CN116077185A - 一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，用于引导椎弓根螺钉植入的路径，包括：路径规划模块，用于对患者的脊柱影像进行分割与重建，并规划椎弓螺钉植入的路径，生成规划路径的结果；配准模块，用于将所述规划路径的结果与术中影像配准；植入导向器，用于引导椎弓根螺钉植入器械植入，包括引导筒，调整植入导向器的位置，使得引导筒的轴线与所述规划路径的延长线重叠，植入器械穿过引导筒，向引导筒指向的位置进行操作，使得椎弓根螺钉被植入精准的部位；拍摄追踪模块，用于拍摄追踪所述引导筒；所述植入导向器包括被追踪定位件，用于被拍摄追踪模块拍摄追踪，使得引导筒的位置被实时获取，并与所述规划路径比较。

Description

一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及为一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统。

背景技术

椎弓根螺钉是脊柱最坚固的结构，可经受侧弯应力、旋转应力和屈伸应力。它是脊柱生物力学研究的产物，更是脊柱外科发展史上重要的里程碑。如何最精确地置入椎弓根螺钉仍是一个值得讨论的课题。

手术导航系统通过三维重建直观定位病灶位置和规划手术路径，通过空间定位技术实时反馈手术器械位置，随时观测患者的细微变动，并在显示屏或增强现实设备中显示，引导手术医生找到螺钉植入的进钉点、方向及确定螺钉的长度，从而精准植入螺钉，在导航系统的辅助下，椎弓根螺钉植入的精度得到有效提升，因而得到了广泛的应用。

随着临床需求的提高，如何运用导航系统精准定位手术螺钉植入部位，并为螺钉植入手术器械提供操作路径是新的研究课题。另外，目前国内市场上的引导定位产品多为进口产品，价格高昂，很多医院难以接受。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前市面上的产品不具有为螺钉植入手术器械提供操作路径，且价格高昂，基于此，本申请提出一种于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位装置。

本发明为一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，用于引导椎弓根螺钉植入的路径，包括：

路径规划模块，用于对患者的脊柱影像进行分割与重建，并规划椎弓螺钉植入的路径，生成规划路径的结果；

配准模块，用于将所述规划路径的结果与术中影像配准；

植入导向器，用于引导椎弓根螺钉植入器械植入，包括引导筒，调整植入导向器的位置，使得引导筒的轴线与所述规划路径的延长线重叠，植入器械穿过引导筒，向引导筒指向的位置进行操作，使得椎弓根螺钉被植入精准的部位；

拍摄追踪模块，用于拍摄追踪所述引导筒；所述植入导向器包括被追踪定位件，用于被所述拍摄追踪模块拍摄追踪，使得引导筒的位置被实时获取，并与所述规划路径比较。

在本申请的一些实施例中，所述路径规划模块、配准模块、拍摄追踪模块为导航系统中的功能模块，由导航系统控制完成各部分功能。

作为优选，所述拍摄追踪模块为双目摄像头。

在本申请的一些实施例中，所述 植入导向器包括用于调节引导筒位置的调节组件，通过调节组件调节引导筒的位置、角度，使得引导筒的轴线与所述规划路径的延长线重叠。调整引导筒位置的目的有：使引导筒在拍摄追踪模块的拍摄范围内，调整引导筒相对于患者身体预植入开口的位置，调整引导筒的角度使得植入器械精准作用在预植入开口的部位。

在本申请的一些实施例中，所述植入导向器还包括固定座，固定座与导航系统中的机械臂可拆卸式的固定连接，用于将植入导向器保持在所述拍摄追踪模块的拍摄区域内。使用过程中，植入导向器与机械臂同步运动，调节机械臂就可以同步调节植入导向器。

作为优选，所述拍摄追踪模块为双目可见光摄像头，用于拍摄患者的手术区域，使用过程中，患者的手术部位固定设置有参考器，通过参考器了解患者手术区域的变化，拍摄追踪模块拍摄追踪手术位置变化情况，基于手术位置变化情况调整所述引导筒的位置，使引导筒的轴线在规划路径上或规划路径的延长线上，引导筒指向的位置即为预植入椎弓根螺钉的位置。

作为优选，所述被追踪定位件具有被拍摄追踪模块识别的标记结构，标记结构位于拍摄追踪模块的拍摄区域内，标记结构朝向拍摄追踪模块，使得导航系统实时获取植入导向器的位置，当植入导向器在规划路径上时可以进行植入椎弓根螺钉的操作。

