CN210019641U - 配准骨钉及配准系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种配准骨钉及配准系统。配准骨钉包括骨钉主体和成像帽，所述骨钉主体包括固定端和配准端，所述固定端用于与骨头连接，以固定所述配准骨钉；所述配准端用于在配准过程中与配准工具接触；所述配准端设置有第一位置标识结构，所述成像帽上设置有与所述第一位置标识结构配合的第二位置标识结构，所述第一位置标识结构和第二位置标识结构用于确定所述骨钉主体在图像坐标系中的位置。该配准骨钉可以提升配准准确度。

Description

配准骨钉及配准系统

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种配准骨钉及配准系统。

背景技术

随着医疗技术的发展，微创手术凭借其创伤小、疼痛轻、恢复快等特点，在众多医学领域中得到了越来越广泛的应用。但是实施微创手术也存在着很多技术难题，例如在神经外科领域中对于手术精度要求非常高，而且手术过程都比较复杂，所以这就要求手术前要进行高精度的配准工作。

现有技术中，神经外科领域的微创手术中主要是利用配准工具(如配准探针)与患者体表皮肤固定，并通过建立配准工具坐标系(如传感器坐标系或机械臂坐标系等)与图像坐标系之间的转换关系，完成配准工作。但是配准工具固定在患者体表皮肤上，由于体表皮肤会随着人体的呼吸和坐卧姿态的变化而移动，同时配准工具的位置也会随着体表皮肤移动，导致配准工具的位置与病灶的实际位置出现偏差，降低了配准的准确性，增加手术的复杂程度，影响手术的顺利进行，也降低了手术的安全性和可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种配准骨钉及配准系统，用以克服现有技术中的上述问题。

本申请实施例一方面提供一种配准骨钉，其特征在于，包括骨钉主体和成像帽，骨钉主体包括固定端和配准端，固定端用于与骨头连接，以固定配准骨钉；配准端用于在配准过程中与配准工具接触；配准端设置有第一位置标识结构，成像帽上设置有与所述第一位置标识结构配合的第二位置标识结构，第一位置标识结构和第二位置标识结构用于确定骨钉主体在图像坐标系中的位置。

可选地，还包括施力结构，用于与操作骨钉主体的操作工具连接，以在操作工具的驱动下使骨钉主体与骨头连接或者分离。

可选地，施力结构包括内施力结构，内施力结构设置于骨钉主体内部，和/或，施力结构包括外施力结构，外施力结构设置于骨钉主体外部。

可选地，第一位置标识结构包括第一凹槽，对应的，第二位置标识结构包括第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽在配准端与成像帽装配时形成设定的空间，以根据设定的空间确定骨钉主体在图像坐标系中的位置。

可选地，第一凹槽的形状设置为半球形，对应的，第二凹槽的形状设置为半球形，设定的空间为球形空间。

可选地，还包括第一固定结构，用于对骨钉主体与成像帽进行固定。

可选地，固定端设置有第二固定结构，用于使骨钉主体与骨头建立固定的连接关系。

可选地，第二固定结构为连接螺纹。

可选地，配准端与成像帽可拆卸装配。

本申请实施例另一方面提供一种配准系统，其包括上述的配准骨钉。

由上述技术方案可见，本申请实施例配准骨钉包括骨钉主体和成像帽，骨钉主体包括固定端和配准端，固定端用于与骨头连接，以固定配准骨钉；配准端用于在配准过程中与配准工具接触；配准端设置有第一位置标识结构，成像帽上设置有与所述第一位置标识结构配合的第二位置标识结构，第一位置标识结构和第二位置标识结构用于确定骨钉主体在图像坐标系中的位置。在使用该配准骨钉进行配准时，配准骨钉通过固定端与骨头连接，使得配准骨钉固定后，其不会在产生相对移动，因而当配准工具与配准骨钉接触时，能够避免配准工具相对体内病灶移动；通过第一位置标识结构和第二位置标识结构配合，能够更加准确地确定骨钉主体在图像坐标系中的位置，增强了配准的准确性，降低了手术的复杂程度，提高了手术的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的配准骨钉的主视结构示意图；

图2为本申请实施例的配准骨钉的俯视结构示意图；

图3为本申请实施例的配准骨钉局部剖视结构示意图；

图4为本申请实施例的配准骨钉中的骨钉主体的主视结构示意图；

图5为本申请实施例的配准骨钉中的骨钉主体的俯视结构示意图；

图6为本申请实施例的配准骨钉中的成像帽第一视角的立体结构示意图；

图7为本申请实施例的配准骨钉中的成像帽第二视角的立体结构示意图；

图8为本申请实施例的配准骨钉中的施力结构的示意图；

图9为本申请实施例的配准骨钉中的固定卡扣第一视角的立体结构示意图；

图10为本申请实施例的配准骨钉中的固定卡扣第二视角的立体结构示意图；

图11为本申请实施例的配准骨钉中的骨钉主体、成像帽与固定卡扣配合的局部剖视结构示意图。

附图标记说明：

1、骨钉主体；11、固定端；111、第二固定结构；12、配准端；121、第一位置标识结构；2、成像帽；21、第二位置标识结构；3、施力结构；31、内施力结构；32、外施力结构；4、第一固定结构。

