CN117442344A - 用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械，该外科器械包括：‑用于探测或固定骨组织的针本体，其具有用于插入骨组织的尖端和用于夹持的钝端；‑用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置；以及‑用于安装定位传感器装置的基座，其中，针本体和定位传感器装置分别直接或间接地与基座固定连接。

Description

用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械

技术领域

本公开涉及一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械。

背景技术

机器人辅助骨科手术是骨科手术机器人的一项重要应用。过去外科医生以人手或在手术中大量拍摄的X光照片的协助下，在脊柱骨中放置螺钉以进行复杂的脊柱手术，患者及外科医生存在辐射暴露的风险。此外，脊柱手术中对螺钉放置的精确性要求较高，将螺钉放置于错误或并非最理想的位置的后果非常严重。

骨科手术机器人能够提供基于电脑化术前规划的指引系统，显著提高准确度及降低错置螺钉的风险。常规骨科机器人脊柱椎弓根置钉手术根据术中规划，置入导针，再通过导针置入空心椎弓根螺钉，最终还是依赖医生进行手动钻孔打钉，置钉效率低。现有的骨科手术机器人一般配备红外导航系统，该导航系统易受术中物品遮挡，以及患者或患者支撑装置移动的影响，造成导航偏差以及手术中断等。

本发明人开发了一种用于手术机器人的电磁定位导航设备的参考架和具有该参考架的电磁定位导航系统，其能够规避现有技术中手术机器人的光学导航容易受物体遮挡的缺点并且实现高精度导航。

在现有技术中已知用于手术机器人的红外导航系统通常将用于追踪的反光小球设置在单独参考架上，但这种参考架距离有待进行手术作业的手术区域较远，从而导致用于追踪的反光小球距离手术区域也较远。红外导航系统中的这种布置会导致定位导航的较大误差。

骨探针是一种常用的骨科手术器械，主要用于在骨骼手术中进行骨骼的探测和定位。骨探针的主要功能是帮助医生在手术中准确定位和探测骨骼。在骨科手术中，医生需要准确地找到骨骼的位置，以便进行手术操作。骨探针可以通过轻轻插入骨骼，帮助医生感知骨骼的位置和形状。医生可以根据骨探针的反馈，判断骨骼的硬度、稳定性和结构，从而做出正确的手术决策。在一些复杂的骨科手术中，医生需要准确地定位骨骼的特定部位，如骨折的位置或关节的中心点。骨探针可以通过插入骨骼，帮助医生找到目标位置，并进行进一步的手术操作。除了在手术中的应用，骨探针还可以用于骨骼的检查和评估。医生可以通过插入骨探针，感知骨骼的硬度和稳定性，评估骨骼的健康状况。这对于骨科医生来说是非常重要的，因为它可以帮助他们制定合适的治疗方案和手术计划。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械解决，通过该外科器械能够提高骨科手术机器人的定位导航精度或允许骨科手术医生实时进行手术规划与调整。

该技术问题通过一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械解决，根据本公开规定，所述外科器械包括：用于探测或固定骨组织的针本体，其具有用于插入骨组织的尖端和用于夹持的钝端；用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置；以及用于安装定位传感器装置的基座，其中，针本体和定位传感器装置分别直接或间接地与基座固定连接。通过将该外科器械用于手术机器人的电磁定位导航，能够适用于微创和开放手术，针本体插入骨组织更稳固且适用于多种骨科手术场景，包括脊柱膝关节骨盆等，由于其通常都靠近手术部位，还能够提高手术机器人的定位导航精度。

在本发明扩展的方案中规定，所述基座具有顶侧、底侧和周侧，在顶侧和周侧的至少部分区域设有凹口，所述凹口设计用于这样地容纳定位传感器装置，使得定位传感器装置与针本体位置固定。

在另一个扩展设计方案规定，所述定位传感器装置与基座的固定连接通过至少一个第一销连接装置实现。

根据本公开规定，至少一个第一销连接装置优选分别包括开设在所述定位传感器装置中的第一孔、所述基座中的第二孔和独立的销。

作为上述外科器械的变型还可以规定，在基座的相对置的周侧之间设有在基座的顶侧上延伸的连接条，在所述连接条上开设有沿高度方向与第一和第二孔对齐的通孔，用于供所述销和/或针本体穿过。