作为优选，所述标记结构为反射光球。

作为优选，设置4个所述反射光球，以4个反射光球为顶点构成四边形区域，任意3个反射光球构成非相似三角形。

作为优选，所述拍摄追踪模块识别反射光球的原理为：拍摄追踪模块识别反射光球反射的光，从而对标记结构定位。

作为替换，所述标记结构为圆形的有颜色的板状结构。

作为优选，设置4个所述板状结构，以4个板状结构为顶点构成四边形区域，其中四边形为梯形

作为优选，所述拍摄追踪模块识别板状结构的原理为：拍摄追踪模块识别所述板状结构的颜色，从而对标记结构定位。

作为优选，所述调节组件包括第一调节件、第二调节件和伸缩调节件，第一调节件与所述引导筒固定连接；所述被追踪定位件与第一调节件转动连接，并通过第一锁紧件锁紧；所述第二调节件与所述固定件固定连接；所述伸缩调节件的其中一端与所述第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件锁紧，伸缩调节件的另一端与所述第一调节件固定连接，第一调节件沿伸缩调节件进行轴向运动，并通过第三锁紧件锁紧。通过第一调节件与引导筒固定连接，使得引导筒与第一调节件能够同步运动，第一调节件能够沿伸缩调节件做直线运动，使得引导筒与机械臂及之间的距离被调节，以调节引导筒的位置；伸缩调节件关联第一调节件和第二调节件，通过伸缩调节件一方面能够调节第一调节件与第二调节件之间的距离，进而调节引导筒的位置，另一方面，伸缩调节件与第二调节件转动连接，转动伸缩调节件能够调节引导筒的位置，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；另外，被追踪定位件与第一调节件转动连接，使得被追踪定位件的位置可以被调整，从而被导航系统拍摄追踪，使得引导筒的位置被实时追踪。

作为优选，所述被追踪定位件包括转筒一，转筒一与所述标记结构一体连接，标记结构向远离转筒一圆心的方向延伸；转筒一与所述第一调节件转动连接，转动转筒一，使得标记结构的位置被调节。标记结构的位置反映引导筒的位置，导航系统通过标记结构实时获取引导筒的位置，通过调节组件灵活调整引导筒的位置，最终使得引导筒的轴线与规划路径的延长线重叠，此时，引导筒指向的椎体即为椎弓根螺钉植入的预开口位置。

作为优选，所述引导筒与转筒一固定连接，使得引导筒与转筒一同步转动，使得引导筒与被追踪定位件同步运动。在被追踪定位件的定位下，导航系统能够实时获得引导筒的位置，从而便于操作者将引导筒调整到与规划路径延长线重叠的位置，为植入螺钉器械提供精准的植入路径引导。

作为优选，所述引导筒内配置有筒芯，筒芯与引导筒可拆卸式的固定连接，植入器械穿过筒芯到达筒芯指向的目标位置，使得植入器械能够到达精准的手术部位，保证椎弓根螺钉植入的精度。在本申请的一些实施例中，所述第一调节件包括一套环，套环套设于所述转筒一的外侧，用于为转筒一提供支撑和轨道，使得转筒一能够沿轨道转动，且转筒一、被追踪定位件、引导筒得到支撑，避免滑落。

作为优选，所述转筒一与所述套环之间设置有限位结构一，所述第一锁紧件控制限位结构一，限位结构一限制转筒一转动或解除对转筒一的限制。限位结构一能够对转筒一起到限制转动的作用，当不需要转筒一转动时，通过第一锁紧件控制限位结构一约束转筒一，当需要转筒一转动时，通过第一锁紧件解除限位结构一对转筒一的约束，使得转筒一能够自由转动。转筒一在套环内转动，带动被追踪定位件和引导筒同步转动，被追踪定位件、引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面，从而在拍摄追踪模块的拍摄区域内调整了被追踪定位件、引导筒的位置，位置确定后通过第一锁紧件锁使得转筒一不再转动。

作为优选，所述限位结构一包括设置在转筒一上的卡块一，以及设置在所述套环上的对接块一，卡块一呈圆周阵列均匀分布在转筒一的外侧壁，卡块一与转筒一固定连接，对接块一呈圆周阵列均匀分布在套环的内壁，对接块一与套环固定连接，卡块一与对接块一卡合使得转筒一被限制转动，卡块一与对接块一处于非卡合状态时转筒一可以自由转动。转筒一上的卡块一与套环上的对接块一可以咬合，此时，转筒一的位置则被限定，无法进行转动，当卡块一与对接块一解除卡合状态时，转筒一的限制被解除，可以进行自由转动。

在本申请的一些实施例中，所述第一锁紧件包括锁紧螺钉一，螺纹筒一和底板一，所述螺纹筒一与所述转筒一一体连接，所述锁紧螺钉一的其中一端进入螺纹筒一，并从螺纹筒一伸出后所述底板一固定连接；所述套环位于所述底板一与所述被识别结构之间，使得套环避免滑脱而与转筒一分离；转动锁紧螺钉一，使得螺纹筒一沿锁紧螺钉一做直线运动，螺纹筒一带动转筒一做直线运动，转筒一上的卡块一因转筒一做直线运动而发生位移，使得卡块一与对接块一卡合或解除卡合。通过第一锁紧件实现了对转筒一的控制，能够限制转筒一转动或解除对转筒一的限制，在调整被追踪定位件的位置时，解除卡块一与对接块一的卡合，使得转筒一能够自由转动，转筒一带动被识别结构同步转动，从而实现被识别结构在第一平面的位置调整，确定被追踪定位件的位置后，卡块一与对接块一卡合，使得转筒一的位置被限定，从而确定被追踪定位件的位置。

