CN117297778A - 一种手术光学定位装置及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术光学定位装置及手术机器人系统，定位装置用于对患者体内病灶进行定位，定位装置包括至少三个光学定位组件，每个光学定位组件至少与一个光学定位组件通过连接件连接，且光学定位组件能够相对与其连接的连接件运动调节位置，全部光学定位组件的中心轴线不在同一平面内。该手术光学定位装置的各个光学定位组件之间通过连接件连接形成整体结构，光学定位组件可相对与其连接的连接件运动，不仅保证了各个光学定位组件之间的间距，还可以相互调整位置，从而可降低患者呼吸对各个光学定位组件之间距离稳定性的影响，保证在整个手术过程中光学定位组件均能被光学定位系统识别，避免出现定位结果不准甚至失效的情况。

Description

一种手术光学定位装置及手术机器人系统

技术领域

本发明具体涉及医疗用品技术领域，具体涉及一种手术光学定位装置及手术机器人系统。

背景技术

在医疗手术中，需要利用手术光学定位装置进行手术导航定位。现有的手术机器人系统中常设置有光学定位装置，但这些光学定位装置基本都是基于手术器械本身的定位和追踪，如中国专利CN2020233356997中公开了一种光学器械示踪器及微创介入针定位系统，光学器械示踪器包括支座、第一固定座、第二固定座以及光学小球组，光学小球组包括间隔设置于支座上的第一光学小球和第二光学小球，第一光学小球通过第一固定座与支座连接，第二光学小球通过第二固定座与支座连接；支座用于安装微创介入针，第一光学小球的球心和第二光学小球的球心的连线与微创介入针的穿刺方向重合，微创介入针具有针尖，针尖位于微创介入针的远离第一光学小球和第二光学小球的一端。中国专利CN2014204564545中公开了一种红外线跟踪定位系统，包括导航仪、安装支架、被动标识点和被动标识点安装底座，所述被动标识点通过所述被动标识点安装底座固定在所述安装支架上，安装支架固定安装在手术器械上。而基于患者体内病灶的定位由于患者呼吸等原因的影响，往往出现结果不准、甚至失效的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种能够对患者体内病灶进行定位的手术光学定位装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种手术光学定位装置，用于对患者体内病灶进行定位，所述定位装置包括至少三个光学定位组件，每个所述光学定位组件至少与一个所述光学定位组件通过连接件连接，且所述光学定位组件能够相对与其连接的所述连接件运动调节位置，全部所述光学定位组件的中心轴线不在同一平面内。

优选地，每个所述连接件的长度均相同。这样使得该定位装置的结构简单，使定位装置的加工制造工艺及组装均十分方便。

优选地，所述光学定位组件包括基座和设置在所述基座上的光学小球，所述连接件的两端部分别与不同的所述基座连接，且所述基座能够相对与其连接的所述连接件运动调节位置。通过连接件与基座的连接将各光学小球连接形成一整体结构，基座可相对连接件运动，从而微调基座的位置。

进一步地，所述光学小球固定设置在所述基座上，所述定位装置还包括设置在所述基座和所述光学小球之间用于将二者固定的固定结构，所述固定结构包括设置在所述基座上的凸部和设置在所述光学小球上的凹部，所述凸部能够发生弹性变形而卡入所述凹部中。该基座和光学小球之间的固定方式结构简单，便于二者的固定连接。

进一步地，所述光学小球能够转动地设置在所述基座上，且所述光学小球的球心位置相对所述基座不变。这样，在定位过程中，光学小球的三维坐标不变，从而不会影响定位的准确性。

进一步地，所述连接件为连接杆，所述连接杆的两端部分别与所述基座万向转动连接。使得基座可相对连接杆转动调节位置。

更进一步地，所述连接件和所述基座二者中的一者上设置有球形接头，另一者上设置有与所述球形接头相适配的球窝，所述球形接头位于所述球窝中，并能够相对所述球窝万向转动。该连接件和基座之间的万向转动连接方式结构简单，便于二者之间的装配连接。