在另一个扩展的设计方案中可以规定，所述至少一个第一销连接装置分别包括开设在所述定位传感器装置中的第一孔和设置在基座上的固定销。

在再一个扩展的设计方案中可以规定，所述定位传感器装置与基座的固定连接通过至少一个第一卡扣连接装置实现。

进一步可以将第一卡扣连接装置设计为其分别包括开设在所述定位传感器装置中的第一孔和设置在所述基座上的第一卡扣件。

在一个扩展的设计方案中规定，所述针本体设计为克氏针，并且在所述基座上设有用于与由医学成像设备采集的图像配准的显影体。由此，该外科器械能够同时适用于微创和开放手术，并且相比夹紧装置和融合器，由于克氏针钉进骨组织更稳固，适用更多种骨科手术场景，包括脊柱膝关节骨盆等，由于靠近手术部位，还能够提高导航精度。

在另一个扩展的设计方案中规定，所述外科器械还包括用于覆盖定位传感器装置的盖件，在所述盖件中开设有用于供所述针本体穿过的第三孔，该盖件通过第二卡扣连接装置与所述基座固定连接。

在进一步扩展的设计方案中规定，所述第二卡扣连接装置包括至少一个卡扣件以及与所述至少一个卡扣件匹配的凹槽。

根据本公开进一步优选规定，将至少一个卡扣件设置在盖件的尤其是周侧或基座的尤其是周侧，并且将所述至少一个凹槽设置在基座的周侧或盖件的周侧。

作为补充或备选，在所述基座上开设有用于贯穿针本体的通孔，其中，进一步优选规定，针本体这样地贯穿通孔，使得在外科器械的装配位置中针本体垂直于基座的底侧或顶侧延伸。

在一个扩展的设计方案中规定，所述针本体通过第二销连接装置或胶粘连接装置与基座固定连接。

在一个扩展的设计方案中规定，所述针本体与所述基座一体式注塑成型。

为了在一些特定手术场景下也能够实现精确的电磁定位导航，有利的是，在所述针本体内或所述针本体的外侧设有附加定位传感器装置。由于该附加定位传感器装置相比安装在基座上的定位传感器装置在装配状态下离手术区域更近，因此，设计带有附加传感器的外科器械可以达到更准确的电磁导航定位。

为了使根据本公开的外壳器械更稳固地固定在骨组织中并且不易在其中发生旋转，根据本公开，有利的是，将针本体的尖端设计为三棱形。

根据本公开，优选规定，将针本体的钝端设计带有沿针本体的轴线延伸的彼此平行的至少两个夹持面，以便夹持根据本公开的外科器械进行插入或拔出。

附图说明

下面结合附图对示例进行详细描述，以使本发明的技术方案的更多细节和优点更清楚。在附图中示出：

图1是根据本公开的外科器械设计为参考架装置的第一实施方式，其中，基座与定位传感器装置通过销连接装置连接；

图2是根据本公开的外科器械设计为参考架装置的第二实施方式，其中基座与定位传感器装置通过卡扣连接装置连接；

图3是图1的变型，其中，定位传感器装置从基座的周侧装入；

图4是根据本公开的具有盖件的外科器械的第三实施方式；

图5是图4的变型，其中，根据本公开的外科器械设计为骨探针装置；

图6A-6B是根据本公开的针本体的一个非限制性实施例的透视图和装有定位传感器装置的针本体的简化示意图；

图7是根据本公开的针本体与基座固定连接在一起的两个实施方式的仰视透视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同的部件，本公开涉及一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械。

外科手术中一切涉及针状器械的装置均包含在本发明所称的“针本体”范围内，换言之，根据本公开的外科器械10的例示出的实施例适用于一切针状器械，例如既适用于参考架装置的情况，也可以适用于骨探针的情况，只要不结构上没有冲突即可。

本公开中的术语“第一”、“第二”和“第三”等并不表示顺序，也不表示重要性，仅用于区分不同的构件/部件。术语“顶侧”、“底侧”、“周侧”等均是相对于本公开相应的附图而言的或者说相对于装配状态而言的，这并不意味着在其他视角下也是相同的方位。