作为优选，所述套环具有供所述转筒一转动的轨道，转筒一沿所述轨道做圆周运动。

在本申请的一些实施例中，所述套环与所述伸缩调节件通过固定件固定连接，固定件的其中一端与套环固定连接，固定件的另一端与所述伸缩调节件转动连接，并通过第三锁紧件锁紧。

在本申请的一些实施例中，所述伸缩调节件包括外套管和内套管，外套管套设于内套管外侧，内套管部分伸入外套管的内部，所述内套管通过固定件与所述套环固定连接，使得套环、被追踪定位件、引导筒能够与内套管同步运动；所述内套管沿外套管的轴线做直线运动，使得所述引导筒与所述固定座之间的间距被调节；内套管可以在外套管内转动，带动引导筒转动，使得引导筒的角度被调节，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；所述第三锁紧件固定内套管，使得内套管的位置固定，从而确定引导筒的位置；所述外套管与所述第二调节件转动连接，使得植入导向器整体发生转动，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面平行，第二锁紧件用于锁紧外套管，使得外套管的位置固定。

作为优选，所述固定件为固定板，固定板的其中一端与所述套环固定连接，另一端与所述内套管固定连接。

在本申请的一些实施例中，所述第三锁紧件包括锁紧环和锁紧板，锁紧环为C形环，锁紧环与所述中枢筒一体连接，锁紧板与锁紧环一体连接，锁紧环环抱所述固定管，锁紧板对称分布于所述固定管的两侧；两侧的锁紧板均具有通孔，通孔内设置拧紧螺钉，用于缩小固定管两侧的锁紧板的间距，使得锁紧板和锁紧环将固定管挤紧。

作为优选，所述拧紧螺钉从一侧所述锁紧板的通孔进入，从另一侧所述锁紧板的通孔伸出，拧紧螺钉的其中一端与其中一个锁紧板固定连接，拧紧螺钉的另一端设置有拧紧把手，拧紧把手套设于拧紧螺钉的外侧，拧紧把手与拧紧螺钉螺纹连接。通过转动拧紧把手，靠近拧紧把手的锁紧板被挤压，从而使得锁紧板和锁紧环抱紧固定管，使得固定管被固定，反向转动拧紧把手，锁紧板解除挤压，则固定管可以自由转动。

作为替换，所述拧紧螺钉从一侧所述锁紧板的通孔进入，从另一侧所述锁紧板的通孔伸出，并通过螺母固定，转动螺母使得两侧的锁紧板的间距变小，使得固定管被挤紧。

作为优选，所述外套管配置有转筒二，转筒二与外套管一体连接，转筒二与所述第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件锁紧。

在本申请的一些实施例中，所述第二调节件包括与所述转筒二配合的套筒，套筒套设于所述转筒二的外侧，转筒二在套筒内转动，并通过第二锁紧件锁紧；所述套筒与所述固定座固定连接，使得第二调节组件、转筒二得到固定座的支撑。固定座安装于导航系统的机械臂上，使得植入导向器整体固定，且能够与机械臂同步运动，调整机械臂的位置既可以调整植入导向器的位置，使得植入导向器位于拍摄追踪模块的拍摄区域内。

作为优选，所述转筒二与套筒之间设置有限位结构二，第二锁紧件控制限位结构二，限位结构二限制转筒二转动或解除对转筒二的限制。

作为优选，所述限位结构二包括设置在所述转筒二上的卡块二，以及设置在所述套筒上的对接块二，卡块二呈圆周阵列等间距分布在转筒二的外侧壁，卡块二与转筒二固定连接，对接块儿呈圆周阵列等间距分布在套筒的内壁，对接块儿与套筒固定连接，卡块二与对接块二卡合使得转筒二被限制转动，卡块二与对接块儿处于非卡合状态时转筒二可以自由转动。在第一锁紧件与第三锁紧件处于锁紧状态，且第二锁紧件处于非锁紧状态时，转筒二可以在套筒内转动，转筒二转动带动中枢管转动，中枢管带动固定管转动，固定管带动固定板转动，固定板带动被识别结构转动，使得被识别结构的位置进行调整。

