技术领域
本文公开了例如用于将外科器械联接到导航阵列或其他部件上的器械联接接口及相关方法。
背景技术
在外科手术过程中，对器械进行导航或跟踪已经变得越来越普及。当在患者体内移动器械时，手术导航可帮助外科医生避免脆弱的神经结构或血管结构。在脊柱手术中，例如，手术导航系统可以在椎间盘摘除、骨钻孔、植入物插入(例如螺钉和/或融合器插入)和其他手术步骤期间使用。使用手术导航系统也可减少患者和手术室工作人员所接触的X射线照射量，因为不利用手术导航系统的手术通常使用荧光透视或其他基于X射线的成像来执行更多步骤。
典型的导航系统包括附接到外科器械的标记阵列、捕获外科领域的图像的成像系统、以及检测所捕获图像中的标记并跟踪外科领域内的标记的移动的控制器。控制器将成像系统的参考框架与患者的参考框架相关联，并且根据阵列和器械的已知几何结构，确定器械相对于患者如何移动。基于该确定，控制器向外科医生提供导航反馈。阵列可具有不同的类型或几何形状，这可基于导航系统、手术类型，以及/或者正被跟踪的患者体内的位置而变化。
导航系统的精度很大程度上取决于被跟踪器械的设计，尤其取决于导航阵列与器械其余部分之间的接口的刚性。将导航阵列焊接到或一体形成到器械上可导致相对很高精度的实现。然而，此类解决方案可能并不方便，因为缺少了将阵列与器械断开或将阵列联接到其他器械上的能力。此外，具有与器械一体形成的导航阵列的布置可能需要用于标准和导航用途的独立器械，从而提高设备的成本。
已经开发了许多解决方案以允许将导航阵列与一个或多个器械可互换地附接起来。此类可互换的连接件可以对器械导航的精度具有显著影响。可互换的连接件可包括具有燕尾或V形槽几何形状的接口，以将导航阵列连接到器械上。这些解决方案可以是几何超定型，即利用的接触表面数量大于约束两个部件的移动所需。由于制造公差和其他偏差防止了此类超定构型中许多接触表面之间的完全配合，可能难以在期望的相对位置和取向上，一致地且可重复地将阵列与器械附接起来。还可能将其他偏差引入可互换的连接件中，例如，在使用期间可能由部件之间的相互作用而导致一个或多个连接接口的机械变形等。在超定几何形状的情况下，接触表面数量大于所需可能加重机械变形的风险和结果。因此，这些解决方案可允许导航阵列可以在一个或更多自由度上移动的情境，这可能不合期望地降低了导航的精度。
因此，需要改进的装置、系统和方法，以将第一对象和第二对象牢固地联接在牢靠、精确和可重复的相对位置和取向上。
发明内容
本文所公开的联接组件可针对第一对象和第二对象的已知且可重复的取向，提供它们之间最小的相对移动。联接器可包括：第一联接部件，其具有圆柱形表面，该圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销；和第二联接部件，其具有棱柱形表面、被构造成接纳螺钉的第一开口，以及被构造成接纳销的第二开口。在第一联接部件和第二联接部件的固定或配合构型中，螺钉可以与第一开口螺纹接合，并且抵靠棱柱形表面来固定圆柱形表面，使得在它们之间形成两条接触线。销可接纳在第二联接部件的第二开口内，并且可以被构造成限制第一联接部件与第二联接部件之间的不被螺钉接合所阻止的任何相对移动。
在一个方面，一种用于附接第一对象和第二对象的联接器可包括与第一对象相关联的第一联接部件和与第二对象相关联的第二联接部件。第一联接部件可具有圆柱形表面，该圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销。第二联接部件可具有棱柱形表面、被构造成接纳螺钉的第一开口，以及被构造成接纳销的第二开口。第一部件和第二部件可被适配成彼此配合，使得第一联接部件与第二联接部件之间的相对运动在所有六个自由度上受到制约。
本文所述的装置和方法可具有多种附加的特征和/或变型，所有这些特征和/或变型均在本发明的范围内。在一些实施方案中，例如，销可包括近侧端部、远侧端部，以及位于销的远侧端部的近侧的直径减小部分。销的远侧端部可以是环面形状。第一联接部件和第二联接部件可以被构造成使得，当第一联接部件和第二联接部件配合时，销的直径减小部分的至少一部分设置在第二联接部件的第二开口内。在一些此类实施方案中，销可以被构造成限制第一联接部件与第二联接部件之间沿圆柱形表面的纵轴的相对移动。
第一联接部件和第二联接部件可以被构造成使得，当第一部件的销接纳在第二部件的第二开口内时，在销与第二开口的内表面之间存在余隙。在此类实施方案中，销的远侧端部可接触第二开口的内表面，以制约第二联接部件相对于第一联接部件的移动。
在一些实施方案中，第一联接部件和第二联接部件可被适配成彼此配合，使得第一接触线和第二接触线可以在第一联接部件与第二联接部件之间延伸。第一接触线和第二接触线可以在第一联接部件的圆柱形表面与第二联接部件的棱柱形表面之间延伸。具体地，在一些实施方案中，第一接触线和第二接触线可位于圆柱形表面的中线的相对两侧上。第一接触线和第二接触线可基本上沿圆柱形表面的整个长度延伸。
第二联接部件的棱柱形表面可包括第一端和第二端，其中第一侧壁和第二侧壁在其间延伸。第一侧壁和第二侧壁可相对于棱柱形表面的后挡件以一定角度延伸。第一接触线可以沿棱柱形表面的第一侧壁延伸，并且第二接触线可以沿棱柱形表面的第二侧壁延伸。
第一联接部件的螺钉可包括柱，该柱具有近侧端部、远侧端部，以及位于螺钉远侧端部的近侧的螺纹部分。第一联接部件还可包括与圆柱形表面相对的一个后表面，其中后表面是一个扁平的平坦表面。在一些实施方案中，第一联接部件可包括通孔，该通孔被构造成接纳螺钉，使得螺钉垂直于第一联接部件的后侧而贯穿第一联接部件。在一些实施方案中，第一对象可以是外科器械，并且第二对象可以是导航阵列。
在另一方面，提供了一种联接第一对象和第二对象的方法，该方法可包括：将与第一对象相关联的第一联接部件和与第二对象相关联的第二联接部件对齐。第一联接部件可具有圆柱形表面，该圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销，并且第二联接部件可具有棱柱形表面、第一开口和第二开口。该方法可包括：相对于第二联接部件，推进第一联接部件，使得圆柱形表面抵靠棱柱形表面而安置，螺钉接纳在第一开口内，并且销接纳在第二开口内。该方法还可包括：将第一联接部件和第二联接部件固定在配合构型中，使得第一联接部件与第二联接部件之间的相对移动在六个自由度上受到制约。
此外，该方法可包括：通过销与第二开口的内表面之间的接触，限制第一部件与第二部件之间的相对移动。固定第一部件和第二部件还可包括：驱动第一开口内的螺钉。在一些实施方案中，驱动螺钉可防止第一部件与第二部件之间在至少五个自由度上的相对移动。该方法还包括：在驱动螺钉以固定第一部件和第二部件之后，销制约第一部件与第二部件之间的相对移动。在一些此类实施方案中，销可接触第二开口的内表面，以制约第一部件与第二部件之间的相对移动。第一部件与第二部件之间受制约的相对移动可以沿圆柱形表面的纵轴。
驱动螺钉以配合第一部件和第二部件可包括：在第一方向上旋转螺钉，使得螺钉的螺纹部分与第一开口的螺纹内表面完全接合。在一些此类实施方案中，当螺钉与第一开口的螺纹内表面完全接合时，螺钉的无螺纹远侧端部可延伸超过第二部件的后表面。
在一些实施方案中，驱动螺钉以配合第一部件和第二部件可包括：在第一方向上旋转螺钉组件的柄部，直到柄部的平坦表面邻接第一部件的后表面。
第一部件和第二部件可以沿在第一部件的圆柱形表面与第二部件的棱柱形表面之间延伸的第一接触线和第二接触线而彼此接触。在一些此类实施方案中，第一接触线和第二接触线可位于圆柱形表面的中线的相对两侧上。
上述特征或变型中的任一者能够以多种不同的组合应用于本公开的任何特定方面或实施方案。没有明确叙述任何特定的组合仅仅是为了在本发明内容中避免赘述。
附图说明
图1是现有技术联接器的一个分解透视图；
图2是图1的现有技术联接器的另一视图；
图3示出了包括根据本公开的联接器的一个实施方案的导航器械系统的一个实施方案；
图4是图3所示系统的第一联接部件的透视图；
图5是图4所示的第一联接部件的螺钉组件的透视图；
图6是图3所示系统的第二联接部件的透视图；
图7是沿图6中的线A-A截取的图6的第二联接部件的截面的一个透视图；
图7A是沿图6中的线A-A截取的图6的第二联接部件的截面的另一视图；
图8是图3所示系统的处于配合构型的第一联接部件和第二联接部件的透视图；
图9是根据本公开的联接器的机械原理的示意图；
图10是沿图8中的线B-B截取的图8的联接器的一个截面图；
图11是沿图8中的线C-C截取的图8的联接器的另一截面图；
图12是图3所示系统的联接器的截面图，示出了在配合构型中处于理想对齐的第一联接部件和第二联接部件；
图13是图3所示系统的在配合构型中处于非平行对齐的第一联接部件和第二联接部件的截面图；
