CN209316053U - 一种用于目标物运动跟踪的标记点组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于目标物运动跟踪的标记点组件，属于手术机器人技术领域。该用于目标物运动跟踪的标记点组件包括跟踪元件单元、第一夹具组件、第二夹具组件、固定针，所述固定针固定于待跟踪目标物，所述跟踪元件单元用于定位待跟踪目标物，所述固定针和所述跟踪元件单元通过所述第一夹具组件和所述第二夹具组件相互连接，所述固定针固定于所述第一夹具组件，所述跟踪元件单元固定于所述第二夹具组件，所述第一夹具组件和所述第二夹具组件固定连接。本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，结构简单紧凑、夹持牢固可靠，定位精准实时，且跟踪元件单元的位置和角度均可灵活调节。

Description

一种用于目标物运动跟踪的标记点组件

技术领域

本实用新型涉及手术机器人技术领域，尤其涉及基于光学定位装置的用于目标物运动跟踪的标记点组件。

背景技术

关节置换手术通常对病人进行膝、髋或其他关节(例如肩、肘、腕、踝等)的置换，在手术过程中医生切除病变骨头并置入合适的假体。关节置换手术的挑战在于确定假体与骨骼间的相对位置、精确地截骨以使假体与骨骼更好吻合。假体与骨骼的吻合度以及假体的置入位置都直接影响到关节性能和假体生命周期。关节置换手术过程中病人肢体的运动或者外部影响(例如手术床移动、不可预料的外力干扰等)会对截骨精度和假体置入精度造成较大的影响。然而，在现有技术中没有很好的方法对手术过程中目标骨骼的运动进行实时检测，通常只能依靠医生现场的主观经验判断，医生的个人水平和手术经验直接影响手术效果。这就意味着，即使是经验十分丰富的医生，也存在手术失败的风险，而对于经验不足的医生来说，想要完成此类手术更加困难。因此，手术过程中骨骼运动的实时检测是亟需解决的技术问题，其能降低对医生经验的依赖、降低手术难度、提高手术精度。

为了解决上述手术过程中骨骼运动的实时监测技术问题，专利文献CN201067403Y设计了一种用于光学手术导航系统的定位器，包括十字结构的定位刚体、连接螺柱、反光球、注册用锥孔、连接及装配用工艺孔，其对定位刚体的空间尺寸和几何形状进行限定，以保证传感器对定位器的准确识别。专利文献CN206333964U设计了一种由梯形框支架、L形连接杆、紧固环及基座组成的手术机器人跟踪器定位装置，其梯形框支架四角上设有跟踪器球窝，L形连接杆和基座上的外螺纹定位圆柱上设有相匹配的定位面和定位柱，预定位后再通过内螺纹紧固环与外螺纹定位圆柱的螺纹配合实现装置的压紧和固定。专利文献CN104083217A设计了一种手术定位装置和方法以及机器人手术系统，其装置中包含病人示踪器和机械臂示踪器，用于患者位置和机械臂运动的实时检测。

然而，上述专利文献中，CN201067403Y只对定位器的空间形状和几何尺寸进行了设计，没有设计具体的安装方式和使用案例；CN104083217A中的机器人手术系统包含病人示踪器，但未给出具体的设计方案、安装方案；CN206333964U中定位装置的零部件加工工艺过程复杂，手动装卡旋紧可能导致锁紧不可靠，并且只适用于机械臂末端与光学跟踪器的精确定位，无法用于人体骨骼的运动检测。

目前国内手术机器人研究刚刚起步，项目大多处于研发阶段不涉及到实际的临床应用，设计出小巧灵活、可操作性强、可靠性高、成本低廉、能满足临床医生使用要求的运动跟踪组件，仍有很多工作需要做。

实用新型内容

为了克服现有技术中用于目标物运动跟踪的标记点组件的零部件之间固定不牢靠的技术问题，本实用新型提供了一种结构简单紧凑、夹持牢固可靠，定位精准实时，且跟踪元件位置和角度均可灵活调节的用于目标物运动跟踪的标记点组件。

为了实现上述发明目的，本实用新型公开了一种用于目标物运动跟踪的标记点组件包括跟踪元件单元、第一夹具组件、第二夹具组件、固定针，所述固定针固定于待跟踪目标物，所述跟踪元件单元用于定位待跟踪目标物，所述固定针和所述跟踪元件单元通过所述第一夹具组件和所述第二夹具组件相互连接，所述固定针固定于所述第一夹具组件，所述跟踪元件单元固定于所述第二夹具组件，所述第一夹具组件和所述第二夹具组件固定连接。