作为优选，所述第二锁紧件包括设置在转筒二上的锁紧螺钉二，所述螺纹筒二与所述转筒二一体连接，所述锁紧螺钉二的其中一端进入螺纹筒二，并从螺纹筒二伸出后与底板二固定连接；转动锁紧螺钉二，使得螺纹筒二沿锁紧螺钉二做直线运动，螺纹筒二带动转筒二做直线运动，转筒二上的卡块与因转筒二做直线运动而发生位移，使得卡块二与对接块二卡合或解除卡合。

本发明的有益效果：

（1）与手术导航系统配合，通过调整引导筒的轴线与规划路径的延长线重叠，使得引导筒指向的位置就是预植入椎弓根螺钉的位置；将筒芯安装在引导筒内，手术器械穿过筒芯，能够精准地向引导筒指向的部位施钻、开口、植入椎弓根螺钉。

（2）本申请中的植入导向器结构精巧且成本低，能够在医院广泛普及使用。

（3）导航系统控制拍摄追踪模块、配准模块、路径规划模块，在临床实际应用中，操作者通过显示器实时看到引导筒与规划路径的位置关系，以便于及时调整引导筒的位置，使得引导筒的轴线与规划路径吻合，保证椎弓根螺钉植入位置的准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明放置有筒芯的整体结构示意图；

图3是本发明植入导向器与标记结构的结构示意图；

图4是植入导向器、转筒一的剖切结构示意图；

图5是本发明外套管与套筒的使用状态示意图；

图6是本发明伸缩调节件、转筒二、套筒的剖切结构示意图；

图7是本发明卡块一与对接块一的原理结构示意图；

图8是本发明卡块二与对接块二的原理结构示意图；

图9是本发明的运行流程图；

图中，1、植入导向器；11、引导筒；12、筒芯；21、反射光球；3、转筒一；31、套环；32、卡块一；33、对接块一；34、第一锁紧件；341、锁紧螺钉一；342、螺纹筒一；343、底板一；41、外套管；42、内套管；43、固定板；44、第三锁紧件；441、锁紧环；442、锁紧板；443、拧紧螺钉；444、限位杆；5、转筒二；51、套筒；52、卡块二；53、对接块二；54、第二锁紧件；541、锁紧螺钉二；542、螺纹筒二；55、固定座。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的实施例及其示例进行详细说明。

如图1-2所示，本发明为一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，用于引导椎弓根螺钉植入的路径，包括：

路径规划模块，用于对患者的脊柱影像进行分割与重建，并规划椎弓螺钉植入的路径，生成规划路径的结果；

配准模块，用于将规划路径的结果与术中影像配准；

植入导向器1，用于引导椎弓根螺钉植入器械植入，包括引导筒11，调整植入导向器1的位置，使得引导筒11的轴线与规划路径的延长线重叠，植入器械穿过引导筒11，向引导筒11指向的位置进行操作，使得椎弓根螺钉被植入精准的部位；

拍摄追踪模块，用于拍摄追踪引导筒11；植入导向器1包括被追踪定位件，用于被拍摄追踪模块拍摄追踪，使得引导筒11的位置被实时获取，并与规划路径比较。

其中，路径规划模块、配准模块、拍摄追踪模块为导航系统中的功能模块，由导航系统控制完成各部分功能。

拍摄追踪模块为双目摄像头，用于拍摄患者手术区域、被追踪器械、参考器。

如图3-6所示，在本申请的一些实施例中，植入导向器1包括用于调节引导筒11位置的调节组件，通过调节组件调节引导筒11的位置、角度，使得引导筒11的轴线与规划路径的延长线重叠。调整引导筒11位置的目的有：使引导筒11在拍摄追踪模块的拍摄范围内，调整引导筒11相对于患者身体预植入开口的位置，调整引导筒11的角度使得植入器械精准作用在预植入开口的部位。

在本申请的一些实施例中，植入导向器1还包括固定座55，固定座55与导航系统中的机械臂可拆卸式的固定连接，用于将植入导向器1保持在拍摄追踪模块的拍摄区域内。使用过程中，植入导向器1与机械臂同步运动，调节机械臂就可以同步调节植入导向器1。作为优选，拍摄追踪模块为双目可见光摄像头，用于拍摄患者的手术区域，使用过程中，患者的手术部位固定设置有参考器，通过参考器了解患者手术区域的变化，拍摄追踪模块拍摄追踪手术位置变化情况，基于手术位置变化情况调整引导筒11的位置，使引导筒11的轴线在规划路径上或规划路径的延长线上，引导筒11指向的位置即为预植入椎弓根螺钉的位置。

具体地，固定座55为筒状结构，固定座55与机械臂卡接，可替换地，固定座55与机械臂螺纹连接。参见图3。

被追踪定位件具有被拍摄追踪模块识别的标记结构，标记结构位于拍摄追踪模块的拍摄区域内，标记结构朝向拍摄追踪模块，使得导航系统实时获取植入导向器1的位置，当植入导向器1在规划路径上时可以进行植入椎弓根螺钉的手术操作。