图13A是图13所示联接器的放大图；
图14是图3的系统的联接器的透视图，其中第一联接部件安置于第二联接部件内；
图15是图3的系统的联接器的透视图，其中第一联接部件配合到第二联接部件上；
图16是与图3的系统的第二联接部件相关联的导航阵列的透视前视图；
图17是图16的导航阵列的透视后视图；
图18是与图3的系统的第一联接部件相关联的器械适配器的透视图；
图19是图18的器械适配器的侧视图；
图20是图18的器械适配器的替代透视图；
图21是图18的器械适配器的前视图；
图22是图3的系统的一个透视图，其中与第一联接部件相关联的第一对象同与第二联接部件相关联的第二对象对齐；
图23是图3的系统的替代透视图，其中与第一联接部件相关联的第一对象同与第二联接部件相关联的第二对象对齐；
图24是图3的系统的透视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件安置于与第二对象相关联的第二联接部件内；
图25是图3的系统的侧视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件安置于与第二对象相关联的第二联接部件内；
图26是图3的系统的一个透视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件固定到与第二对象相关联的第二联接部件上；
图27是图3的系统的替代透视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件固定到与第二对象相关联的第二联接部件上；
图28是图3的系统的侧视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件固定到与第二对象相关联的第二联接部件上；
图29是图3的系统的前视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件固定到与第二对象相关联的第二联接部件上；
图30是图3的系统的俯视图，其中与第一对象相关联的第一联接部件固定到与第二对象相关联的第二联接部件上；
图31示出了根据本公开的联接器的替代实施方案；
图32示出了图31的处于配合构型的联接器；并且
图33示出了图31的处于配合构型的联接器，其中第一对象与第一联接部件相关联，并且第二对象与第二联接部件相关联。
具体实施方式
本文公开了例如用于将外科器械联接到导航阵列或其他部件上的器械联接接口及相关方法。本公开的联接器的一个实施方案可包括：与第一对象(诸如外科器械或外科器械适配器)相关联的第一联接部件；以及与第二对象(诸如导航阵列)相关联的第二联接部件。第一联接部件可以被构造成与第二联接部件配合，使得按最小游隙或最弱相对移动能力，将第一对象和第二对象相对于彼此设置在已知位置和取向上。联接器可被完全限定，即，可制约在所有六个自由度上的移动，而无需具有所利用的接触表面数量大于实现期望移动制约所需的超定几何形状。因此，该联接器可以使以下项最小化或消除它们：与导航器械系统中的对象和/或部件的系统公差相关联的导航不准确性。
现有技术联接器
图1和图2示出了用于附接两个对象的现有技术联接器100。联接器100包括与第一对象A相关联的第一部件102A和与第二对象B相关联的第二部件102B。第一部件102A包括接纳在第二部件102B的四个对应V形凹槽106内的四个V形突起104。所示联接器100具有超定几何形状，在该超定几何形状中，存在比将对象A、B约束在期望自由度上所需更多的接触点或接触表面(即，在第一部件102A与第二部件102B之间，所示联接器100包括至少八个可能的接触表面)。突起和对应凹槽的数量可等于或大于三个。在此类构型中，可以是以下情况：不是所有的八个接触表面可实际上彼此接触，这可允许第一对象A与第二对象B之间存在一定程度的“游隙”或齿隙或相对移动(例如，由于它们之间的间隙110，如图2所示)。此外，锥形或V形表面对公差非常敏感，当配合部件拼装在一起时，公差可导致间隙大小发生变化。作为再一示例，旨在具有一样的联接接口的对象或零件之间的几何形状的偏差可防止在两个配合对象之间实现可重复的已知位置和取向。此风险由于过度约束型或超定型联接器具有比所需更多的接触点而加剧。鉴于此类联接器的这些约束条件，必须严格控制公差，公差会增加制造成本并减少制造收益，或者必须接受一定程度的不准确性。另外，具有许多小型对接特征和/或尖锐边缘或尖锐表面(例如，如图1和图2所示的多个V形突起等)的部件之间的相互作用可能经历联接器中的一个或多个部件的机械变形或磨损。此类机械变形或磨损可导致联接器有缺陷以及部件之间不合期望的相对移动。虽然图1和图2示出了具有V形槽几何形状的联接器，但是燕尾型和其他类型的连接件也可能是超定的并且遭受上述的不准确性。
器械联接接口及相关方法
现在将描述某些示例性实施方案以从整体上理解本文所公开的装置、系统和方法的结构、功能、制造和使用的原理。在附图中示出了这些实施方案的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文具体描述且附图中示出的装置、系统和方法是非限制性的示例性实施方案。可以将结合一个实施方案所示或所述的特征与其他实施方案的特征进行组合。此类修改和变型旨在被包括在本公开的范围内。
另外，就在公开的装置和方法的描述中使用线性或圆形尺寸而言，此类尺寸并非旨在限制可与此类装置和方法结合使用的形状的类型。本领域技术人员将认识到，对于不同的几何形状，可确定此类线性尺寸和圆形尺寸的等效物。另外，在本公开内容中，实施方案的相似编号的部件通常具有类似的特征。此外，装置及其部件的大小和形状可至少取决于将使用这些装置的受试者的解剖结构、将与这些装置一起使用的对象的大小和形状，以及将使用这些装置的方法和过程。
图3示出了导航器械系统300的一个实施方案，该系统包括可以将第一对象(例如，器械适配器302)配合到第二对象(例如，导航阵列304)上的联接器308。器械适配器302可以被构造成在其中接纳器械306。导航阵列304和器械306可定位在导航系统307的视场内。导航阵列304可以由导航系统307来检测，可以与导航系统307通信，或者可以按其他方式操作地联接到导航系统307上，以允许通过联接器308附接到导航系统上的器械(例如，器械306和/或器械适配器302)的位置和/或取向由导航系统进行配准和跟踪。按比传统联接器更稳定的方式，联接器308可实现第一对象和第二对象一致的相对定位，并且可以更不易于出现由系统公差(例如，形成各种系统部件时的制造公差)引入的误差。按它们之间的最小游隙或最弱相对移动能力，联接器308可以在已知且可重复的位置中，将导航阵列304联接到器械适配器302和/或器械306上。因此，通过更有效地将两个部件联接成单个刚性构造，联接器308可提高器械306的导航准确性和可靠性。
联接器308可以被构造成提供无肘节的、取向良好的联接器，其中所联接部件之间的相对移动在所有六个自由度上受到制约。如插入框3A更详细所示，联接器308可包括与第一对象(例如，器械适配器302)相关联的第一联接部件310和与第二对象(例如，导航阵列304)相关联的第二联接部件312。第一联接部件310和第二联接部件312可分别与第一对象302和第二对象304一体形成。例如，在对象本身的表面上，可直接制造与第一对象或第二对象相关联的联接部件。替代地，第一联接部件和/或第二联接部件可以是单独的部件，该单独的部件被焊接、螺纹连接、胶合或以其他方式分别牢固地与第一对象和第二对象相关联或附接到它们之上。
第一联接部件310可以被构造成与第二联接部件312配合，以按它们之间的最小游隙或最弱相对移动能力来联接第一对象和第二对象。第一联接部件310和第二联接部件312可彼此固定或配合，其中它们之间的相对移动在所有六个自由度上受到制约。如下文将详细所论，基于第一联接部件310的圆柱形表面，联接器308可以在第一部件310与第二部件312之间提供完全限定的连接件，该圆柱形表面可抵靠第二部件312的棱柱形表面而安置并且通过螺钉进一步固定。从第一联接部件310延伸的销可增加联接器308的稳定性并且可进一步限制两个部件之间的移动。联接器308可具有良好的耐久性，并且例如通过消除尖锐表面或尖锐边缘的接触并在联接和断开过程中使这些部件之间的相互作用最小化，可减轻联接部件310、312机械变形的风险。
现在将参考联接器308来描述坐标系，该坐标系将在本公开中通篇使用以助于描述本文所公开的联接器及相关方法。Z轴314可以沿第一部件310的圆柱形表面的纵轴延伸。X轴316可垂直于第一联接部件310的后表面延伸。在所示的组件中，X轴可以沿器械适配器302的纵轴延伸。Y轴318可垂直于X轴和Z轴两者且横向于第一联接部件310延伸(即，Y轴可以沿第一部件310的宽度延伸，如下文将述)。坐标系在方框350中示出，其在所有图中再现以供参考。