更进一步地，所述第一夹具组件和所述第二夹具组件螺纹连接。

更进一步地，所述第一夹具组件包括第一夹具轴和第一夹具，所述第一夹具轴的一端具有第一旋拧把手，另一端具有第一螺纹段，所述第一夹具轴穿过所述第一夹具，与所述第一夹具螺纹连接，所述第一夹具开设有相互连通的第一锁紧孔和第一锁紧槽，所述固定针穿过所述第一锁紧孔。

更进一步地，所述第一夹具轴的端面具有以下任意一种凹槽：十字槽、一字槽、内六角槽。

更进一步地，所述第二夹具组件包括第二夹具轴和第二夹具，所述第二夹具轴的一端具有第二旋拧把手，另一端具有第二螺纹段，所述第二夹具轴穿过所述第二夹具，与所述第二夹具螺纹连接，所述第二夹具开设有相互连通的第二锁紧孔和第二锁紧槽，所述跟踪元件单元通过所述第二锁紧孔固定于所述第二夹具组件。

更进一步地，所述第二夹具轴的端面具有以下任意一种凹槽：十字槽、一字槽、内六角槽。

更进一步地，所述第一锁紧孔的数量为二，两个所述第一锁紧孔对称设置。

更进一步地，所述用于目标物运动跟踪的标记点组件还包括导向架组件，所述导向架组件用于所述固定针的安装定位，所述导向架组件具有两个导向套筒，两个所述导向套筒之间的间距等于两个所述第一锁紧孔之间的间距。

更进一步地，所述用于目标物运动跟踪的标记点组件还包括导向架组件，所述导向架组件用于所述固定针的安装定位。

与现有技术相比较，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：第一、本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，结构简单、紧凑，一方面，其体积小，重量轻，另一方面，操作简便，误动作少；第二、本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其第一夹具组件和第二夹具组件本身的夹持力大，夹持牢固可靠，且第一夹具组件和第二夹具组件之间的相互固定亦牢固可靠；第三、本实用新型所提供的跟踪元件单元的安装高度、方向、俯仰角度均可调节，以适应复杂环境下的使用需求；第四、本实用新型所提供的跟踪元件单元能够实时检测出待跟踪目标物，如目标骨骼的运动，且检测精度高。

附图说明

关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的跟踪元件单元的结构示意图；

图3是本实用新型所提供的第一夹具组件的结构示意图；

图4是本实用新型所提供的第二夹具组件的结构示意图；

图5是本实用新型所提供的导向架组件与固定针的结构示意图；

图6是本实用新型所提供的导向架基座的结构示意图；

图7是本实用新型所提供的导向套筒的结构示意图。

图中：1-跟踪元件单元；11-靶体；12-靶体支架；13-安装螺钉；14-跟踪元件标记点；2-第一夹具组件；21-第一夹具轴；21a-轴一手柄段；21b-轴一轴肩段；21c-轴一光轴段；21d-轴一螺纹段；22-第一夹具；22a、22b-第一锁紧孔；22c、22d-第一锁紧槽；22e-通孔一；22f-螺纹孔一；22g-螺纹孔二；23-第一旋拧把手；23a-第一旋钮；23b-第一防滑槽；3-第二夹具组件；31-第二夹具轴；31a-轴二手柄段；31b-轴二轴肩段；31c-轴二光轴段；31d-轴二螺纹段；32-第二旋拧把手；32a-第二旋钮；32b-第二防滑槽；33-第二夹具；33a-第二锁紧孔；33b-第二锁紧槽；33c-通孔二；4-导向架组件；41-导向架基座；41a-基体；41b、41c-套筒安装槽；41d、41e-套筒安装孔；41f、41g-安装螺纹孔；42-导向套筒；42a-套筒基体；42b-套筒管；42c-通孔三；42d-安装沉孔；43-安装螺钉；5-固定针；5a-针体；5b-螺纹段；5c-尖端。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。然而，应当将本实用新型理解成并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本实用新型的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施，

在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方位术语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

本实用新型的目的在于提供一种用于目标物运动跟踪的标记点组件，实现用于目标物运动跟踪的标记点组件的可靠夹持，同时，进一步实现定位角度和高度的灵活调节，使标记点处于合适的位置，以便外部的光学定位装置能够识别标记点，从而实现标记点组件的空间定位。

下面结合附图1-7详细说明本实用新型的具体实施例。

图1是本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，包括跟踪元件单元1、第一夹具组件2、第二夹具组件3、导向架组件4以及固定针5。跟踪元件单元1用于目标位置的实时检测，获取目标位置的空间位置信息；第二夹具组件3用于跟踪元件单元1的夹持安装；固定针5用于与骨骼的直接连接；导向架组件4用于固定针5安装时的定位；第一夹具组件2夹持锁紧固定针5。