在本申请的其他实施例中，标记结构为反射光球21。参见图3。

设置4个反射光球21，以4个反射光球21为顶点构成四边形区域，任意3个反射光球21构成非相似三角形。

拍摄追踪模块识别反射光球21的原理为：拍摄追踪模块识别反射光球21反射的光，从而对标记结构定位。

在本申请的其他实施例中，标记结构为圆形的有颜色的板状结构。

设置4个板状结构，以4个板状结构为顶点构成四边形区域，其中四边形为梯形。任意3个板状结构构成非相似三角形。

拍摄追踪模块识别板状结构的原理为：拍摄追踪模块识别板状结构的颜色，从而对标记结构定位。

在本申请的一些实施例中，调节组件的具体设置为：调节组件包括第一调节件、第二调节件和伸缩调节件，第一调节件与引导筒11固定连接；被追踪定位件与第一调节件转动连接，并通过第一锁紧件34锁紧；第二调节件与固定件固定连接；伸缩调节件的其中一端与第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件54锁紧，伸缩调节件的另一端与第一调节件固定连接，第一调节件沿伸缩调节件进行轴向运动，并通过第三锁紧件44锁紧。通过第一调节件与引导筒11固定连接，使得引导筒11与第一调节件能够同步运动，第一调节件能够沿伸缩调节件做直线运动，使得引导筒11与机械臂及之间的距离被调节，以调节引导筒11的位置；伸缩调节件关联第一调节件和第二调节件，通过伸缩调节件一方面能够调节第一调节件与第二调节件之间的距离，进而调节引导筒11的位置，另一方面，伸缩调节件与第二调节件转动连接，转动伸缩调节件能够调节引导筒11的位置，此时引导筒11的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；另外，被追踪定位件与第一调节件转动连接，使得被追踪定位件的位置可以被调整，从而被导航系统拍摄追踪，使得引导筒11的位置被实时追踪。

具体地，如图3-4所示，被追踪定位件包括转筒一3，转筒一3与标记结构一体连接，标记结构向远离转筒一3圆心的方向延伸；转筒一3与第一调节件转动连接，转动转筒一3，使得标记结构的位置被调节。标记结构的位置反映引导筒11的位置，导航系统通过标记结构实时获取引导筒11的位置，通过调节组件灵活调整引导筒11的位置，最终使得引导筒11的轴线与规划路径的延长线重叠，此时，引导筒11指向的椎体即为椎弓根螺钉植入的预开口位置。引导筒11与转筒一3固定连接，使得引导筒11与转筒一3同步转动，使得引导筒11与被追踪定位件同步运动。具体地，转筒一3为开口朝向被定位追踪件的筒状结构，在转筒一3开口的对侧设置连接板，连接板与转筒一3可拆卸式的固定连接，连接板与引导筒11固定连接，在被追踪定位件的定位下，导航系统能够实时获得引导筒11的位置，从而便于操作者将引导筒11调整到与规划路径延长线重叠的位置，为植入螺钉器械提供精准的植入路径引导。

在本申请的一些实施例中，引导筒11内配置有筒芯12，筒芯12与引导筒11可拆卸式的固定连接，植入器械穿过筒芯12到达筒芯12指向的目标位置，使得植入器械能够到达精准的手术部位，保证椎弓根螺钉植入的精度。具体地，筒芯12为两端具有开口的圆柱筒状结构，植入器械从筒芯12其中一端的开口插入，从另一端的开口伸出。参见图2。

在本申请的一些实施例中，第一调节件包括一套环31，套环31套设于转筒一3的外侧，用于为转筒一3提供支撑和轨道，使得转筒一3能够沿轨道转动，且转筒一3、被追踪定位件、引导筒11得到支撑，避免滑落。

具体地，转筒一3与套环31之间设置有限位结构一，第一锁紧件34控制限位结构一，限位结构一限制转筒一3转动或解除对转筒一3的限制。限位结构一能够对转筒一3起到限制转动的作用，当不需要转筒一3转动时，通过第一锁紧件34控制限位结构一约束转筒一3，当需要转筒一3转动时，通过第一锁紧件34解除限位结构一对转筒一3的约束，使得转筒一3能够自由转动。转筒一3在套环31内转动，带动被追踪定位件和引导筒11同步转动，被追踪定位件、引导筒11的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面，从而在拍摄追踪模块的拍摄区域内调整了被追踪定位件、引导筒11的位置，位置确定后通过第一锁紧件34锁使得转筒一3不再转动。

如图7所示，限位结构一的具体设置为：限位结构一包括设置在转筒一3上的卡块一32，以及设置在套环31上的对接块一33，卡块一32呈圆周阵列均匀分布在转筒一3的外侧壁，卡块一32与转筒一3固定连接，对接块一33呈圆周阵列均匀分布在套环31的内壁，对接块一33与套环31固定连接，卡块一32与对接块一33卡合使得转筒一3被限制转动，卡块一32与对接块一33处于非卡合状态时转筒一3可以自由转动。转筒一3上的卡块一32与套环31上的对接块一33可以咬合，此时，转筒一3的位置则被限定，无法进行转动，当卡块一32与对接块一33解除卡合状态时，转筒一3的限制被解除，可以进行自由转动。