图4-图7更详细地示出了联接器308的部件。图4示出了第一联接部件310(本文也称为第一部件)。第一联接部件310可包括圆柱形表面404、螺钉410和销412。螺钉410和销412可以从圆柱形表面404延伸。圆柱形表面404可具有凸起轮廓并且可以沿第一联接部件310的绝大部分延伸。
在一些实施方案中，第一联接部件310可包括处于圆柱形表面404的近侧端部404p近侧的第一端部406和处于圆柱形表面404的远侧端部404d远侧的第二端部408。在第一端部406与第二端部408之间，圆柱形表面404可延伸长度L1。在一些实施方案中，圆柱形表面404的长度L1可延伸第一联接部件310长度的绝大部分。第一端部406和第二端部408可具有平坦表面。在一些实施方案中，端部406、408可利于第一部件310的制造。例如，第一联接部件310可具有斜切边缘，该斜切边缘可以比弯曲表面更易于由平坦表面(即，第一端部406和第二端部408的平坦表面)进行制造。端部406、408可对应于第二联接部件312的几何形状，以帮助将第一联接部件310与第二联接部件312对齐。
如下文将详细所述，圆柱形表面404可以被构造成使得，当第一联接部件310固定到第二联接部件312之上时，两条接触线可以在圆柱形表面404与第二联接部件312之间延伸。两条接触线可各自是连续线。在一些实施方案中，每条接触线可以沿圆柱形表面404的整个长度L1或基本上整个长度L1延伸。例如，从图4的透视图来观察时，当第一部件310固定到第二部件312之上时，第一接触线303A可以沿圆柱形表面404的左侧(相对于沿Z轴延伸的圆柱形表面的中线ML)延伸。从图4的透视图来观察时，第二接触线305A可以沿圆柱形表面404的右侧(相对于圆柱形表面的中线ML)延伸。
螺钉410和销412可以从第一联接部件310的圆柱形表面404延伸。更具体地，沿第一部件310的X轴，螺钉410和销412可以从圆柱形表面404延伸。在一些实施方案中，螺钉410和销412可相对于圆柱形表面404的中线ML居中。螺钉410和销412可以被构造成接纳在第二部件312中的对应开口内。在一些实施方案中，螺钉410和销412可以从平坦表面416延伸，该平坦表面可形成于或镶嵌在圆柱形表面404中。在其他实施方案中，螺钉410和销412中的一者或两者可以从圆柱形表面404的凸起部分延伸。虽然所示实施方案示出了将螺钉410放置在销412的近侧(即，更靠近圆柱形表面的近侧端部404p)，但是替代构型也处于本公开的范围内。例如，在一些实施方案中，可以将销412放置在螺钉410的近侧。
螺钉410可以是螺钉组件414的一部分，其中螺钉410设置在第一部件310的通孔中。如图4所示，仅销410的远侧端部贯穿第一部件310的通孔开口。这可指示：螺钉组件414还没有相对于第一部件310完全拧紧。作为比较，图3所示的第一部件310示出了相对于第一部件处于拧紧构型的螺钉组件414。销412可以与第一部件310一体形成。在其他实施方案中，销412可以是一个单独部件，该单独部件可以焊接、螺纹连接、胶合或以其他方式与第一部件310相关联或附接到其上，使得销412沿第一部件的X轴延伸。
图5示出了第一部件310的螺钉组件414。螺钉组件414可包括螺钉410和柄部418。螺钉410可包括具有螺纹部分422的柱420。螺纹部分422可具有与第二部件312开口的螺纹内表面对应的螺纹。在一些实施方案中，螺纹部分422可以从近侧端部422p延伸到远侧端部422d。螺纹部分422的远侧端部422d可位于柱420的远侧端部420d的近侧。换言之，柱420的远侧端部420d可以是无螺纹的，并且在一些实施方案中可采取无螺纹圆柱体的形式。螺钉410的远侧表面421可以是平坦表面。螺钉410的无螺纹远侧端部420d可帮助对齐并且可便于将螺钉410与第二部件312中的对应开口装配起来(例如，无螺纹远侧部分420d可帮助在螺纹对接之前，对齐螺钉以防止由于未对齐而导致的螺纹错扣)。螺钉柱420可以从柄部418的平坦外表面424延伸。如下文将详细所述，平坦表面424可以被构造成邻接第一部件310的平坦后表面。在一些实施方案中，螺钉410可以与柄部418一体形成。在其他实施方案中，螺钉410和柄部418可以是彼此牢固地附接起来的单独零件。例如，装配销426可用于将螺钉410附接到柄部418上。
一个或多个翼状部分428可形成于柄部418上。翼状部分428可便于容易且可靠地抓握柄部418，例如用于用户旋转螺钉410。一个或多个开口430可形成于柄部418中。在一些实施方案中，器械可通过一个或多个开口430插入，并且可提供增加的扭矩以助于旋转柄部，即用于拧紧或拧松螺钉410。例如，可以将杆(未示出)通过相对开口430插入以提供更大的杠杆臂，从而增加用户施加到柄部418上的扭矩。
图6和图7更详细地示出了第二联接部件312。图6示出了第二联接部件312(本文也称为第二部件)的透视图。第二联接部件312可具有棱柱形表面502，该棱柱形表面具有第一端504、第二端506，以及在其间延伸的相对的第一侧508和第二侧510。在一些实施方案中，平坦表面512可形成相对于棱柱形表面502的后挡件。平坦表面512可利于制造第二部件312和棱柱形表面502。
棱柱形表面502可以被构造成使得第一部件310的圆柱形表面404可接纳在棱柱形表面502所限定的凹槽内。如上所论，在第一部件310和第二部件312的固定或配合构型中，两条接触线可以在圆柱形表面404与第二联接部件312之间延伸。更具体地，两条接触线可以在第二联接部件312的棱柱形表面502与第一联接部件310的圆柱形表面404之间延伸。例如，当第一部件310与第二部件312配合时，第一接触线303B可以沿棱柱形表面502的第二侧510延伸，其可对应于可以沿圆柱形表面404延伸的第一接触线303A。第二接触线305B可以沿棱柱形表面502的第一侧508延伸，其可对应于可以沿圆柱形表面404延伸的第二接触线305A。在一些实施方案中，第一接触线303B和第二接触线305B可以分别沿第二侧510和第一侧508的整个长度或基本上整个长度延伸。第二部件312的第一端504和第二端506可以被构造成分别接纳第一联接部件310的第一端部406和第二端部408。在一些实施方案中，第一端504和第二端506可包括多个斜切拐角，这些斜切拐角可以与第一联接部件310的第一端部406和第二端部408的几何形状互补。
第二部件312可包括第一开口514和第二开口516。在一些实施方案中，第一开口514和第二开口516可以是贯穿第二联接部件312的通孔。第一开口514可以被构造成接纳第一联接部件310的螺钉410。因此，第一开口514可具有螺纹内表面518。螺纹内表面518的螺纹可对应于螺钉410的螺纹部分422的螺纹。第二开口516可以被构造成接纳第一联接部件310的销412。在一些实施方案中，第二开口516可具有光滑或无螺纹的内表面517。第一开口514的直径可大于第二开口516的直径，如所示实施方案所示。在其他实施方案中，第一开口514的直径可等于或小于第二开口516的直径。第一开口514和第二开口516可形成于第二部件312中，使得它们分别对应于第一部件310的螺钉410和销412。这样，在一些实施方案中，第一开口514和第二开口516可具有与所示实施方案不同的构型、定位或尺寸，以适当地与螺钉410和销412对应和互补。
图7示出了沿图6的线A-A截取的第二部件312的截面的一个透视图。第二联接部件312的后表面520可以是平坦的后表面。在一些实施方案中，平坦后表面520可平行于后挡件512延伸。图7A示出了沿图6的线A-A截取的第二部件312的截面的另一视图。如图7A可见，棱柱形表面502的第一侧508和第二侧510可分别相对于第二部件312的Y轴(即，相对于垂直于第一开口的纵轴并横向于棱柱形表面的纵轴而延伸的轴)，以角度α2和α1延伸。第一侧508的角度α2可以与第二侧510的角度α1相同。然而，在一些实施方案中，第一侧508的角度α2和第二侧510的角度α1可以不同。可选择角度α1、α2，使得当第一部件310和第二部件312配合时，棱柱形表面502可以被构造成维持与第一部件310的圆柱形表面404的两条接触线。在一些实施方案中，可选择角度α1、α2，使得圆柱形表面404与棱柱形表面502之间的第一接触线和第二接触线可以相距尽可能远而用于稳定的联接。作为非限制性示例，角度α1、α2可各自为约30°、约45°或约60°。小于约90°的其他角度α1、α2也是可能的。在一些实施方案中，角度α1、α2可各自为约30°，这可以更易于制造。可各自选择角度α1、α2，使得相交角度α3可介于约30°与约120°之间。