具体实施方式

当然，实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。

为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。

下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。

如图1-7所示，根据本申请实施例，配准骨钉包括骨钉主体1和成像帽 2，骨钉主体1包括固定端11和配准端12，固定端11用于与骨头连接，以固定配准骨钉；配准端12用于在配准过程中与配准工具接触以进行配准；配准端12设置有第一位置标识结构121，成像帽2上设置有与第一位置标识结构121配合的第二位置标识结构21，成像帽2与配准端12可拆卸装配，第一位置标识结构121和第二位置标识结构21用于确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置。

在使用该配准骨钉进行配准时，配准骨钉通过固定端11与骨头连接，使得配准骨钉固定后，其不会再与固定的骨头产生相对移动，因而当配准工具与配准骨钉接触时，能够使配准工具与体内病灶建立相应的位置关系。

本申请实施例中，成像帽2与骨钉主体1装配，从而可以通过第一位置标识结构121和第二位置标识结构21，准确地确定配准骨钉主体1在图像坐标系中的位置。

可选地，为了便于配准工具与配准骨钉连接，成像帽2与骨钉主体1可拆卸装配，这样在确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置后，可以将成像帽2拆卸下来，然后将配准端12与配准工具接触，确定配准骨钉在工具坐标系中的坐标，从而建立图像坐标系与工具坐标系之间的转换关系，增强了配准的准确性，降低了手术的复杂程度，提高了手术的安全性和可靠性。

在本申请实施例中，以配准骨钉应用至微创手术的配准中为例，对配准骨钉的结构和工作过程进行说明。当然，在其他实施例中，该配准骨钉的应用场景不限于此，其还可以应用至其他适合的场景中，例如，在手术中用于固定一些不能相对病人移动的传感器、手术工具等。

在本申请实施例中，骨钉主体1为圆柱体，这种圆柱体的骨钉主体1加工和使用更加方便，可以降低制造成本。当然，根据需求的不同，骨钉主体 1还可以是其他任何适当的结构和材质，只要能够保证使用强度即可。例如，骨钉主体1可以是六边形柱体、五边形柱体等结构。

如图8所示，为了便于操作配准骨钉，使其固定在骨头上或将其从骨头上卸载，其还设置有施力结构3，用于与操作骨钉主体1的操作工具连接，以在操作工具的驱动下使骨钉主体1与骨头连接或者分离。

可选地，为了进一步便于对配准骨钉进行操作，施力结构3包括内施力结构31，内施力结构31设置于骨钉主体1内部，以方便操作工具通过内施力结构31操作骨钉主体1。

优选地，内施力结构31设置在配准端12内部，与第一位置标识结构121 连接，其横截面形状为六边形，以方便操作工具进入进行操作。内施力结构 31设置在配准端12内部，不占用配准骨钉外部空间，不增加配准骨钉的体积，对病人的身体造成的损害小,还能够防止配准骨钉偏心。

在本实施例中，对内施力结构31的长度不作限制，能够与操作工具配合并操作配准骨钉即可。当然在其他实施例中，内施力结构31的横截面形状可以是其他形状、或设置在其他适合的位置，只要骨钉主体1能够通过内施力结构31与操作工具连接，并被操作工具操作(如旋拧)即可。

可选地，施力结构3包括外施力结构32，外施力结构32设置于骨钉主体1外部，以与操作工具配合，操作配准骨钉。

优选地，外施力结构32设置在配准端12外部，其横截面形状为六边形，以方便操作工具夹持和操作。当然在其他实施例中，外施力结构32可以是其他形状，只要骨钉主体1能够通过外施力结构32与操作工具连接并被操作工具操作(如旋拧)即可。

需要说明的是，在同一个配准骨钉上可以同时具有内施力结构31和外施力结构32，在使用操作工具操作配准骨钉时，优选操作工具的形状、结构与施力结构3的形状、结构适配。

本申请实施例中，配准端12除前述的用于确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置外，还用于与配准工具接触，确定骨钉主体1在工具坐标系中的位置，从而进行配准。

优选地，当骨钉主体1上设置有内施力结构31时，配准工具可以穿过配准端12与内施力结构31进行配合，利用内施力结构31对配准工具进行固定，使得配准工具的安装、定位和拆卸都更加方便快速。

当然，在其他实施例中，配准工具可以仅与配准端12表面接触，只要能够利用配准工具与配准端12相配合进而完成配准即可，例如可以采用其他辅助工具进行固定，进而使配准工具与配准端12表面接触，也可以手持配准工具与配准端12表面接触。

可选地，本申请实施例中，配准端12上设置有第一位置标识结构121，以利用其确定骨钉主体1在图像坐标系中位置，或与配准工具配合。第一位置标识结构可以是任何适当的结构，例如，其包括第一凹槽。

