CN116616897A - 一种导航系统用参考架空间位姿可调器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航系统用参考架空间位姿可调器械，其包括，操作器械，用于进入手术区域完成手术动作；操作参考架，设置被导航系统识别的被识别结构；且与操作器械可调式的结合，使用时，导航系统通过识别被识别结构的空间位姿实现对操作器械操作的导航；通过设置有限数量的已知操作器械与操作参考架的可调空间位姿，根据需要选择不同的已知空间位姿的方式实现操作器械与操作参考架的空间位姿调整；或者，设置标定参考架，标定参考架与操作器械的空间位姿确定，根据需要提前调整操作器械与参考架空间位姿，通过导航系统首先获知操作参考架与标定参考架的关系，进而能够通过软件获知操作参考架与操作器械的空间位姿关系，实现操作参考架的调整。

Description

一种导航系统用参考架空间位姿可调器械

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及医学导航系统用参考架领域，具体为一种导航系统用参考架空间位姿可调器械。

背景技术

现有技术已经将导航系统在各种医学手术场景中使用，且目前的导航系统多通过NDI小球及对应的识别系统完成手术导航，且目前的NDI小球多设置到参考架上，再将参考架与对应手术器械结合，通过导航系统识别跟踪参考架上的NDI小球的空间位姿实现对手术器械手术路径手术方向等的跟踪。

但现有技术中的参考架与手术器械的空间位姿都是提前规划设置好的固定的结合方式，这样通过识别参考架，再通过系统换算就能得到手术器械的操作端的空间位姿，并能有效实现跟踪。固定空间位姿的设置方式也是保证导航成功的关键，但此种方式也存在不好的地方，因为有时因参考架空间位姿角度设置不好会干扰医生操作。引入导航系统虽然解决了导航问题，但也存在因为参考架空间位姿不合适影响手术进度的问题。另外确定的关系，会使导航系统存在非常多的满足不同场景及空间位姿需求的对应的带参考架的操作器械。

本发明针对上述技术问题提供一种导航系统用参考架空间位姿可调器械。

发明内容

一种导航系统用参考架空间位姿可调器械，其包括，

操作器械，用于进入手术区域完成手术动作；

操作参考架，设置被导航系统识别的操作被识别结构；且与操作器械可调式的结合，使用时，导航系统通过识别操作被识别结构的空间位姿实现对操作器械操作的导航；

设置有限数量的已知操作器械与操作参考架的可调空间位姿，通过根据需要选择不同的已知空间位姿的方式实现操作器械与操作参考架的空间位姿调整；或者，设置标定参考架，标定参考架与操作器械的空间位姿确定且已知，根据需要提前调整设置好操作器械与参考架空间位姿，通过导航系统首先获知操作参考架与标定参考架的关系，进而能够通过软件获知操作参考架与操作器械的空间位姿。

通过上述方式能够实现操作器械与操作参考架的空间位姿可调的目的。

进一步，在操作器械，操作器械与操作参考架的结合位置，及操作参考架自身任意一个位置设置有限种类的空间位姿调节结构，且每个空间位姿调节结构的设置方式都是实现操作器械与操作参考架结合后空间位姿确定的方式。

进一步，在操作器械上设置至少两个与操作参考架结合的结合结构，且每个结合结构与操作器械的空间位姿为确定关系，此种方式可以实现数种空间位姿的调节。此种方式为通过设置多个操作器械结合结构的方式实现的空间位姿调节。此种方式要求每个结合结构与操作参考架的结合方式仅有一种；且操作参考架上的结构不能发生调整。

或者，操作参考架包括操作被识别结构与架体；仅操作被识别结构与操作参考架的架体的空间位姿设置2-4种，操作参考架与操作器械的结合方式一种及操作器械上设置一个固定结合方式的结合结构；通过调整操作被识别结构相对参考架的架体的空间位姿及角度关系实现调整。

以上方式为一种有限角度及空间位姿的调整方式，通过人为选择的方式选定参考架与操作器械的空间位姿方式，此种方式适用于单一操作器械，不具备普适性，但较不能调整的方案又具备明显的技术优势。