图8示出了处于固定或配合构型的联接器308，其中第一部件310联接到第二部件312上。在配合构型中，第一联接部件310的圆柱形表面404可固定在第二联接部件312的棱柱形表面502所形成的凹槽内。第一部件310的螺钉410可以与第二部件312的第一开口514螺纹接合，并且可以使第一部件310和第二部件312完全或平行对齐。为此，第一联接部件310的平坦后表面432和第二联接部件312的平坦后表面520可彼此平行对齐。此外，在配合构型中，销412可接纳在第二联接部件312的第二开口516内。如下文将详细所述，销412可限制第一联接部件310与第二联接部件312之间的相对移动，当通过螺钉410使第一部件310和第二部件312对齐时，该相对移动可能由于例如摩擦力和/或公差偏差而存在。销412也可用于为联接器308提供额外的稳定性。
图9示意性地示出了联接器308的机械原理。更具体地，图9示出了各种自由度可能被联接器308各方面锁定或制约的方式。图9的具有圆柱形表面12的部件、具有棱柱形表面14的部件、螺钉16和销18可分别表示联接器308的具有圆柱形表面404的第一部件310、具有棱柱形表面502的第二部件312、螺钉410和销412。图9示出了具有X'轴、Y'轴和Z'轴的坐标系，其可相对于具有圆柱形表面12的部件类似地定义为具有X轴、Y轴和Z轴的坐标系，如本文针对联接器308所述。
如方框10所示，安置于棱柱形表面14所形成的凹槽内的圆柱形表面12可限制沿X'轴和Y'轴的相对移动以及绕X'轴和Y'轴的旋转。沿Z'轴(即圆柱形表面12的纵轴)的平移以及绕Z'轴的旋转可以保持自由。方框20示意性地示出了螺钉16的效果，该螺钉设置在具有圆柱形表面12的部件的通孔中并且与具有棱柱形表面14的部件中的开口螺纹接合。螺钉可阻止沿X'轴和Y'轴的相对平移以及绕所有三个轴(X'、Y'和Z')的相对旋转。此外，螺钉16可用于至少限制(如果不是阻止的话)沿Z'轴的相对平移。然而，在一些情形下，虽然沿Z'轴的相对移动可受到螺钉16的限制，但由于例如摩擦力，仍可存在沿Z'轴相对平移的可能性。销18可以从圆柱形表面12延伸并且接纳在具有棱柱形表面14的部件的开口内。如方框30所示，接纳在开口内的销18可限制沿Y'轴和Z'轴的平移以及绕Y'轴和Z'轴的旋转，而沿X'轴的平移以及绕X'轴的旋转是自由的。因此，如图9示意性所示，联接器308可制约在所有六个自由度上的相对移动。
返回到图8，圆柱形表面404可安置于配对棱柱形表面502所形成的凹槽内，并且可限制沿X轴和Y轴的相对移动以及绕X轴和Y轴的旋转。如本文还将所述，螺钉410可以与第二部件312中的第一开口514螺纹配合，以阻止第一部件310与第二部件312之间在至少五个自由度上的相对移动。销412可接纳在第二部件312的第二开口516中，并且可进一步限制第一部件310与第二部件312之间的相对移动，使得第一部件310与第二部件312之间在所有六个自由度上的相对移动受到阻止。
接触线305可以沿第一部件310与第二部件312之间的Z轴延伸。更具体地，接触线305可以在第一联接部件310的圆柱形表面404与第二联接部件312的棱柱形表面502之间延伸。例如，接触线305可分别对应于图4中在第一联接部件310上所示的第二接触线305A以及图6中在第二部件312上所示的第二接触线305B。虽然在图8中不可见，但是额外的接触线可以于第一部件310与第二部件312之间，在联接器308的与接触线305相对的一侧上延伸(分别对应(例如)于如图4和图6所示的第一接触线303A、303B)。应了解，所示接触线(例如，305、305A、305B、303、303A、303B)表示在配合后，第一联接部件310与第二联接部件312之间的接触。这样，接触线的确切放置处可以是第一联接部件310和第二联接部件312的几何形状的函数，并且更具体地，可以是第一联接部件310的圆柱形表面404和第二联接部件312的棱柱形表面502的几何形状的函数。因此，与图中所示位置不同的一条或多条接触线的替代位置可以是可能的，并且处于本公开的范围内。
联接器308可包括标识销802，该标识销可用作指示器以防止联接器308的装配错误。标识销802可接纳在第二联接部件312的后表面520上的对应开口内。标识销802可作为第二部件312下端的视觉标识符，以防止第二联接部件312与第一联接部件310的装配不当。联接器308的装配不当会致使螺钉410与第二开口516对齐失当，并且销412与第一开口514对齐失当。因此，标识销802可帮助“防错”装配，即防止联接器308装配时的疏忽性失误或错误。
另外，标识销802也可用于标识与第二联接部件312相关联的第二对象304的具体特性。作为非限制性示例，标识销802可以是颜色编码的销，其中具体颜色标识了导航阵列304(或可与第二联接部件312相关联的其他第二对象)的具体大小。在一些实施方案中，可以对整个导航阵列304进行颜色编码(例如，涂层、着色、阳极氧化等)以标识出该阵列或该阵列的具体特性。以此方式，用户可针对具体应用场景，快速确认预期且适当大小的导航阵列304正联接到第一对象(例如，器械适配器302)上。如图10更详细可见，销接纳开口804可以从第二部件312的后表面520延伸。开口804可以是盲孔，使得销802可接纳在第二部件312内而不会干扰第二联接部件312的棱柱形表面502。在一些实施方案中，标识销802和开口804可具有对应螺纹，这些对应螺纹可接合以将标识销802固定在开口804内。
图10示出了沿图8的线B-B截取的完全或平行对齐的联接器308的截面图。在所示截面中，第一部件310和第二部件312示出为配合的，使得联接器308能够按最小游隙来约束第一部件310与第二部件312之间在所有六个自由度上的相对移动。通过螺钉410与第二部件312的第一开口514接合，可以使第一部件310和第二部件312平行对齐。更具体地，螺钉410的螺纹部分422可以与第二部件312的第一开口514的螺纹内表面518完全螺纹接合。在一些实施方案中，当螺钉410的螺纹部分422与第一开口514的螺纹内表面518存在完全螺纹接合时，第一联接部件310和第二联接部件312可完全联接。在此类构型中，螺钉410的远侧端部420d可延伸超过第二部件312的后表面520。
螺钉410可垂直于柄部418的平坦表面424延伸。装配销426可以将螺钉410固定在柄部418内，以确保螺钉410与平坦表面424之间的垂直关系。替代地，螺钉410和柄部418可形成为单件，使得螺钉组件414为统一部件。不管制造如何，螺钉410可相对于柄部418的平坦表面424而垂直延伸，使得在配合构型中，螺钉组件414可以将第一部件310和第二部件312固定成彼此平行对齐。在一些实施方案中，针对与螺钉410以及更具体地与螺钉柱420的最佳接合深度，可以确定柄部418的大小。换言之，可以确定柄部418的大小，以在柄部418的整个长度上，使与螺钉柱420的接触最大化。优化螺钉柱420与柄部418之间的接合可减少螺钉410相对于柄部418的取向误差。
在螺钉410与第一开口514接合以使第一部件310和第二部件312进入配合构型的情况下，柄部418的平坦表面424可以与第一部件310的平坦后表面432对齐并与之邻接。螺钉410可设置在第一部件310的通孔409中。通孔409的中心纵轴可垂直于第一部件310的平坦后表面432。因此，螺钉组件414可以将第一部件310的圆柱形表面404抵靠第二部件312的棱柱形表面502而固定。如图10所示，螺钉410与第一开口514的接合可以将第一部件310和第二部件312固定成彼此平行对齐。
螺钉410与第二部件312的第一开口514的螺纹接合可阻止第一部件310与第二部件312之间在至少五个自由度上的相对移动。螺钉410可阻止沿X轴和Y轴的相对平移以及绕X轴和Y轴的旋转。螺纹接合的螺钉410也可阻止第一部件310与第二部件312之间绕Z轴的旋转。此外，螺钉410可用于至少限制(如果不是阻止的话)第一部件310和第二部件312沿Z轴的相对平移。然而，在一些情形下，虽然沿Z轴的相对移动可受到螺钉410的限制，但由于例如第一部件310与第二部件312之间的摩擦力，仍可能存在沿Z轴的相对平移。
销412可接纳在第二联接部件312的第二开口516内。销412可以被构造成进一步限制沿Z轴的相对移动，这可以在第一联接部件310与第二联接部件312之间留下最小的游隙。更具体地，销412和第二开口516可以被构造成使得在销与第二开口516的内表面517之间仅存在很小余隙。这样，第二部件312与第一部件310之间沿Z轴的相对移动可被制约为在第二开口516的内表面517接触销412之前第二部件312可移动的量。类似地，销412也可用于制约沿Y轴的相对移动以及绕Y轴和Z轴的旋转。