图2是本实用新型所提供的跟踪元件单元的结构示意图。如图2所示，本实用新型提供的跟踪元件单元1包括靶体11、靶体支架12、安装螺钉13、跟踪元件标记点14。靶体11上开有安装孔、背面开有定位槽，靶体支架12前端设有与定位槽相对应的定位凸台，用于两者的定位与安装；靶体支架12端部开有螺纹孔，靶体11通过螺钉实现与靶体支架12的安装；若用于骨骼空间运动的实时检测时，跟踪元件单元1包括至少三个跟踪元件标记点14；靶体11上设有标记点定位槽，定位槽的分布满足几何约束条件，即任意两定位槽中心点的距离至少相差3.5mm，跟踪元件标记点14安装于定位槽内，该跟踪元件标记点14的表面具有反射涂层，能够反射外部光学装置发射的红外光，从而达到定位的功能。

图3是本实用新型所提供的第一夹具组件的结构示意图。如图3所示，本实用新型提供的第一夹具组件2包括第一夹具轴21、第一夹具22、第一旋拧把手23。第一夹具轴21设有轴一手柄段21a、轴一轴肩段21b、轴一光轴段21c、轴一螺纹段21d。第一夹具22上设有第一锁紧孔22a与22b、第一锁紧槽22c与22d、通孔一22e、螺纹孔一22f、螺纹孔二22g，第一锁紧孔22a和第一锁紧槽22d相互连通，第一锁紧孔22b和第一锁紧槽22c相互连通，第一锁紧孔22a和第一锁紧孔22b对称设置，第一锁紧槽22c和第一锁紧槽22d对称设置。第一旋拧把手23上设有第一旋钮23a、第一防滑槽23b。轴一手柄段21a外侧端面可设为十字槽、一字槽、内六角槽等，方便使用常见工具进行旋拧。第一锁紧孔22a与22b的直径与固定针5的直径相匹配；第一旋拧把手23安装于轴一手柄段21a；轴一螺纹段21d安装于螺纹孔一22f；当转动第一夹具轴21时，通过挤压使第一锁紧槽22c与22d产生形变，并将形变传递至第一锁紧孔22a与22b以实现第一夹具组件2的锁紧功能。

图4是本实用新型所提供的第二夹具组件的结构示意图。如图4所示，本实用新型提供的第二夹具组件3包括第二夹具轴31、第二旋拧把手32、第二夹具33。第二夹具轴31设有轴二手柄段31a、轴二轴肩段31b、轴二光轴段31c、轴二螺纹段31d。第二旋拧把手32上设有第二旋钮32a、第二防滑槽32b。第二夹具33呈U型结构，其设有第二锁紧孔33a、第二锁紧槽33b、通孔二33c，第二锁紧孔33a和第二锁紧槽33b相互连通。轴二手柄段31a外侧端面可设为十字槽、一字槽、内六角槽等，方便使用常见工具进行旋拧。第二锁紧孔33a的直径与固定针5的直径相匹配；第二旋拧把手32安装于轴二手柄段31a；轴二螺纹段31d安装于螺纹孔二22g，以实现第二夹具组件3与第一夹具组件2的连接；当转动第二夹具轴31时，通过挤压使第二锁紧槽33b产生形变，并将形变传递至第二锁紧孔33a上以实现第二夹具组件3的锁紧功能。

图5是本实用新型所提供的导向架组件与固定针的结构示意图。如图5所示，本实用新型提供的导向架组件4包括导向架基座41、导向套筒42。固定针5设有针体5a、螺纹段5b、尖端5c。

图6是本实用新型所提供的导向架基座的结构示意图，图7是本实用新型所提供的导向套筒的结构示意图。如图6-7所示，本实用新型提供的导向架基座41设有基体41a、套筒安装槽41b与41c、套筒安装孔41d与41e、安装螺纹孔41f与41g。导向套筒42设有套筒基体42a、套筒管42b、通孔三42c、安装沉孔42d。套筒安装槽41b、41c与套筒基体42a尺寸相匹配；套筒安装孔41d与41e的间距与第一锁紧孔22a与22b的间距保持一致；套筒安装孔41d、41e的直径与套筒管42b的直径相匹配；导向套筒42通过螺钉安装于螺纹孔41f与41g。通孔三42c的直径与固定针5的直径相匹配；安装沉孔42d的尺寸与安装螺钉型号相匹配。