亦或者，设置包含多种操作参考架与操作器械空间位姿关系的调节方式，设置添加带有标定被识别结构的标定参考架，并在确定操作参考架与操作器械空间位姿前，增加一个标定步骤，后确定操作参考架与操作器械的空间位姿；一经确定就需固定住操作参考架与操作器械的空间位姿，完成后续跟踪。

标定参考架与操作器械仅有一种确定的且组合后两者空间位姿已知的组合方式；操作参考架与操作器械有多种空间位姿关系，使用时先根据需要调整操作参考架与操作器械的结合角度和/或空间位姿，但此时并不知晓操作参考架与操作器械的空间位姿，调整好后操作参考架与操作器械的空间位姿不再发生变动；后将标定参考架与操作器械通过确定的组合方式组合；后通过导航系统拍摄标定参考架的标定被识别结构与操作参考架上的操作被识别结构，知晓两者的空间位姿，并通过软件计算可以知晓操作器械与操作参考架的空间位姿。通过此种方式实现根据需要调整操作参考架与操作器械的空间位姿与角度，并能确定调整后操作参考架与操作器械的空间位姿。

本发明的有益效果为：

通过将操作器械与操作参考架设置为可调整的方式，可以解决当两者设置位置不合理影响手术操作的问题，另外通过设置多种位置及角度调节的方式，可以减少操作器械与操作参考架的设置种类与形状。

仅在操作器械，操作器械与操作参考架的结合位置，及操作参考架自身任意一个位置设置有限种类的空间位姿调节结构的方式为一种有效的执行落地方式，针对少量角度调整的操作器械此种方式为一种有效的设置方式。

标定参考架与操作器械仅有一种确定的且组合后两者空间位姿已知的组合；操作参考架与操作器械有多种空间位姿关系；通过此种方式能够非常方便地根据需要选择操作参考架与操作器械的空间位姿关系，再通过标定参考架与操作参考架的配合，知晓选定的操作参考架与操作器械的空间位姿。此种方式灵活性更强。

附图说明

图1为本发明操作器械、操作参考架及标定参考架结合结构示意图；

图2为本发明操作参考架结构示意图；

图3为本发明带有两个交角90°的结合结构的引导套筒结构示意图；

图4为本发明带有两个交角90°的结合结构的引导套筒的第二端局部放大结构示意图；

图5为本发明操作被识别结构与架体连接处的选择卡位结构示意图；

主要附图标记说明

1、操作器械；11、结合结构；111、结合孔；2、操作参考架；21、结合柱；22、操作被识别结构；23、被识别点；24、架体；25、选择卡位结构；3、标定参考架；31、筒形段。

具体实施方式

实施例1

参考图1；一种导航系统用参考架空间位姿可调器械，其包括，

操作器械1，用于进入手术区域完成手术动作；

操作参考架2，设置被导航系统识别的操作被识别结构22；且与操作器械1可调式的结合，使用时，导航系统通过识别操作被识别结构22的空间位姿实现对操作器械1操作的导航；操作被识别结构22至少设置3个任意三个点都不在一条直线上被识别点23，被识别点23可以为标识小球也可以为带有间隔设置弧形区域的圆形小板，更具体的为，标识小球为NDI小球。操作被识别结构22设置4个被识别点23，其中任意三点都不在一条直线上。

通过设置有限数量的已知操作器械1与操作参考架2的可调空间位姿，通过根据需要选择不同的已知空间位姿的方式实现操作器械1与操作参考架2的空间位姿调整；

或者，设置标定参考架3，标定参考架3与操作器械1的空间位姿确定且已知，根据需要提前调整设置好操作器械1与参考架空间位姿，通过导航系统首先获知操作参考架2与标定参考架3的关系，进而能够通过软件获知操作参考架2与操作器械1的空间位姿。注：空间位姿表示操作参考架2与操作器械1的位置及角度关系。