更进一步地，所述球窝的侧壁上设置有使所述球窝内腔与外部连通的多个开槽，多个所述开槽沿周向顺序间隔设置。开槽的设置使得球窝能够发生一定程度的弹性变形，从而使得无需其他辅助装置即可使球形接头卡入球窝中。

进一步地，所述连接件为软性的连接带，所述连接带的两端部分别固定设置在不同的所述基座上。由于连接带由软性材料制成，使得基座可相对连接带微调位置。

更进一步地，所述连接带与所述基座之间可拆卸地连接。这样，可更换不同规格尺寸的连接带，以提高该定位装置的适用性。

优选地，所述定位装置还包括用于将所述光学定位组件固定在患者体表的固定件。

进一步地，所述固定件为双面胶纸，所述双面胶纸具有能够与患者体表相粘贴的正面和能够与所述基座相粘结的背面。

更进一步地，所述双面胶纸与所述基座一一对应设置有多个，所述光学定位装置还包括底纸，多个所述双面胶纸能够被撕离地设置在同一张所述底纸上。这样可提高光学定位组件与患者体表粘贴时的粘贴效率。

优选地，所述光学定位组件设置有五组。这样能同时兼顾定位精度和效率的要求。

进一步地，五组所述光学定位组件相互通过所述连接件连接形成Y字型结构。

进一步地，五组所述光学定位组件依次顺序通过所述连接件连接形成五边形结构。

本发明还提供一种手术机器人系统，所述手术机器人系统具有如上述任一项所述的定位装置。

由于上述技术方案的运用，本发明的手术光学定位装置与现有技术相比具有下列优点：该手术光学定位装置的各个光学定位组件之间通过连接件连接形成整体结构，光学定位组件可相对与其连接的连接件运动，不仅保证了各个光学定位组件之间的间距，还可以相互之间调整位置，从而可降低患者呼吸对各个光学定位组件之间距离稳定性的影响，保证在整个手术过程中光学定位组件均能被光学定位系统识别，避免出现定位结果不准甚至失效的情况。而且光学定位组件的数量及连接形成的整体结构形式可根据定位需求进行调节，从而使得手术光学定位装置的灵活性较好，适用范围广。

附图说明

附图1为本实施例1的手术光学定位装置的立体示意图；

附图2为本实施例1的手术光学定位装置的正视示意图；

附图3为附图2中沿A-A线的剖视示意图；

附图4为附图3中A处局部放大示意图；

附图5为本实施例1的手术光学定位装置撕掉双面胶纸背面的离型纸后的结构示意图；

附图6为本实施例1的手术光学定位装置将底纸整体从各双面胶纸撕离后的结构示意图；

附图7为附图6中A处局部放大示意图；

附图8为本实施例2的多个光学定位组件连接后形成的整体结构的示意图(去掉部分光学小球)。

其中：11、基座；111、凸部；112、球形接头；12、光学小球；121、凹部；2、连接件；21、球窝；211、开槽；3、固定件；4、底纸。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1

如图1～图3所示，本发明的手术光学定位装置包括光学定位组件、连接件2和固定件3。

光学定位组件至少设置有三个。所有光学定位组件中，每个光学定位组件均至少与其余的一个光学定位组件通过连接件2连接，从而使全部光学定位组件相互连接形成一整体结构，且全部光学定位组件的中心轴线不在同一平面内，如图1～图3和图6所示。光学定位组件与连接件2连接后，光学定位组件可相对与其连接的连接件2发生运动，使得光学定位组件和连接件2之间可相互调整位置，从而可降低患者呼吸对各个光学定位组件之间距离稳定性的影响，保证在整个手术过程中光学定位组件均能被光学定位系统识别，避免出现定位结果不准甚至失效的情况。

光学定位组件包括基座11和光学小球12，光学小球12设置在基座11上，光学小球12为反射性光学小球。连接件2的两端部分别与不同的基座11连接，且基座11可相对与其连接的连接件2运动调整位置。