具体地，卡块一32与对接块一33均为形状规则的块状结构，卡块一32和对接块一33可以均为矩形块，卡块一32和对接块一33可以均为半圆形块。使用过程中，卡块一32与对接块一33错位咬合，就可以将限制转筒一3的运动。

参见图2、7，在本申请的一些实施例中，第一锁紧件34包括锁紧螺钉一341，螺纹筒一342和底板一343，螺纹筒一342与转筒一3一体连接，锁紧螺钉一341的其中一端进入螺纹筒一342，并从螺纹筒一342伸出后底板一343固定连接；套环31位于底板一343与被识别结构之间，使得套环31避免滑脱而与转筒一3分离；转动锁紧螺钉一341，使得螺纹筒一342沿锁紧螺钉一341做直线运动，螺纹筒一342带动转筒一3做直线运动，转筒一3上的卡块一32因转筒一3做直线运动而发生位移，使得卡块一32与对接块一33卡合或解除卡合。通过第一锁紧件34实现了对转筒一3的控制，能够限制转筒一3转动或解除对转筒一3的限制，在调整被追踪定位件的位置时，解除卡块一32与对接块一33的卡合，使得转筒一3能够自由转动，转筒一3带动被识别结构同步转动，从而实现被识别结构在第一平面的位置调整，确定被追踪定位件的位置后，卡块一32与对接块一33卡合，使得转筒一3的位置被限定，从而确定被追踪定位件的位置。

具体地，套环31具有供转筒一3转动的轨道，转筒一3沿轨道做圆周运动。

在锁紧螺钉一341上设置锁紧钮一，锁紧钮一与锁紧螺钉一341固定连接，转动锁紧钮一使得锁紧螺钉一341转动。通过设置锁紧钮一能够便于操作者转动锁紧螺钉一341，起到省力的作用。

如图6所示，在本申请的一些实施例中，伸缩调节件包括外套管41和内套管42，外套管41套设于内套管42外侧，内套管42部分伸入外套管41的内部，内套管42通过固定件与套环31固定连接，使得套环31、被追踪定位件、引导筒11能够与内套管42同步运动；内套管42沿外套管41的轴线做直线运动，使得引导筒11与固定座55之间的间距被调节；内套管42可以在外套管41内转动，带动引导筒11转动，使得引导筒11的角度被调节，此时引导筒11的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；第三锁紧件44固定内套管42，使得内套管42的位置固定，从而确定引导筒11的位置；外套管41与第二调节件转动连接，使得植入导向器1整体发生转动，此时引导筒11的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面平行，第二锁紧件54用于锁紧外套管41，使得外套管41的位置固定。

具体地，外套管41和内套管42均为圆柱状的管状结构。外套管41的内部设置有限位件，用于防止内套管42脱出。具体地，限位件为限位杆444，限位杆444的其中一端与外套管41一体连接，另一端伸入所述内套管42内，所述内套管42上设置有允许所述限位杆444进入的孔，限位杆444位于内套管42内的一端具有阻挡段，阻挡段与限位杆444一体连接，阻挡段的直径大于所述孔的直径。

其中，第一调节件的套环31与伸缩调节件通过固定件固定连接，固定件的其中一端与套环31固定连接，固定件的另一端与伸缩调节件转动连接，并通过第三锁紧件44锁紧。

具体地，固定件为固定板43，固定板43的其中一端与套环31固定连接，另一端与内套管42固定连接。

在本申请的一些实施例中，第三锁紧件44包括锁紧环441和锁紧板442，锁紧环441为C形环，锁紧环441与中枢筒一体连接，锁紧板442与锁紧环441一体连接，锁紧环441环抱固定管，锁紧板442对称分布于固定管的两侧；两侧的锁紧板442均具有通孔，通孔内设置拧紧螺钉443，用于缩小固定管两侧的锁紧板442的间距，使得锁紧板442和锁紧环441将固定管挤紧。参见图2。

具体地，拧紧螺钉443从一侧锁紧板442的通孔进入，从另一侧锁紧板442的通孔伸出，拧紧螺钉443的其中一端与其中一个锁紧板442固定连接，拧紧螺钉443的另一端设置有拧紧把手，拧紧把手套设于拧紧螺钉443的外侧，拧紧把手与拧紧螺钉443螺纹连接。通过转动拧紧把手，靠近拧紧把手的锁紧板442被挤压，从而使得锁紧板442和锁紧环441抱紧固定管，使得固定管被固定，反向转动拧紧把手，锁紧板442解除挤压，则固定管可以自由转动。