图1是根据本公开的外科器械10设计为参考架装置的第一实施方式，其中，左图示出在装配状态下的外科器械10，右图示出在传感器装置与基座拆分状态下的外科器械10。在该第一实施方式中，基座11与定位传感器装置12通过独立的销13(也可称作活动销)固定连接。

外科器械10可以包括用于探测或固定骨组织的针本体14、用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置12和用于安装定位传感器装置12的基座11，其中，该针本体14具有用于插入骨组织的尖端15和用于夹持的钝端16(有关针本体的设计还将在后面图6A-6B中进一步阐述)，针本体14和定位传感器装置12可以分别直接或间接地与基座11固定连接。

如图1所示，外科器械10的基座11就本附图平面而言具有顶侧17、底侧18和周侧19(如左图所示)，其中，基座11在顶侧17和周侧19的至少部分区域内具有凹口20(如右图所示)，用于容纳定位传感器装置12，使得定位传感器装置12与针本体14位置固定，在按本公开的外科器械10的装配位置中，定位传感器装置12与基座11的凹口20尤其是形状适配地被基座11包围，以防止定位传感器装置12向四周移动。在本实施例中，基座11优选设计成周侧19带缺口28的盆形，以保持定位传感器装置12与针本体14位置固定。

在根据本公开的外科器械10的基座11上还设有显影体21，其可被成像装置辨识并且用于与由医学成像设备采集的图像配准，其中，显影体21优选设置在基座11的缺口28处，当然，显影体21还可以布置在基座11的外周19或其他部位。显影体优选可以设计为钽丝，其长度不同，提高定位精度，

在本实施例中，为了限制定位传感器装置12的旋转自由度，根据本公开的外科器械10的定位传感器装置12与基座11的固定连接通过至少一个，在此两个第一销连接装置实现，其分别包括开设在所述定位传感器装置12中的第一孔22以及所述基座11中的第二孔23和独立的销13，其中，第一孔22和第二孔23分别沿高度方向延伸，其中，在根据本公开的外科器械10的装配位置中，第一孔22与第二孔23沿其高度方向彼此对齐，并且在外科器械10的装配位置中独立的销13直接地插入第一孔22和第二孔23中，以实现在定位传感器装置12与基座11之间的位置固定。

作为图1的备选方案，第一销连接装置也可以包括开设在定位传感器装置12中的第一孔22和设置在基座11上的固定销，反之亦然，即，在基座11中的第二孔23和设置在定位传感器装置12上的固定销，其在根据本公开的外科器械10的装配时沿高度方向延伸并且可穿过定位传感器装置12中的第一孔22，以实现基座11与定位传感器装置12之间的销连接。外科器械10的第二实施方式相比第一实施方式具有更少的单独零件数量并且省去在基座11上加工第二孔23的工序，因此，不仅降低对零件存储的要求，而且减少了医务人员在术前组装外科器械10的步骤，避免组装错误的风险。

下面为了避免重复，与图1相似的部分不再赘述。

图2是根据本公开的外科器械10设计为参考架装置的第二实施方式，其中，基座11与定位传感器装置12通过第一卡扣连接装置连接。至少一个，在此两个卡扣连接装置分别包括开设在所述定位传感器装置12中的第一孔22和设置在所述基座11上的第一卡扣件24，其尤其沿高度方向延伸，反之亦然，即，在基座11中的第二孔23和设置在定位传感器装置12上的第一卡扣件24，其在根据本公开的外科器械10的装配状态中沿高度方向延伸并且可穿过基座11中的第二孔23，以实现基座11与定位传感器装置12之间的第一卡扣连接。

与图1的备选方案，即具有固定销的实施方案不同的是，外科器械10的第二实施方式仅用第一卡扣件24替换了固定销，其他部分的设计均保持与具有固定销的方案相同。通过使用第一卡扣件24，除了第二实施方式的优点，即更少的单独零件数量并且省去在基座11上加工第二孔23的工序，避免组装错误的风险等外，还能够更便于医务人员知晓是否将基座11与定位传感器装置12组装正确，因为第一卡扣件24在扣合时会发出咔嚓声，从而保证用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械组装工作的正确性。