光学小球12可固定设置在基座11上。在光学小球12和基座11之间还设置有固定结构，从而将二者固定连接在一起。具体的，如图3和图4所示，固定结构包括设置在基座11上的凸部111和设置在光学小球12上的凹部121，凸部111上至少有部分位置的横截面尺寸大于凹部121的横截面尺寸，凸部111还能够发生弹性变形，使得凸部111能够被挤压而发生弹性变形，从而可伸入到光学小球12上的凹部121中，且能够涨紧，使得凸部111在不受外力作用时不能从凹部121中脱出，从而实现光学小球12和基座11之间的固定连接。

光学小球12也可转动设置在基座11上，只要保证光学小球12在相对基座11转动时，光学小球12的球心位置相对基座11不变即可，这样可保证在定位过程中，光学小球12的三维坐标不变。

当连接件2采用不同的结构形式时，连接件2与基座11的连接方式亦不同，本实施例中给出两种具体的方式。

一种具体的实施方式中，如图1～图3和图6所示，连接件2为硬性材料制成的连接杆，连接杆的两端部分别与不同的基座11万向转动连接。

具体的，如图3和图4所示，连接杆和基座11二者中的一者上设置有球形接头112，另一者上设置有与球形接头112相适配的球窝21，球形接头112位于球窝21中，并能够相对球窝21万向转动。

如图6和图7所示，球窝21的侧壁上设置有使球窝21内腔与外部连通的多个开槽211，多个开槽211沿周向顺序间隔设置，从而使得球窝21能够发生一定的弹性变形，使得球形接头112能够卡入球窝21中。当球形接头112卡入球窝21中后，球窝21能够恢复弹性变形，使得球形接头112可相对球窝21万向转动。这种球形接头112和球窝21的连接方式结构简单，装配方便，从而便于手术操作。

又一种具体的实施方式，连接件2为由软性材料制成的连接带，如连接带可采用硅胶材料制成，连接带的两端部固定设置在不同的基座11上。优选连接带与基座11之间可拆卸地连接，这样，可更换不同规格尺寸的连接带，以提高该定位装置的适用性。

本实施例中，各个连接件2的长度均相同，这样，在能通过本实施例的光学定位装置对病灶部位进行定位的同时，还便于光学定位装置的加工及制造，同时也便于手术操作。

固定件3用于将光学组件固定在患者体表，以对患者体内的病灶部位进行定位。

本实施例中，固定件3采用双面胶纸，双面胶纸具有相对设置的正面和背面，其正面能够与患者体表相粘贴，其背面能够与基座11相粘贴。固定件3与基座11一一对应设置有多个。

该定位装置还包括底纸4，多个固定件3均能够被撕离地设置在同一底纸4上，这样，在手术时可提高定位装置与患者体表粘贴时的效率，从而缩短手术时间。

根据手术时各光学定位组件通过连接件2连接后形成的整体结构的形式，在底纸4上预先规划好各个固定件3的位置。

对于光学定位组件数量的设置，理论上至少要三个才能满足光学定位要求，光学定位组件数量越多，精度越高，稳定性越好，但是相应的光学定位组件数量越多，对应的算法也越复杂。本实施例中，将光学定位组件设置为五个，能同时兼顾精度和效率的要求。该实施例中，五个光学定位组件通过连接件2相互连接后形成Y字型结构，如图1、图2和图6所示。

手术机器人系统包括光学定位系统和本实施例的定位装置，术前将各光学定位组件按一定的技术要求粘贴到患者体表，通过CT扫描可准确地知道患者病灶与光学小球12的三维坐标关系，术中利用光学定位系统捕捉光学小球12的光反射，间接实现对患者病灶的三维坐标实时定位。