通过上述方式能够实现操作器械1与操作参考架2的空间位姿可调的目的。

第一种实施方式是通过有限的确定性的可调节位置的方式进行位置调整，每一种调节空间位姿都被系统记录，通过选择实现的将操作器械1与操作参考架2的空间位姿进行确定。在操作器械1，操作器械1与操作参考架2的结合位置，及操作参考架2自身任意一个位置设置有限种类的空间位姿调节结构，且每个空间位姿调节结构的设置方式都是实现操作器械1与操作参考架2结合后空间位姿确定的方式。更具体实施方式为：

第一种有限调节位置的实施方式为，参考图3；在操作器械1上设置至少两个与操作参考架2结合的结合结构11，且每个结合结构11与操作器械1的空间位姿为确定关系，此种方式可以实现数种空间位姿的调节。此种方式为通过设置多个操作器械1结合结构11的方式实现的空间位姿调节。此种方式要求每个结合结构11与操作参考架2的结合方式仅有一种；且操作参考架2上的结构能发生调整。

结合结构11为自操作器械1上伸出的结构每个结合结构11上的结合孔111相同；操作参考架2上对应设置结合柱21，结合孔111与结合柱21仅有一种不可发生任何调节的结合方式，只是通过将操作参考架2设置到不同的结合孔111实现对应的位置及角度的调节。可以设置2—4个位置及角度不同的结合结构11，这样就能有2-4种操作器械1与操作参考架2的空间位姿。结合孔111位带弦边的圆形孔或带一个缺口的多边形孔。

更具体的实施方式为：在操作器械1上设置一个与操作参考架2结合的结合结构11，结合结构11与操作参考架2的结合方式为多种角度的结合方式，其他区域的空间位姿及角度都不能调整。通过结合结构11与操作参考架2的不同结合方式实现调整。

第二种有限调节位置的实施方式为，参考图2与图5；操作参考架2包括操作被识别结构22与架体24；仅操作被识别结构22与架体24的空间位姿设置2-4种，操作参考架2与操作器械1的结合方式一种及操作器械1上设置一个固定结合方式的结合结构11；通过调整操作被识别结构22相对参考架的架体24的空间位姿及角度关系实现调整。更具体的实施方式为：操作被识别结构22与参考架为通过旋转轴连接的，且设置确定数目旋转卡位点的设置方式。还可为通过不同节数的关节实现的位置的调整。

第二种操作参考架2与操作器械1可调设置方式为：参考图1，与图4；设置包含多种操作参考架2与操作器械1空间位姿关系的调节方式，设置添加带有标定被识别结构的标定参考架3，并在确定操作参考架2与操作器械1空间位姿前，增加一个标定步骤，确定操作参考架2与操作器械1的空间位姿；但一经确定就需固定住操作参考架2与操作器械1的空间位姿，完成后续跟踪。标定参考架3与操作器械1仅有一种组合后已知的空间位姿关系；使用时先根据需要调整操作参考架2与操作器械1的结合空间位姿，但此时并不知晓操作参考架2与操作器械1的空间位姿，调整好后操作参考架2与操作器械1的空间位姿不再发生变动；但仍不知晓可被跟踪的相对位置关系；后将标定参考架3与操作器械1通过确定的组合方式组合；后通过导航系统拍摄标定参考架3的标定被识别结构与操作参考架2上的操作被识别结构22，知晓两者的空间位姿，并通过软件计算可以知晓操作器械1与操作参考架2的空间位姿。通过此种方式实现根据需要调整操作参考架2与操作器械1的空间位姿与角度，并能确定调整后操作参考架2与操作器械1的空间位姿。