图3是图1所示的实施例的变型，其中，左图示出外科器械10在装配状态下的透视图，右上方的图是剖切穿过基座11的横截面，右下方的图是该变型的仰视图。

如图3中的左图所示，在采用独立的销13，即活动销将定位传感器装置12固定在基座11上的情况下，在前述的基座11，尤其是周侧19带缺口28的盆形的基座11上设置连接条27，以限制定位传感器装置12沿其高度方向移动，该连接条27设置在基座11的优选沿径向对置的周侧19之间并且在基座11的顶侧17延伸。在此，基座11的凹口20设计为，使得在按本公开的外科器械10的装配位置中定位传感器装置12与基座11的凹口20尤其是形状适配地被其包围，以确保定位传感器装置12不会向四周移动。

如图3中的右上图所示，在连接条27上还开设有沿基座的高度方向与第一孔22和第二孔23对齐的通孔29，以供独立的销13和/或针本体14穿过，其中，在外科器械10的装配位置中，独立的销13穿过基座11的顶侧17上的通孔29插入第一孔22和第二孔23中，以便实现基座11与定位传感器装置12之间的固定连接，尤其是销连接。

如图3中的右下图所示，在基座11的底侧18中还可以开设至少一个，优选两个孔41，借助该孔41可以将基座11定位在校准装置上。

图4是根据本公开的具有盖件30的外科器械10的第三实施方式，在本实施方式中，外科器械10还包括盖件30，在盖件30上开设有用于供所述针本体14穿过的第三孔36，并且该盖件30通过至少一个，此处例如两个第二卡接连接装置与基座11能够卡接连接，以使定位传感器装置12与针本体14位置固定，其中，此处的两个第二卡扣连接装置尤其在直径上相对置，并且其中，该第二卡扣连接装置包括例如两个第二卡扣件25和分别与该第二卡扣件25匹配的凹槽26，第二卡扣件25例如设置在盖件30的周侧34，与之相应地，凹槽26设置在基座11的周侧19，反之亦然，即，第二卡扣件25还可以分别设置在基座11的周侧19，与之相应地，凹槽26设置在盖件30的周侧34。

从图4中可知，本实施例与图1的实施例的不同还在于：针本体14借助基座11中已经开设的原本用于销连接的第二孔23与基座11直接地或间接地固定连接，而无需在基座11上额外加工用于供针本体14贯穿的穿孔(后面将参照图7进一步阐述针本体14与基座11的固定连接方式)。

图5是图4的变型方案，根据本公开的外科器械10设计为骨探针装置。在本实施例中，将图1-4中的针本体的实施形式，即克氏针替换为骨探针。为此，为了满足骨探针的操作需求，在图4的对应部分，即在针本体14的钝端16还加装有操作手柄35并且除去了设置在基座11上的显影体21，由此，根据本公开的外壳器械10很容易适用外科手术机器人中用于电磁定位导航的任何针状器械，因此具有较好的通用性。

图6A是根据本公开的针本体14的一个非限制性实施例的透视图，图6B是装有附加定位传感器装置42的针本体的简化示意图。

如图6A所示，根据本公开的外科器械10的针本体14在一端具有尖端15并且在与之相对的另一端具有钝端16，该尖端15用于插入骨组织，以对骨组织，尤其是破损骨组织进行固定或者对骨骼进行探测和定位，针本体14的尖端15设计为三棱形，以便针本体14插在骨骼或骨组织中更稳固并且不易发生旋转，当然，该尖端15还可以设计为其他多棱形状。进一步地，针本体14在与尖端15邻接的部位处还设有台阶面31，其长度可以控制针本体14扎入骨骼或骨组织中的深度，针本体14的钝端16通过手或相应工具夹持。针本体14的钝端16还设计具有沿针本体14轴线延伸的相互平行的至少两个，优选两个夹持面32，以方便医务人员或手术机器人在手术机器人工作之前将整个外科器械10插入骨骼或骨组织或在手术机器人工作结束之后拔出骨骼或骨组织。作为备选或补充，在靠近钝端16的一侧还可以设置销孔33，用于与基座11进行销连接。