具体操作步骤如下：

(1)将底纸4上各个双面胶纸的背面的离型纸撕开，如图5所示。

(2)将各光学定位组件的基座11按照位置一一对应粘贴在双面胶纸的背面。

粘贴时，优选先粘贴三叉位置对应的基座11，再依次粘贴其他位置的基座11，如图1所示。粘贴时可适当调节基座11和连接件2之间的相对位置，保证粘贴牢固。

(3)将底纸4整体与各双面胶纸撕离，此时双面胶纸的正面背胶，可直接粘贴到患者体表，如图6所示。

(4)将该定位装置贴于患者体表，粘贴时，优选各个光学定位组件均粘贴在患者肋骨上。

(5)使用光学定位系统捕捉光学小球12反光点的五个聚集点，要求五个聚集点无重影、无叠加、无闪动，此过程中可微调各个基座11的位置。

(6)完成上述步骤后，对粘贴好光学定位组件的病人进行CT扫描，从而确认患者病灶与光学小球12的三维坐标关系，间接实现对患者病灶的三维坐标的实时定位和追踪。

实施例2

该实施例中，光学定位组件设置为五个，五个光学定位组件依次顺序通过连接件2连接后形成正五边形结构，如图8所示。其余与实施例1相同。

该定位装置中，光学定位组件的数量、各光学定位组件连接后形成的整体结构形式不局限于上述两种实施例，还可以根据光学定位系统的实际情况进行调整，使得该手术光学定位装置的灵活性较好，适用范围广。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种手术光学定位装置，用于对患者体内病灶进行定位，其特征在于：所述定位装置包括至少三个光学定位组件，每个所述光学定位组件至少与一个所述光学定位组件通过连接件连接，且所述光学定位组件能够相对与其连接的所述连接件运动调节位置，全部所述光学定位组件的中心轴线不在同一平面内。

2.根据权利要求1所述的手术光学定位装置，其特征在于：每个所述连接件的长度均相同。

3.根据权利要求1或2所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述光学定位组件包括基座和设置在所述基座上的光学小球，所述连接件的两端部分别与不同的所述基座连接，且所述基座能够相对与其连接的所述连接件运动调节位置。

4.根据权利要求3所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述光学小球固定设置在所述基座上，所述定位装置还包括设置在所述基座和所述光学小球之间用于将二者固定的固定结构，所述固定结构包括设置在所述基座上的凸部和设置在所述光学小球上的凹部，所述凸部能够发生弹性变形而卡入所述凹部中。

5.根据权利要求3所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述光学小球能够转动地设置在所述基座上，且所述光学小球的球心位置相对所述基座不变。

6.根据权利要求3所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述连接件为连接杆，所述连接杆的两端部分别与所述基座万向转动连接。

7.根据权利要求6所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述连接件和所述基座二者中的一者上设置有球形接头，另一者上设置有与所述球形接头相适配的球窝，所述球形接头位于所述球窝中，并能够相对所述球窝万向转动。

8.根据权利要求7所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述球窝的侧壁上设置有使所述球窝内腔与外部连通的多个开槽，多个所述开槽沿周向顺序间隔设置。

9.根据权利要求3所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述连接件为软性的连接带，所述连接带的两端部分别固定设置在不同的所述基座上。

10.根据权利要求9所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述连接带与所述基座之间可拆卸地连接。

11.根据权利要求3所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述定位装置还包括用于将所述光学定位组件固定在患者体表的固定件。

12.根据权利要求11所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述固定件为双面胶纸，所述双面胶纸具有能够与患者体表相粘贴的正面和能够与所述基座相粘结的背面。

13.根据权利要求12所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述双面胶纸与所述基座一一对应设置有多个，所述光学定位装置还包括底纸，多个所述双面胶纸能够被撕离地设置在同一张所述底纸上。

14.根据权利要求1或2所述的手术光学定位装置，其特征在于：所述光学定位组件设置有五组。

15.根据权利要求14所述的手术光学定位装置，其特征在于：五组所述光学定位组件相互通过所述连接件连接形成Y字型结构。

16.根据权利要求14所述的手术光学定位装置，其特征在于：五组所述光学定位组件依次顺序通过所述连接件连接形成五边形结构。

17.一种手术机器人系统，其特征在于：具有如权利要求1～16中任一项所述的定位装置。