图11示出了沿图8的线C-C截取的联接器308的截面图。在所示视图中，可以看见销412从第一部件310垂直延伸。销412可接纳在第二部件312的第二开口516内，使得销412的远侧表面1002可以与第二部件312的后表面520齐平。在一些实施方案中，销412的远侧端部412d可具有带平坦远侧表面1002的环面形状。远侧端部412d的环面形状可允许比另一几何形状(诸如例如球体)的远侧端部更易于制造，尽管在其他实施方案中不同的远侧端部几何形状(诸如球体形状等)是可能的。销412的近侧端部412p可安置于第一部件310内，使得销412垂直于第一部件310的后侧432延伸(即，销412可以沿其X轴而从第一部件310延伸)。在所示实施方案中，销412可以是可焊接到第一部件310上的单独部件。如上所论，在其他实施方案中，销412可以螺纹连接、胶合或以其他方式牢固地附接到第一部件310上。替代地，销412可以与第一部件310一体形成。
销412可具有处于销的远侧端部412d近侧的直径减小部分1004。销412可包括从远侧端部412d到直径减小部分1004的底切，使得直径减小部分1004的直径小于销的远侧端部412d的直径。类似地，可以有从销的近侧部分412p到直径减小部分1004的底切。如下文将详细所述，直径减小部分1004可以在必要时提供对第一部件310与第二部件312之间的公差和定位偏差的补偿，并且可保证即使有任何此类偏差，在圆柱形表面404与棱柱形表面502之间仍保留了两条接触线。直径减小部分1004可形成为使得，当销412接纳在第二开口516内时，直径减小部分1004与第二开口516的绝大部分纵向对齐。更具体地，直径减小部分1004可以与第二开口516的近侧端部516p对齐，并且朝第二开口的远侧端部516d纵向延伸。
图11示出了处于配合构型的第一联接部件310与第二联接部件312之间的两条接触线。联接器308可以被构造成使得，在第一部件310固定到第二部件312上的情况下，第一部件310的圆柱形表面404与第二部件312的棱柱形表面502之间的接触仅沿第一接触线303和第二接触线305发生。第一接触线303可以在第一部件310的圆柱形表面404与第二联接部件312的棱柱形表面502的侧壁510之间延伸。当从图11的透视图来观察时，第一接触线303可相对于圆柱体的中线而沿圆柱形表面404的左侧延伸。第二接触线305可以在圆柱形表面404与第二联接部件312的棱柱形表面502的侧壁508之间延伸。当从图11的透视图来观察时，第二接触线305可相对于圆柱体的中线而沿圆柱形表面404的右侧延伸。接触线303、305可彼此隔开，例如处于圆柱形表面404和棱柱形表面502的相对两侧上，从而可以增加联接器308的稳定性。作为非限制性示例，在所示实施方案中，圆柱形表面404和棱柱形表面502可以被构造成使得第一接触线303与第二接触线305之间的距离可以是约5mm-约12mm。在一些实施方案中，接触线303、305之间的距离可以是约9mm。然而，在其他实施方案中，基于被接合部件的大小等，不同的距离可以是可能的。
如上所论，接触线303、305的位置可以是第一联接部件310和第二联接部件312的几何形状的函数。因此，接触线303、305可落在圆柱形表面404和棱柱形表面502之上的与图中所示不同的位置中。例如，圆柱形表面404的半径越小，越可导致第一接触线303和第二接触线305比图11所示更靠近圆柱形表面404的中线。如果圆柱形表面404的半径变得太小，由于第二部件312相对于第一部件310的任何翻转或倾斜可导致第二部件312沿圆柱形表面404的剧烈或不成比例的移动，联接器的稳定性可能变差。相反，圆柱形表面404的半径越大，越可导致第一接触线303和第二接触线305比图11所示更远离圆柱形表面404的中线。如果圆柱形表面404的半径变得太大，则圆柱形表面404的旨在接纳于棱柱形表面502凹槽内的一部分可近似于扁平表面，从而防止预期的联接。棱柱形表面502的角度(例如，角度α1、α2和/或α3)也可影响第一接触线303和第二接触线305的位置。
圆柱形表面404和/或棱柱形表面502的几何形状可基于诸如例如应用场景要求和/或制造约束条件等因素来调整，只要在配合构型中，第一接触线和第二接触线在第一联接部件310的圆柱形表面404与第二联接部件312的棱柱形表面502之间延伸。在一些实施方案中，圆柱形表面404和棱柱形表面502可以被设计成使得，在维持联接稳定的同时，接触线303、305可以被定位成相距尽可能远。圆柱形表面404的直径与联接器308的旋转误差之间可以存在直接关系(即，旋转误差可随着圆柱形表面404的直径的增加而增加)。这样，圆柱形表面404的直径可根据棱柱形表面502的设计进行优化，以针对具体用途，具有可接受的旋转误差量。在确定联接器308的几何形状时，可考虑的额外因素可包括：棱柱形表面502的角度与所得联接器308的高度之间的关系，以及接触线303、305的长度和联接器308的稳定性和制造。更具体地，增加棱柱形表面502的角度α1、α2可导致联接器308的高度增加。在一个实施方案中，角度α1、α2可以是约30°，这可以产生具有适当大小和重量的联接器308(例如，可用于将轻量级导航阵列联接到对象上的轻量级联接器308)。接触线303、305的长度可有助于实现联接器308的稳定性，然而，随着表面404、502的长度增加，制造圆柱形表面404和/或棱柱形表面502可能变得更加困难。
图12、图13和图13A示出了如何将销412构造成补偿在对齐联接器308中的第一部件310和第二部件312时的偏差。在一些情形下，由于例如部件之间的摩擦力和/或公差偏差，圆柱形表面404和棱柱形表面502在配合构型中可能不完全或完全对齐。销412可以被构造成解决并限制两个部件之间的位置误差，使得联接器308可维持第一部件310与第二部件312之间的稳定且可靠的连接。
如下文将详细所论，销412可以被构造成解决在第一部件310和第二部件312对齐时的基于公差的偏差，使得尽管存在这些偏差，圆柱形表面404与棱柱形表面502之间的两条接触线可维持于联接器308中。此外，当第一部件310和第二部件312不完全对齐时，销412的远侧端部412d可提供第一部件310与第二部件312之间的额外接触点。额外接触点可限制第二部件312可相对于第一部件310倾斜的程度。销412的直径减小部分1004可补偿在第一部件310和第二部件312对齐时的公差偏差(即，相对于理想相对定位的倾斜或其他偏差)，使得第一接触线303和第二接触线305可维持于联接器308中。因此，联接器308可提供与第一部件310相关联的第一对象(例如，器械适配器302)以及与第二部件312相关联的第二对象(例如，导航阵列304)的精确附接和取向。
图12示出了第一部件310和第二部件312在联接器308的配合构型中完全对齐。在一些实施方案中，可以从第一部件310的后表面432平行于第二部件312的后表面520延伸来证明完全或理想的对齐。为了帮助实现第一部件310和第二部件312之间的完全或平行对齐，有益的是，在柄部418与第一部件310之间具有延伸的接触区域。此类延伸的接触可以为柄部418提供良好的杠杆作用，以使部件310、312平行对齐。例如，柄部418的平坦表面424与第一部件310的后表面432之间的接触区域的直径1104可跨越第一部件310的整个宽度(即，跨越第一部件310的整个Y轴)。在一些实施方案中，直径1104可跨越第一部件310的后表面432的整个或基本上整个宽度。
余隙1102可以在销412与第二开口516的内表面517之间延伸。在理想的平行对齐中，余隙1102可以沿第二开口516的全部长度(即，从第二开口516的近侧端部516p到远侧端部516d)而在销412与内表面517之间延伸。销412的远侧端部412d与第二开口516的内表面517之间的余隙1102可以很小，使得两个部件可彼此相对滑动，但是部件之间的游隙可忽略。如下文将详细所论，余隙1102可以沿销412的直径减小部分1004变宽。在一些实施方案中，诸如图12的完全对齐构型，螺钉410可成功地使第一部件310和第二部件312平行对齐，并且在销412不接触第二部件312的情况下，制约在所有六个自由度上的移动。