如图6B所示，在针本体14内或针本体14的外侧还可以设置附加定位传感器装置42。由于该附加定位传感器装置42相比安装在基座上的定位传感器装置在装配状态下离手术区域更近，因此，设计带有附加定位传感器装置的外科器械10可以更准确地进行电磁导航定位。

图7是根据本公开的外科器械10的针本体14与基座11固定连接在一起的两个实施方式的仰视透视图，其中左图示意了针本体14与基座的销连接方式，右图示意了针本体14与基座11胶粘连接方式或一体式注塑成型方式。

如图7所示，在基座11上设有区别于第二孔23的用于贯穿针本体14的通孔38，针本体这样地贯穿该通孔38，使得针本体14在外科器械10的装配位置中垂直于基座11的底侧18或图中不可见的顶侧延伸，针本体14优选通过如下三种方式将针本体14与基座11的固定连接：

1)通过可选的第三销连接装置，尤其是独立的销将针本体14与基座11固定连接(如左图)，其中，在基座11的内部的与插入的针本体14相应的部位处开设销孔37；

2)通过胶粘连接装置将针本体14与基座11固定连接(如右图)，例如在针本体14与基座11接触的部位使用胶粘连接装置，其可以实施为胶水，尤其是医用级粘接胶水，这种方式尤其适用于较细或者说直径较小的针本体14；

3)针本体14与基座11一体式注塑成型(如右图)，由此可以降低零件数量，减轻存储和装配成本，并且这种方式也适用于较细或者说直径较小的针本体14。

虽然在前面的描述中提供了本公开的示例，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下对这些示例进行修改和变更。例如，应该理解，本文的实施例的特征可以适用于这里描述的其他实施例。因此，描述旨在说明而非限制。公开内容由所附权利要求限定，并且落入权利要求的含义和等同范围内的对公开内容的所有改变都将包含在它们的范围内。

Claims (14)

1.一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的外科器械，其特征在于，所述外科器械包括：

-用于探测或固定骨组织的针本体，其具有用于插入骨组织的尖端和用于夹持的钝端；

-用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置；以及

-用于安装定位传感器装置的基座，

其中，针本体和定位传感器装置分别直接或间接地与基座固定连接。

2.根据权利要求1所述的外科器械，其特征在于，所述基座具有顶侧、底侧和周侧，在所述顶侧和所述周侧的至少部分区域设有凹口，所述凹口设计用于这样地容纳定位传感器装置，使得定位传感器装置与针本体位置固定。

3.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，所述定位传感器装置与基座的固定连接通过至少一个第一销连接装置实现。

4.根据权利要求3所述的外科器械，其特征在于，所述至少一个第一销连接装置分别包括开设在所述定位传感器装置中的第一孔、所述基座中的第二孔和独立的销。

5.根据权利要求4所述的外科器械，其特征在于，在基座的相对置的周侧之间设有在基座的顶侧上延伸的连接条，在所述连接条上开设有沿高度方向与第一和第二孔对齐的通孔，用于供所述销和/或针本体穿过。

6.根据权利要求3所述的外科器械，其特征在于，所述至少一个第一销连接装置分别包括开设在所述定位传感器装置中的第一孔和设置在基座上的固定销。

7.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，所述定位传感器装置与基座的固定连接通过至少一个第一卡扣连接装置实现。

8.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，所述针本体设计为克氏针，并且在所述基座上设有用于与由医学成像设备采集的图像配准的显影体。

9.根据权利要求2所述的外科器械，其特征在于，所述外科器械还包括用于覆盖定位传感器装置的盖件，在所述盖件中开设有用于供所述针本体穿过的第三孔，该盖件通过第二卡扣连接装置与所述基座固定连接。

10.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，在所述基座上开设有用于贯穿针本体的通孔。

11.根据权利要求10所述的外科器械，其特征在于，所述针本体通过第二销连接装置或胶粘连接装置与基座固定连接或与基座一体式注塑成型。

12.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，在所述针本体内或所述针本体的外侧设有附加定位传感器装置。

13.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，所述针本体的尖端设计为三棱形。

14.根据权利要求1或2所述的外科器械，其特征在于，所述针本体的钝端设计带有沿针本体的轴线延伸的彼此平行的至少两个夹持面。