在本申请的其他实施例中，拧紧螺钉443从一侧锁紧板442的通孔进入，从另一侧锁紧板442的通孔伸出，并通过螺母固定，转动螺母使得两侧的锁紧板442的间距变小，使得固定管被挤紧。

外套管41与第二调节件的连接方式为：外套管41配置有转筒二5，转筒二5与外套管41一体连接，转筒二5与第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件54锁紧。

如图6所示，在本申请的一些实施例中，第二调节件包括与转筒二5配合的套筒51，套筒51套设于转筒二5的外侧，转筒二5在套筒51内转动，并通过第二锁紧件54锁紧；套筒51与固定座55固定连接，使得第二调节组件、转筒二5得到固定座55的支撑。固定座55安装于导航系统的机械臂上，使得植入导向器1整体固定，且能够与机械臂同步运动，调整机械臂的位置既可以调整植入导向器1的位置，使得植入导向器1位于拍摄追踪模块的拍摄区域内。

转筒二5与套筒51之间设置有限位结构二，第二锁紧件54控制限位结构二，限位结构二限制转筒二5转动或解除对转筒二5的限制。

如图8所示，限位结构二包括设置在转筒二5上的卡块二52，以及设置在套筒51上的对接块二53，卡块二52呈圆周阵列等间距分布在转筒二5的外侧壁，卡块二52与转筒二5固定连接，对接块儿呈圆周阵列等间距分布在套筒51的内壁，对接块儿与套筒51固定连接，卡块二52与对接块二53卡合使得转筒二5被限制转动，卡块二52与对接块儿处于非卡合状态时转筒二5可以自由转动。在第一锁紧件34与第三锁紧件44处于锁紧状态，且第二锁紧件54处于非锁紧状态时，转筒二5可以在套筒51内转动，转筒二5转动带动中枢管转动，中枢管带动固定管转动，固定管带动固定板43转动，固定板43带动被识别结构转动，使得被识别结构的位置进行调整。

具体地，卡块二52与对接块二53均为形状规则的块状结构，卡块二52和对接块二53可以均为矩形块，卡块二52和对接块二53可以均为半圆形块。使用过程中，卡块二52与对接块二53错位咬合，就可以将限制转筒二5的运动。

第二锁紧件54包括设置在转筒二5上的锁紧螺钉二541，螺纹筒二542与转筒二5一体连接，锁紧螺钉二541的其中一端进入螺纹筒二542，并从螺纹筒二542伸出后与底板二固定连接；转动锁紧螺钉二541，使得螺纹筒二542沿锁紧螺钉二541做直线运动，螺纹筒二542带动转筒二5做直线运动，转筒二5上的卡块与因转筒二5做直线运动而发生位移，使得卡块二52与对接块二53卡合或解除卡合。参见图1。

参见图9，本发明的运行原理：

（1）开启导航系统电源，启动机械臂；

（2）获取患者的CT扫描影像，重建三维模型；使用规划软件对患者脊柱影像进行分割与重建，医生根据病灶位置添加规划的入针路径及入针点，进行椎弓根植钉路径规划；

（3）使用导航系统将路径规划结果与术中影像进行配准；

（4）调整双目摄像头照射位置，使其覆盖患者手术区域，且正面朝向病患追踪器；

（5）按住机械臂关节控制开关，改变机械臂各关节角度，将参考器靠近病患手术区域，参考器正面朝向双目摄像头，并保持在双目摄像头照射区域中；

（6）松开机械臂关节控制开关，使机械臂保持不动；

（7）软件中实时显示套筒51与规划路径在双目摄像头坐标系下的位置（以图像形式显示二者相对位置，并提示当前距离与角度）；

（8）调整引导筒11的位置，使显示器中的引导套筒51轴线与规划路径延长线重叠，此时“路径距离”应小于2mm，“角度”应小于3度。相应的，实体引导筒11也应位于病患需要手术开口的位置，对准规划路径，即需要植入椎弓根螺钉的地方；

（9）固定引导筒11，使引导套筒51保持不动；

（10）使用手术开口工具，穿过引导套筒51，向其指向的椎体位置施钻以开口；

（11）将椎弓根螺钉植入，此时螺钉位置即为路径规划位置；

（12）植入椎弓根螺钉后，重新调整电动机械臂关节角度，将参考器靠近下一个需要植入椎弓根螺钉的位置，进而依次在所有的规划路径上开口并植入椎弓根螺钉，即可完成手术。

上述实施例的说明只是用于理解本发明。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也将落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，用于引导椎弓根螺钉植入的路径，其特征在于，包括：