与图12所示的联接器相反，在一些情形下，在螺钉410与第一开口514接合以固定第一部件310和第二部件312之后，第一部件310与第二部件312之间的对齐可能是不完全的。图13示出了一个此类情形下的联接器308，其中第一部件310和第二部件312由于例如两个部件之间的摩擦和/或公差偏差而处于非平行对齐。注意，这些图中的比例被放大，并且部件之间的倾斜或未对齐的程度可以很小，例如小到不影响螺钉410和开口514上所形成的螺纹的恰当接合能力。如所示，第二部件312可相对于第一部件310倾斜，使得第二部件312的后表面520相对于第一部件310的后表面432以斜角延伸。示出了平行或完全对齐的第二部件312的外形1202以作比较。额外的接触点1204可出现在销412的远侧端部412d与第二部件312之间。因此，第二部件312的倾斜可被制约到第二开口516的内表面517与销412的远侧端部412d的接触点。因此，接触点1204可以将第二部件312相对于第一部件310的取向限制为已知的和可预测的构型，并且可以为联接器308提供稳定性。
如上所论，余隙1102可以在销412的直径减小部分1004与第二开口516的内表面517之间变宽。余隙1102可允许两条接触线303、305维持在第二部件312与第一部件310之间，即使这些部件不平行对齐。更具体地，因为销412的直径减小部分1004与第二部件312中的开口516的绝大部分(包括第二开口516的近侧端部516p)对齐，所以第二开口516的侧壁的一部分可以非平行对齐地延伸到余隙1102中而不接触销412。此类构型可允许第二部件312维持与第一部件310的圆柱形表面404的接触以及沿其的移动。例如，在图13所示的取向上，可维持两条接触线303、305，即使第二部件312倾斜。棱柱形表面502(即，侧壁508、510)可以沿圆柱形表面404平移并且维持与其的接触。这样，通过允许在第一部件310与第二部件312之间维持两条接触线(例如，接触线303、305)，销412的直径减小部分1004和所得余隙1102可增加联接器308的稳定性，即使第一部件和第二部件不平行或不理想对齐。因此，即使在不平行或不理想对齐的情况下，处于固定位置的联接器308也可限制第一部件310与第二部件312之间在所有六个自由度上的相对运动。
参考图13A，该图更详细地示出了图13在区域D内的一部分，具有竖直轮廓1206的替代销(即，没有直径减小部分的替代/竖直销)可导致不平行或不理想对齐时第一部件310与第二部件312之间的接触消失。这是因为当第二部件312相对于第一部件310倾斜时，销的竖直轮廓1206将在销与第二部件312之间形成冲突区域1208。这可导致第一部件310与第二部件312之间的至少一条接触线消失，并且可能对联接器308的稳定性产生负面影响。例如，第二接触点1210可出现在替代销的竖直轮廓1206与第二部件312之间。此类接触可以使第二部件312远离第一部件310而枢转，并且导致棱柱形表面502与圆柱形表面404之间的接触消失。
图14示出了联接器308，其中第一部件310安置于第二部件312内。第一部件310的螺钉410和销412可分别接纳在第二部件312的第一开口514和第二开口516内。虽然不可见，但第一联接部件310的圆柱形表面404可安置于第二联接部件312的棱柱形表面502所形成的凹槽内。销412的远侧表面1002可以与第二部件312的后表面520齐平。螺钉410的远侧表面421可以与第二部件312的后表面520齐平。在一些实施方案中，螺钉410的远侧表面421与第二部件312的后表面520齐平可指示：螺钉410未与开口516螺纹接合。因此，第一部件310和第二部件312可进行安置，但还没有完全配合或固定。在安置构型中，第一部件310与第二部件312之间的相对运动可以在一个或多个自由度上受到限制但尚未被阻止，例如通过以下一项或多项：圆柱形表面404与棱柱形表面502之间的接触、接纳在第二开口516内的销412，以及接纳在第一开口514内的螺钉410。
图15示出了联接器308，其中第一部件310与第二部件312配合或固定到其上。螺钉组件414可被致动以驱动螺钉410，以将第一部件310与第二部件312配合。例如，用户可以在第一方向上旋转柄部418，以驱动第一开口514内的螺钉410。在一些实施方案中，螺钉410的远侧端部420d可延伸经过第二部件312的后表面520。这可指示：螺钉410已被驱动以与第一开口514螺纹接合。在一些实施方案中，螺钉410的整个无螺纹远侧端部420d可以从第一开口514突起。这可作为以下项的视觉指示：螺钉410的螺纹部分422的整个长度与第一开口514的螺纹内表面518接合。当第一部件310和第二部件312配合时，销412的远侧表面1002可保持与第二部件312的后表面520齐平。如上所论，在此类配合构型中，螺钉410和销412可阻止第一部件310与第二部件312之间在所有六个自由度上的相对移动，使得部件310、312之间的游隙可忽略。在一些实施方案中，第一部件310和第二部件312可具有匹配的外周。第一部件310和第二部件312的匹配外周可产生联接器308的连续平滑轮廓，并且允许快速视觉确认这些部件彼此恰当对齐。
为了断开第一部件310与第二部件312，可以在第二方向上驱动或旋转柄部418，使得螺钉410从第一开口514中脱离。更具体地，随着螺钉410在第二方向上旋转，螺钉410的螺纹部分422可通过开口514向近侧移动，使得螺纹部分422的近侧端部422p可离开第一开口514的螺纹表面518。当螺纹部分422的远侧端部422d离开第一开口514的螺纹表面518时，第一部件310和第二部件312可完全断开。然后可远离第二部件312移动第一部件310。
通常，第一部件310和第二部件312可以由诸如钢、钛等硬金属制造，以减少磨损并且允许重复使用在其上形成了或设置了这些部件的器械或对象。在其他实施方案中，某些聚合物或其他材料也可适用于形成第一部件310和第二部件312。
联接器308可用于将与第一联接部件310相关联的第一对象联接到与第二联接部件312相关联的第二对象上。联接器308可以与多种器械或对象中的任一种一起使用。例如，在一些实施方案中，第一对象可以是被构造成在其中接纳器械(例如，器械306)的器械适配器(例如，器械适配器302)，并且第二对象可以是导航阵列(例如，导航阵列304)。联接部件310、312相对于导航阵列(例如，导航阵列304)的位置和取向可以是已知的，使得通过联接器308附接到阵列304上的器械306(例如，放置在器械适配器302内的器械306)的位置和取向可以由阵列304的位置和取向来确定。在替代实施方案中，第一对象可以是一种器械使得该器械可经由联接器308直接联接到导航阵列304上，而不需要器械适配器302。虽然本文参考了作为与第一联接部件310相关联的第一对象的器械适配器302以及作为与第二联接部件312相关联的第二对象的导航阵列304，但是在其他实施方案中，器械适配器302可以与第二联接部件312相关联，而导航阵列304可以与第一联接部件310相关联。
图16-图21示出了与第一联接部件310相关联的器械适配器302以及与第二联接部件312相关联的导航阵列304的实施方案。第一部件310和第二部件312可以与上文参考图3-图15详细所述的第一部件和第二部件一样。因此，为了简洁起见，从对图16-图21的描述中省略了对它们的结构、操作和用途的详细描述。
图16和图17示出了可以与本公开的联接器308一起使用的导航阵列304的实施方案。导航阵列304可包括支架602，其中第二部件312形成于该支架上，例如，一体形成于支架602中或附接到其上。支架602可包括一个或多个分支604。每个分支604可具有附接特征606，该附接特征可接纳球形基准点或其他标记以与导航系统一起使用。附接特征606可布置在相对于彼此和/或支架602的预定位置和取向上。附接特征606可被定位成使得，在使用时，附接到其上的标记可放置在导航系统的视场内，并且可以在导航系统所捕获的图像中标识出来。作为非限制性示例，标记可包括红外反射器、LED等。分支604和/或附接特征606可布置在导航阵列304上，其具有与所示导航阵列304的分支和/或附接特征不同的位置和/或取向。例如，虽然图16和图17所示的导航阵列304具有三个分支604，其中每一分支具有单个附接特征606，但导航阵列304可具有更多或更少数量的分支和/或附接特征。导航阵列304可包括惯性测量单元(IMU)、加速计、陀螺仪、磁力计、其他传感器、或它们的组合。在一些实施方案中，传感器可以将位置和/或取向信息传输到导航系统，例如传输到导航系统的处理单元。