医生使用时，首先将一根固定针5固定于病人骨骼；然后，借助导向架组件4将另一根固定针5精确固定于病人骨骼；随后，将导向架组件4从固定针5上取下；最后，将第一夹具组件2、第二夹具组件3、跟踪元件组件1进行安装。需要说明的是，本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，实际使用过程中，医生亦可不借助导向架组件4，将两根固定针5固定于病人骨骼，本实用新型对此不作具体限制。同样地，本实用新型所提供的导向架组件4，其包括导向架基座41和导向套筒42，本领域的普通技术人员亦可以将导向架基座41和导向套筒42进行一体化设计，即一体化结构的导向架。

在另一较佳实施例中，用于目标物运动跟踪的标记点组件，仅具有一根固定针，此时，第一夹具组件2的第一夹具22可以为在本实用新型所提供的第一夹具22的基础上仅保留一个第一锁紧孔22a和第一锁紧槽22c，亦可以将第一夹具22设计为类似第二夹具组件3中第二夹具33的U型结构。

本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，医生可以根据具体环境的使用需求，调整跟踪元件单元的安装高度、方向、俯仰角度，具体为：医生通过调整靶体支架12和第二夹具33的相对高度位置，和/或通过调整固定针5和第一夹具22的相对高度位置，实现跟踪元件单元的安装高度调整；通过调整靶体支架12和第二夹具33的相对角度位置，实现跟踪元件单元的安装方向调整；通过旋转第二夹具轴31，调整第一夹具组件2和第二夹具组件3的相对角度位置，实现跟踪元件单元的俯仰角度调整。

与现有技术相比较，本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件具有以下优点：第一、本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，结构简单、紧凑，一方面，其体积小，重量轻，另一方面，操作简便，误动作少；第二、本实用新型所提供的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其第一夹具组件和第二夹具组件本身的夹持力大，夹持牢固可靠，且第一夹具组件和第二夹具组件之间的相互固定亦牢固可靠；第三、本实用新型所提供的跟踪元件单元的安装高度、方向、俯仰角度均可调节，以适应复杂环境下的使用需求；第四、本实用新型所提供的跟踪元件单元能够实时检测出待跟踪目标物，如目标骨骼的运动，且检测精度高。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中既可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员在不脱离本实用新型构思的情况下通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述用于目标物运动跟踪的标记点组件包括跟踪元件单元、第一夹具组件、第二夹具组件、固定针，所述固定针固定于待跟踪目标物，所述跟踪元件单元用于定位待跟踪目标物，所述固定针和所述跟踪元件单元通过所述第一夹具组件和所述第二夹具组件相互连接，所述固定针固定于所述第一夹具组件，所述跟踪元件单元固定于所述第二夹具组件，所述第一夹具组件和所述第二夹具组件固定连接。

2.如权利要求1所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第一夹具组件和所述第二夹具组件螺纹连接。

3.如权利要求1所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第一夹具组件包括第一夹具轴和第一夹具，所述第一夹具轴的一端具有第一旋拧把手，另一端具有第一螺纹段，所述第一夹具轴穿过所述第一夹具，与所述第一夹具螺纹连接，所述第一夹具开设有相互连通的第一锁紧孔和第一锁紧槽，所述固定针穿过所述第一锁紧孔。

4.如权利要求3所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第一夹具轴的端面具有以下任意一种凹槽：十字槽、一字槽、内六角槽。

5.如权利要求1所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第二夹具组件包括第二夹具轴和第二夹具，所述第二夹具轴的一端具有第二旋拧把手，另一端具有第二螺纹段，所述第二夹具轴穿过所述第二夹具，与所述第二夹具螺纹连接，所述第二夹具开设有相互连通的第二锁紧孔和第二锁紧槽，所述跟踪元件单元通过所述第二锁紧孔固定于所述第二夹具组件。

6.如权利要求5所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第二夹具轴的端面具有以下任意一种凹槽：十字槽、一字槽、内六角槽。

7.如权利要求3所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述第一锁紧孔的数量为二，两个所述第一锁紧孔对称设置。

8.如权利要求7所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述用于目标物运动跟踪的标记点组件还包括导向架组件，所述导向架组件用于所述固定针的安装定位，所述导向架组件具有两个导向套筒，两个所述导向套筒之间的间距等于两个所述第一锁紧孔之间的间距。

9.如权利要求1、2、4、5或6任一项所述的用于目标物运动跟踪的标记点组件，其特征在于，所述用于目标物运动跟踪的标记点组件还包括导向架组件，所述导向架组件用于所述固定针的安装定位。