具体实施方式为：参考图4；在操作器械1上设置至少两个结合结构11，另外结合结构11包括能够调整位置的结合孔111；在操作参考架2上设置对应的结合柱21。更具体的为，结合孔111形状为圆形或正多边形，结合柱21形状与结合孔111适配。进一步，结合孔111与结合柱21为结合后位置及角度都不发生变化；具体可以通过在结合柱21外侧设置软垫；或者当结合孔111为多边形时，在结合处对应设置磁性互吸结构。又或者，在结合孔111外侧壁设置锁死螺孔，在锁死孔内设置锁死螺杆；通过将锁死螺杆通过锁死螺孔进入到结合孔111内，锁死结合柱21与结合孔111的位置。此种锁死方式固定效果更好，且制备工艺成熟；更优选的实施方式为，结合孔111为正多边形孔，结合柱21为正多边形柱，此种设置可以通过调节结合孔111与结合柱21的不同边的对应关系，达到调整操作参考架2角度的目的，可以根据需要选择最合适的设置角度。具体为，结合孔111与结合柱21的横截面积都为正六边形。此种设置既可以满足调整的需要，又不会因为边太多增加选择角度时的难度，为一种能够达到最直接角度设置的设置方式。

更具体的实施方式为，设置两个结合结构11，两个结合结构11交角为90度；此种设置可以保证对肢体进行操作时镜像地对左右肢体进行参考架的设置，增加设置的方便性。

更具体的实施方式为，操作器械1为套筒型引导器械，结合结构11设置在相同环形区域内，此种设置可以进一步保证左右肢体设置时的统一性。

更具体的实施方式为，操作参考架2包括操作被识别结构22与架体24；操作被识别结构22与架体24通过万向球头与万向球窝的方式结合，万向球头与万向球窝通过锁死结构实现位置锁死，锁死结构包括侧壁的锁死螺孔与锁死螺杆，锁死螺杆通过锁死螺孔进入万向球窝内对万向球头进行位置锁死。

或者，参考图5；操作被识别结构22与架体24通过旋转轴与对应的多个旋转卡位结构连接，通过转动实现在不同旋转卡位结构间的转换，最终实现操作参考架2与操作器械1空间位姿的调整。

实施例2

在实施例1的基础上，参考图1与图3；操作器械1为用于粗隆间骨折手术导航系统中的协助髓内钉置入的引导套筒，套筒第一端为先进入手术位置端，套筒第二端设置两个交角呈90度的结合结构11；结合结构11在套筒第二端相交，且以套筒的一个中轴面为镜像面，镜像设置两个结合结构11。此种设置可以满足在左右肢体上设置时，且因肢体镜像关系，使操作器械1的设置更加快速，使在左右肢体的对应位置设置基本一致。

更具体的为，其套筒与操作参考架2的可调空间位姿有多种，设置标定参考架3，标定参考架3与套筒结合后两者空间位姿已知。标定参考架3设置标定被识别结构；标定参考架3的标定被识别结构的设置方式与操作参考架2相同，但具体形状选择时可以相同也可以不相同。

更具体的为，标定参考架3包括筒形段31，筒形段31套接在套筒外侧，标定参考架3与套筒的空间位姿确定，而套筒内的各种不同孔径的内套管在套筒内的路径是确定的，这样就可以实现通过标定参考架3与套筒的空间位姿，及导航系统获得的标定参考架3与操作参考架2的空间位姿，通过软件获知套筒与操作参考架2的空间位姿，并随后通过导航系统识别操作参考架2的空间位姿，知晓套筒的空间位姿，并最终实现跟踪目的。筒形段31外侧延伸设置标定被识别结构。

以上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。

Claims (10)

1.一种导航系统用参考架空间位姿可调器械，其特征在于，其包括，

操作器械，用于进入手术区域完成手术动作；

操作参考架，设置被导航系统识别的操作被识别结构；且与操作器械可调式的结合，使用时，导航系统通过识别操作被识别结构的空间位姿实现对操作器械操作的导航；操作被识别结构至少设置3个任意三点都不在一条直线上被识别点；

设置有限数量的已知空间位姿的操作器械与操作参考架的可调空间位姿，通过根据需要选择不同的已知空间位姿的方式实现操作器械与操作参考架的空间位姿调整；或者，设置标定参考架，标定参考架与操作器械的空间位姿确定且已知，根据需要提前设置好操作器械与参考架空间位姿后，通过导航系统首先获知操作参考架与标定参考架的关系，进而能够通过软件获知操作参考架与操作器械的空间位姿。