在图16和图17所示的导航阵列304中，联接部件(例如，上述第一部件或第二部件)可设置在阵列的下表面或下部上。例如，联接器308的第二部件312可以与导航阵列304的下部一体形成或附接到其上。因此，在一些实施方案中，导航阵列304可用作通过联接器308而联接到第一对象上的第二对象。图16示出了导航阵列304的前侧，其中第二部件312形成于支架602的下部处。在其他实施方案中，第二部件312可设置在相对于导航阵列304的不同位置处。第二部件312的棱柱形表面502可形成于导航阵列304的前侧上。图17示出了导航阵列304的后侧，其中第二部件312形成于支架602的下部处。如可见，第二联接部件312的标识销802可以在导航阵列304的后侧上可见。
图18-图21示出了与第一联接部件310相关联的器械适配器302的一个实施方案的各种视图。器械适配器302可包括在其第一端具有器械环322的臂320。关于器械环322的额外细节可以在Wehrli等人于2017年5月31日提交的标题为“Coupling Devices forSurgical Instruments and Related Methods”的美国专利申请公开2018/0344301中找到，该申请全文据此以引用方式并入。器械环322可以被构造成将器械牢固地接纳于其中。
第一联接部件310可附接到或形成于臂320的第二端上，其中第二端与臂的第一端相对。图19示出了器械适配器302的侧视图。如图19可见，第一部件310可以与适配器302一体形成。在其他实施方案中，第一部件310可以焊接、螺纹连接、胶合或以其他方式附接到器械适配器302上。螺钉410和销412可平行于器械适配器302的臂320的纵轴延伸。换言之，螺钉410、销412和臂320可各自平行于X轴且沿X轴延伸。在其他实施方案中，器械适配器302可具有不同的几何构型，使得器械臂320可相对于螺钉410和销412以斜角延伸。
图20示出了透视图中的具有第一部件310的器械适配器302，其中第一部件310的后表面432是可见的。图21以第一部件310的前视图示出了器械适配器302(即，视图示出了ZY平面，其中X轴延伸到该页面中)。如所示，第一圆柱形表面404的纵轴(即，Z轴)可设置成垂直于适配器臂320的纵轴，其延伸到图21的视图的页面中。在其他实施方案中，第一部件310可相对于适配器臂320，更广泛地相对于器械适配器302和/或设置在其中的器械，按不同的位置关系进行设置。
图22-图26示出了一种使用联接器308将第一对象附接到第二对象(例如将器械附接到导航阵列)上的方法的实施方案。除如下所示，所述方法的步骤可以按各种顺序来执行，并且可省略或添加一个或多个步骤。另外，附图所示的器械仅仅是示例，并且器械的替代实施方案，例如，不同的第一和/或第二对象等，可以与下述步骤结合使用。为了简洁起见，这里省略了每个步骤序列的详细描述。
在使用时，第一部件310和第二部件312可彼此联接，以锁定第一对象(例如，器械适配器302)与第二对象(例如，导航阵列304)之间的所有自由度，并且以将第一对象和第二对象定位在已知且固定的相对位置和方位中。如下文将详细所述，第一部件310可以与第二部件312对齐。然后可以使第一部件310与第二部件312接触，使得第一部件310抵靠第二部件312而安置或放置。然后第一部件310和第二部件312可配合或固定，以完成将第一对象联接到第二对象上。
如图22和图23所示，第一部件310可以与第二部件312对齐。更具体地，从第一联接部件310延伸的螺钉410可以与第二部件312的第一开口514对齐。从第一部件310延伸的销412可以与第二部件312的第二开口516对齐。例如，通过确认标识销802在第二部件312的后表面520的下部是可见的，可视觉地确认第二对象304的正确取向，并且更具体地，可视觉地确认第二联接部件312的正确取向。
接下来，可以一起移动第一部件310和第二部件312，使得第一联接部件310的圆柱形表面404可抵靠第二联接部件312的棱柱形表面502而放置或安置。图24和图25示出了抵靠第二部件312而安置的第一部件310。螺钉410可接纳在第一开口514内，并且销412可接纳在第二开口516内。如上文参考图14更详细所述，在安置构型中，销412的远侧表面1002和螺钉410的远侧表面421可以与第二部件312的后表面520齐平。在一些实施方案中，这可证明：螺钉410的螺纹部分422不与第一开口514完全螺纹接合。如图25可见，螺钉组件414，以及更具体地，柄部418的平坦表面424，可以与第一部件310的后表面432相距一段距离。螺钉柱420的一部分可以在柄部418与后表面之间，从第一部件310的后表面432向近侧延伸。在一些此类实施方案中，在第一部件310抵靠第二部件312而安置的情况下，柄部418的平坦表面424可平行于第一部件的后表面432但可从其上拆下。
一旦第一部件310抵靠第二部件312而放置，就可施加力以将第一部件310与第二部件312联接起来。在一些实施方案中，可以在第一方向上旋转柄部418以在第一方向上驱动螺钉410。在第一方向上旋转螺钉410可以使螺钉向远侧移动穿过第一开口514。螺钉410的螺纹部分422可以与第一开口514的螺纹内表面518螺纹接合。驱动螺钉410可以将第一部件310配合到第二部件312上，从而抵靠第二部件312来固定第一部件310。在一些实施方案中，可以在第一方向上旋转柄部418，直到平坦表面424邻接第一部件310的后表面432。更具体地，驱动螺钉410可拉动圆柱形表面404并且抵靠第二联接部件312的棱柱形表面502将其牢固地锁定。如上所论，在一些情形下，固定第一部件310和第二部件312可导致第一部件310和第二部件312的完全对齐构型，而在其他情形下，第一部件310和第二部件312可以按不完全对齐的方式进行固定。无论如何，在固定了联接器308之后，第一部件310和第二部件312可处于已知位置和取向上，其中它们之间的游隙或相对移动可忽略。
在一些实施方案中，当螺纹部分422的整个长度(即，从螺纹部分的近侧端部422p到螺纹部分的远侧端部422d)与第一开口514的螺纹内表面518的对应螺纹接合时，第一部件310与第二部件312之间的相对移动可在所有六个自由度上受到制约。可选择螺钉410的螺纹部分422的长度，以在联接期间实现各种功能。例如，该长度可以被选择成使得，当第一联接部件310安置于第二联接部件312内时，螺纹部分422的远侧端部422d接合第一开口514的螺纹内表面518的螺纹。在此类布置中，螺纹的接合可提供机械优点，以在联接期间帮助将联接部件310、312拉到一起，并且在断开期间促使联接部件分开。
图26-图30示出了联接到器械适配器302上的导航阵列304的各种视图，其中联接器308处于完全配合或固定位置。螺钉410的无螺纹远侧端部420d可延伸超过第二部件312的后表面520。在一些实施方案中，这可作为以下项的视觉确认：第一部件310和第二部件312已被联接，使得这两个部件之间的相对移动受到充分阻止或制约。螺钉组件414的平坦表面424可靠住第一部件310的后表面432，以将第一部件310压入第二部件312中。
如上文详细所论，旋转螺钉410可接合第二联接部件312的第一开口514的螺纹内表面518，并且可阻止第一部件310与第二部件312之间沿X轴和Y轴以及绕X轴和Y轴的相对运动。也可阻止绕Z轴的相对旋转。一旦螺钉410已经与第一开口514的螺纹表面518接合，第一部件310与第二部件312之间就由于摩擦力而存在相对移动，达到了这种程度，接纳在第二开口516内的销412可进一步限制沿Z轴的此类相对运动，如上所述。
此外，第一部件310和第二部件312可以在已知位置和/或取向上进行联接，使得相关联的第一对象(例如，器械适配器302)和相关联的第二对象(例如，导航阵列304)相对于彼此而存在于已知位置和/或取向上。这样，导航阵列304可以与导航系统307一起使用，以准确地且精确地定位和导航器械适配器302和/或设置在其中的器械306。虽然本文所提供的描述讨论了与联接器308的一个部件相关联的器械适配器302，但是器械可直接与联接器308的一个部件相关联而无需使用器械适配器。换言之，联接器308的第一部件310或第二部件312可附接到或以其他方式设置于器械上。以此方式，可使用联接器308将器械直接联接到导航阵列304(或其他对象)上。
通过使螺钉410与第一开口514的螺纹内表面518脱离，可实现第一部件310与第二部件312的脱离。在一些实施方案中，这可包括：在第二方向上旋转柄部418，以使螺钉410在第二方向上旋转。更具体地，随着螺钉410在第二方向上旋转，螺钉410的螺纹部分422可通过开口514向近侧移动，使得螺纹部分422的近侧端部可离开第一开口514的螺纹表面518。当螺纹部分的远侧端部422d离开第一开口514的螺纹表面518时，第一部件310和第二部件312可完全断开。然后可远离第二部件312移动第一部件310。在一些实施方案中，断开第一部件310和第二部件312可包括：通过螺钉组件414的柄部418中的一个或多个开口430，插入器械，并且旋转器械，从而增加施加到柄部418上的扭矩。