路径规划模块，用于对患者的脊柱影像进行分割与重建，并规划椎弓螺钉植入的路径，生成规划路径的结果；

配准模块，用于将所述规划路径的结果与术中影像配准；

植入导向器，用于引导椎弓根螺钉植入器械植入，包括引导筒，调整植入导向器的位置，使得引导筒的轴线与所述规划路径的延长线重叠，植入器械穿过引导筒，向引导筒指向的位置进行操作，使得椎弓根螺钉被植入精准的部位；

拍摄追踪模块，用于拍摄追踪所述引导筒；所述植入导向器包括被追踪定位件，用于被所述拍摄追踪模块拍摄追踪，使得引导筒的位置被实时获取，并与所述规划路径比较。

2.根据权利要求1所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述植入导向器包括用于调节引导筒位置的调节组件，通过调节组件调节引导筒的位置、角度，使得引导筒的轴线与所述规划路径的延长线重叠。

3.根据权利要求2所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述植入导向器还包括固定座，固定座与导航系统中的机械臂可拆卸式的固定连接，用于将植入导向器保持在所述拍摄追踪模块的拍摄区域内。

4.根据权利要求2所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述被追踪定位件具有被拍摄追踪模块识别的标记结构，标记结构位于拍摄追踪模块的拍摄区域内，标记结构朝向拍摄追踪模块，使得导航系统实时获取植入导向器的位置，当植入导向器在规划路径上时可以进行植入椎弓根螺钉的操作。

5.根据权利要求4所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述标记结构为反射光球；设置4个所述反射光球，以4个反射光球为顶点构成四边形区域，任意3个反射光球构成非相似三角形。

6.根据权利要求4所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述调节组件包括第一调节件、第二调节件和伸缩调节件，第一调节件与所述引导筒固定连接；所述被追踪定位件与第一调节件转动连接，并通过第一锁紧件锁紧；所述第二调节件与所述固定件固定连接；所述伸缩调节件的其中一端与所述第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件锁紧，伸缩调节件的另一端与所述第一调节件固定连接，第一调节件沿伸缩调节件进行轴向运动，并通过第三锁紧件锁紧；第一调节件与引导筒固定连接，使得引导筒与第一调节件能够同步运动，第一调节件能够沿伸缩调节件做直线运动，使得引导筒与机械臂及之间的距离被调节，以调节引导筒的位置；伸缩调节件关联第一调节件和第二调节件，通过伸缩调节件一方面能够调节第一调节件与第二调节件之间的距离，进而调节引导筒的位置；伸缩调节件与第二调节件转动连接，转动伸缩调节件能够调节引导筒的位置，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；被追踪定位件与第一调节件转动连接，使得被追踪定位件的位置可以被调整，从而被导航系统拍摄追踪，使得引导筒的位置被实时追踪。

7.根据权利要求6所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述被追踪定位件包括转筒一，转筒一与所述标记结构一体连接，标记结构向远离转筒一圆心的方向延伸；转筒一与所述第一调节件转动连接，转动转筒一，使得标记结构的位置被调节；标记结构的位置反映引导筒的位置，导航系统通过标记结构实时获取引导筒的位置，通过调节组件灵活调整引导筒的位置，最终使得引导筒的轴线与规划路径的延长线重叠，此时，引导筒指向的椎体即为椎弓根螺钉植入的预开口位置。

8.根据权利要求1所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述引导筒内配置有筒芯，筒芯与引导筒可拆卸式的固定连接，植入器械穿过筒芯到达筒芯指向的目标位置，使得植入器械能够到达精准的手术部位，保证椎弓根螺钉植入的精度。

9.根据权利要求7所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述第一调节件包括一套环，套环套设于所述转筒一的外侧，用于为转筒一提供支撑和轨道，使得转筒一能够沿轨道转动；所述伸缩调节件包括外套管和内套管，外套管套设于内套管外侧，内套管部分伸入外套管的内部，所述内套管通过固定件与所述套环固定连接，使得套环、被追踪定位件、引导筒能够与内套管同步运动；所述内套管沿外套管的轴线做直线运动，使得所述引导筒与所述固定座之间的间距被调节；内套管可以在外套管内转动，带动引导筒转动，使得引导筒的角度被调节，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面垂直；所述第三锁紧件固定内套管，使得内套管的位置固定，从而确定引导筒的位置；所述外套管与所述第二调节件转动连接，使得植入导向器整体发生转动，此时引导筒的运动轨迹所在的平面与患者身体具有植入开口的面平行，第二锁紧件用于锁紧外套管，使得外套管的位置固定。

10.根据权利要求9所述的用于导航系统的椎弓根螺钉植入引导定位系统，其特征在于，所述外套管配置有转筒二，转筒二与外套管一体连接，转筒二与所述第二调节件转动连接，并通过第二锁紧件锁紧；所述第二调节件包括与所述转筒二配合的套筒，套筒套设于所述转筒二的外侧，转筒二在套筒内转动，并通过第二锁紧件锁紧；所述套筒与所述固定座固定连接，使得第二调节组件、转筒二得到固定座的支撑。

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