2.根据权利要求1所述的可调器械，其特征在于，每一种调节空间位姿都被系统记录，通过选择实现的将操作器械与操作参考架的空间位姿进行确定；在操作器械，操作器械与操作参考架的结合位置及操作参考架自身任意一个位置设置有限种类的空间位姿调节结构，且每个空间位姿调节结构的设置方式都是实现操作器械与操作参考架结合后空间位姿确定的方式。

3.根据权利要求2所述的可调器械，其特征在于，在操作器械上设置至少两个与操作参考架结合的结合结构，且每个结合结构与操作器械的空间位姿为确定关系；结合结构为自操作器械上伸出的结构，每个结合结构上的结合孔相同；操作参考架上对应设置结合柱，结合孔与结合柱仅有一种不可发生任何调节的结合方式，只是通过将操作参考架设置到不同的结合孔实现对应的位置及角度的调节；结合孔为带弦边的圆形孔或带一个缺口的多边形孔；

或者，操作参考架包括操作被识别结构与架体；仅操作被识别结构与架体的空间位姿设置2-4种，操作参考架与操作器械的结合方式一种，且操作器械上设置一个固定结合方式的结合结构；通过调整操作被识别结构相对参考架的架体的空间位姿及角度关系实现调整；操作被识别结构与参考架为通过旋转轴连接的，且设置确定数目旋转卡位点的设置方式；或者通过不同节数的关节实现的位置的调整。

4.根据权利要求1所述的可调器械，其特征在于，设置包含多种操作参考架与操作器械空间位姿关系的调节方式，设置添加带有标定被识别结构的标定参考架，并在确定操作参考架与操作器械空间位姿前，增加一个标定步骤，后确定操作参考架与操作器械的空间位姿；一经确定就需固定住操作参考架与操作器械的空间位姿，完成后续跟踪。

5.根据权利要求4所述的可调器械，其特征在于，标定参考架与操作器械仅有一种组合后已知的空间位姿关系；使用时，先根据需要调整操作参考架与操作器械的结合空间位姿，但此时并不知晓操作参考架与操作器械的空间位姿，调整好后操作参考架与操作器械的空间位姿不再发生变动；但仍不知晓可被跟踪的相对位置关系；后将标定参考架与操作器械通过确定的组合方式组合；通过导航系统拍摄标定参考架的标定被识别结构与操作参考架上的操作被识别结构，知晓操作参考架与标定参考架的空间位姿，并通过软件计算可以知晓操作器械与操作参考架的空间位姿，后完成后续导航系统跟踪。

6.根据权利要求5所述的可调器械，其特征在于，在操作器械上设置至少两个结合结构，另外结合结构包括能够调整位置的结合孔；在操作参考架上设置对应的结合柱；结合孔形状为圆形或正多边形，结合柱形状与结合孔适配；结合孔与结合柱为结合后位置及角度都不发生变化。

7.根据权利要求6所述的可调器械，其特征在于，在结合柱外侧设置软垫；

或者，当结合孔位多边形时，在结合处对应设置磁性互吸结构；

又或者，在结合孔外侧壁设置锁死螺孔，在锁死孔内设置锁死螺杆；通过将锁死螺杆通过锁死螺孔进入到结合孔内，锁死结合柱与结合孔的位置。

8.根据权利要求6所述的可调器械，其特征在于，设置两个结合结构，两个结合结构交角为90度。

9.根据权利要求8所述的可调器械，其特征在于，操作器械为套筒型引导器械，结合结构设置在相同环形区域内。

10.根据权利要求5所述的可调器械，其特征在于，操作参考架包括操作被识别结构与架体；操作被识别结构与架体通过万向球头与万向球窝的方式结合，万向球头与万向球窝通过锁死结构实现位置锁死，锁死结构包括侧壁的锁死螺孔与锁死螺杆，锁死螺杆通过锁死螺孔进入万向球窝内对万向球头进行位置锁死；

或者，操作被识别结构与架体通过旋转轴与对应的多个旋转卡位结构连接，通过转动实现在不同旋转卡位结构间的转换，最终实现操作参考架与操作器械空间位姿的调整。