图31-图33示出了联接器1308的替代实施方案。除如下所示，此实施方案的结构、操作和用途与上述联接器308的结构、操作和用途类似或一样。因此，简洁起见，这里省略了对所述结构、操作和用途的详细描述。
联接器1308可包括与第一对象(例如，器械适配器1302)相关联的第一部件1310以及与第二对象(例如，导航阵列1304)相关联的第二部件1312。参考图31，第一联接部件1310可包括圆柱形表面1404、螺钉1410和销1412。螺钉1410可以从圆柱形表面1404的平坦嵌体1416延伸。平坦嵌体1416可以被构造成使得它仅跨越圆柱形表面的某一区域，该区域围绕从圆柱形表面延伸的螺钉1410。这样，销1410可以从圆柱形表面1404的凸起部分延伸。
图32和图33示出了通过联接器1308联接到第二对象(例如，导航阵列1304)上的第一对象(例如，器械适配器1302)。按与上述联接器308类似的方式，可以将第一部件1310联接到第二部件1312上，以制约在所有六个自由度上的相对运动，使得第一部件1310与第二部件1312之间的游隙可忽略。因此，通过联接器1308，可以将器械适配器1302和导航阵列1304在已知取向上进行联接。器械1306可接纳在器械适配器1302内，使得可使用导航阵列1304来准确地且精确地跟踪器械1306的位置。
如从前文显而易见，在至少一些实施方案中，本文所公开的系统和方法可提供具有完全限定接口的联接器，用于按最小游隙和唯一取向，将器械和/或器械适配器与导航阵列联接起来，从而实现外科器械的准确且精确的导航。
虽然上面描述了具体实施方案，但是应当理解，在所描述的构思的实质和范围内可作出多种变化。因此，本公开并非旨在限于所述实施方案，而是具有由以下权利要求书的语言限定的全部范围。上述实施方案描述了一种将导航阵列联接到器械或器械适配器上的联接器308。虽然这是一种期待的用途，但是本公开的方法和装置同样可适配于与其他对象一起使用。这样，本文所述的装置和部件可以按适用于各种应用场景的多种大小和材料来形成。
基于上述实施方案，本领域技术人员将理解另外的特征和优点。因此，本公开不受已具体示出和描述的内容的限制。本文引用的所有出版物和参考文献全文明确地以引用方式并入本文。

Claims (29)

1. 一种用于附接第一对象和第二对象的联接器，所述联接器包括：
与所述第一对象相关联的第一联接部件，所述第一联接部件具有圆柱形表面，所述圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销；以及
与所述第二对象相关联的第二联接部件，所述第二联接部件具有棱柱形表面、被构造成接纳所述螺钉的第一开口，以及被构造成接纳所述销的第二开口；
其中所述第一联接部件和所述第二联接部件被适配成彼此配合，使得所述第一联接部件与所述第二联接部件之间的相对运动在所有六个自由度上受到制约。
2.根据权利要求1所述的联接器，其中所述销包括近侧端部、远侧端部，以及位于所述销的所述远侧端部的近侧的直径减小部分。
3.根据权利要求2所述的联接器，其中所述销的所述远侧端部是环面形状。
4.根据权利要求2所述的联接器，其中所述第一联接部件和所述第二联接部件被构造成使得，当所述第一联接部件和所述第二联接部件配合时，所述销的所述直径减小部分的至少一部分设置在所述第二联接部件的所述第二开口内。
5.根据权利要求4所述的联接器，其中所述销被构造成限制所述第一联接部件与所述第二联接部件之间沿所述圆柱形表面的纵轴的相对移动。
6.根据权利要求2所述的联接器，其中所述第一部件和所述第二部件被构造成使得，当所述第一部件的所述销接纳在所述第二部件的所述第二开口内时，在所述销与所述第二开口的内表面之间存在余隙。
7.根据权利要求6所述的联接器，其中所述第一部件和所述第二部件被构造成使得所述销的所述远侧端部能够接触所述第二开口的所述内表面，以制约所述第二联接部件相对于所述第一联接部件的移动。
8.根据权利要求1所述的联接器，其中所述第一联接部件和所述第二联接部件被适配成彼此配合，使得第一接触线和第二接触线在所述第一联接部件与所述第二联接部件之间延伸。
9.根据权利要求8所述的联接器，其中所述第一接触线和所述第二接触线在所述第一联接部件的所述圆柱形表面与所述第二联接部件的所述棱柱形表面之间延伸。
10.根据权利要求8所述的联接器，其中所述第一接触线和所述第二接触线基本上沿所述圆柱形表面的整个长度延伸。
11.根据权利要求10所述的联接器，其中所述第一接触线和所述第二接触线位于所述圆柱形表面的中线的相对两侧上。
12.根据权利要求8所述的联接器，其中所述棱柱形表面包括第一端和第二端，其中第一侧壁和第二侧壁在其间延伸，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对于所述棱柱形表面的后挡件以一定角度延伸。
13.根据权利要求12所述的联接器，其中所述第一接触线沿所述棱柱形表面的所述第一侧壁延伸，并且所述第二接触线沿所述棱柱形表面的所述第二侧壁延伸。
14.根据权利要求1所述的联接器，其中所述第一对象是外科器械，并且所述第二对象是导航阵列。
15.根据权利要求1所述的联接器，其中所述螺钉包括柱，所述柱具有近侧端部、远侧端部，以及位于所述螺钉的所述远侧端部的近侧的螺纹部分。
16.根据权利要求1所述的联接器，其中所述第一联接部件包括与所述圆柱形表面相对的后表面，其中所述第一联接部件的所述后表面是扁平的平坦表面。
17.根据权利要求16所述的联接器，其中所述第一联接部件包括通孔，所述通孔被构造成接纳所述螺钉，使得所述螺钉垂直于所述第一联接部件的后侧而贯穿所述第一联接部件。
18.一种联接第一对象和第二对象的方法，所述方法包括：
将与所述第一对象相关联的第一联接部件和与所述第二对象相关联的第二联接部件对齐，所述第一联接部件具有圆柱形表面，所述圆柱形表面具有从其延伸的螺钉和销，并且所述第二联接部件具有棱柱形表面、第一开口和第二开口；
相对于所述第二部件，推进所述第一联接部件，使得所述圆柱形表面抵靠所述棱柱形表面而安置，所述螺钉接纳在所述第一开口内，并且所述销接纳在所述第二开口内；以及
固定所述第一部件和所述第二部件，使得所述第一部件与所述第二部件之间的相对移动在六个自由度上受到制约。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：通过所述销与所述第二开口的内表面之间的接触，限制所述第一部件与所述第二部件之间的相对移动。
20.根据权利要求18所述的方法，其中固定所述第一部件和所述第二部件还包括：驱动所述第一开口内的所述螺钉。
21.根据权利要求20所述的方法，其中驱动所述螺钉防止所述第一部件与所述第二部件之间在至少五个自由度上的相对移动。
22.根据权利要求20所述的方法，其中在驱动所述螺钉以配合所述第一部件和所述第二部件之后，所述销制约所述第一部件与所述第二部件之间的相对移动。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述销接触所述第二开口的内表面并且制约所述第一部件与所述第二部件之间的相对移动。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一部件与所述第二部件之间受制约的相对移动是沿所述圆柱形表面的纵轴。
25.根据权利要求20所述的方法，其中驱动所述螺钉以配合所述第一部件和所述第二部件还包括：在第一方向上旋转所述螺钉，使得所述螺钉的螺纹部分与所述第一开口的螺纹内表面完全接合。
26.根据权利要求25所述的方法，其中当所述螺钉与所述第一开口的所述螺纹内表面完全接合时，所述螺钉的无螺纹远侧端部延伸超过所述第二部件的后表面。
27.根据权利要求20所述的方法，其中驱动所述螺钉包括：在第一方向上旋转螺钉组件的柄部，直到所述柄部的平坦表面邻接所述第一部件的后表面。
28.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一部件和所述第二部件沿在所述第一部件的所述圆柱形表面与所述第二部件的所述棱柱形表面之间延伸的第一接触线和第二接触线而彼此接触。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一接触线和所述第二接触线位于所述圆柱形表面的中线的相对两侧上。
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