对应的，成像帽2与配准端12配合，其上设置有第二位置标识结构21，第二位置标识结构21包括第二凹槽。第一凹槽与第二凹槽在配准端12与成像帽2装配时形成设定的空间，以根据设定的空间确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置。

需要说明的是，第一凹槽形状与第二凹槽的形状需要适配。例如，第一凹槽的形状设置为半正方体，则第二凹槽的形状设置为同样的半正方体。

在使用配准骨钉过程中，图1-图7中的成像帽2与配准端12装配后，通过医学图像得到第一凹槽与第二凹槽所形成设定的空间的中心在图像坐标系下的坐标；然后拆卸下图1-图7中的成像帽2，利用配准工具与第一凹槽接触，获得设定的空间的中心在工具坐标系(如传感器坐标系或机械臂坐标系等)下的坐标，从而建立图像坐标系与工具坐标系之间的转换关系，完成配准工作。需要说明的是，在使用配准工具与第一凹槽接触时，优选配准工具的形状、结构与第一凹槽的形状、结构适配。

可选地，第一凹槽的形状设置为半球形，对应的，第二凹槽的形状设置为半球形，设定的空间为球形空间。在使用配准骨钉过程中，成像帽2与配准端12装配，通过医学图像得到第一半球形凹槽与第二半球形凹槽形成球形空间的球心在图像坐标系下的坐标；然后拆卸下成像帽2，利用配准工具与第一半球形凹槽接触，获得球心在工具坐标系(如传感器坐标系或机械臂坐标系等)下的坐标，从而建立图像坐标系与工具坐标系之间的转换关系，完成配准工作。

将第一凹槽与第二凹槽设置为半球形，通过医疗器械扫描配准骨钉得到医学图像时，不会因配准骨钉的摆放位置而影响医学影像内设定的空间的形状。例如将第一凹槽与第二凹槽设置为圆柱形，再进行医学扫描时，得到的医学图像中设定的空间的形状可能是长方形，或者是圆形，还有可能是椭圆形，这样就不能准确地确定设定的空间的中心坐标；而在通过医疗器械扫描本申请中的配准骨钉时，无论配准骨钉的摆放位置，得到的医学图像中设定的空间的形状永远是圆形，所以在确认空间中心的坐标时，不会因配准骨钉的摆放位置而影响医学影像内设定的空间的形状。

另一方面，在当前的医学技术背景下，医疗器械在扫描时能够自动确定圆心的坐标，所以优选将第一凹槽与第二凹槽设置为半球形，在进行医学扫描时医疗器械能够自动确定球形空间在医学图像中形成的圆形的圆心坐标，与现有技术中通过人工确定坐标相比，消除了人工确定的坐标存在偏差，不够准确的问题，从而增加了配准的准确度。另外，在配准过程中，配准端12 与第一半球形凹槽接触时，配准工具可以在第一半球形凹槽内多角度旋转而不影响球心位置，其他形状的凹槽则不能多角度旋转，满足了手术操作的各种需求，保证了手术的顺利进行，降低了手术的复杂程度。

配准骨钉能够满足在无配准工具的情况下，建立工具坐标系与图像坐标系之间转换关系的需求，如利用机械臂或者其他工具上的接触物与配准骨钉上的位置标识结构相接触，从而获取同一点在两个坐标系下的坐标，从而建立坐标系之间的转换关系。

如图9-11所示，在本申请另一具体实施场景中还包括第一固定结构4，用于将骨钉主体1与成像帽2进行固定，第一固定结构4的形状适配于骨钉主体1与成像帽2装配后的形状，使得骨钉主体1与成像帽2装配更加稳固，更加便捷确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置。当然，在其他实施例中还可以使用其他固定结构，只要能够固定骨钉主体1与成像帽2即可。

可选地，为了使配准骨钉固定的更加可靠，在固定端11设置有第二固定结构111，以使骨钉主体1与骨头建立固定的连接关系，提升连接的稳固性。所述第二固定结构设置为圆锥形结构，由于其尖端面积较小，且整体呈锥面结构，在安装配准骨钉时更有助于其进入骨头内，且可以进行导向和校准，防止配准骨钉偏心，而且能够加快安装效率，提升手术速度。

可选地，为了进一步提升配准骨钉的固定效率，第二固定结构111为连接螺纹，连接螺纹可以是自攻螺纹或者其他形式的螺纹，在安装配准骨钉时有助于其进入骨头内，且可以进行导向和校准，防止配准骨钉偏心，而且能够加快安装效率，提升手术速度；并且还可以将固定配准骨钉时产生的固体 (如骨粉)和/或液体(如血液)等导出。这样一方面可以减少固定配准骨钉处的阻力，另一方面可以防止污染伤口，保证病人安全。

当然，在其他实施例中，骨钉主体1上也可以设置其他的第二固定结构 111。

本申请实施例中还提供一种配准系统，其包括上述的配准骨钉。该配准骨钉包括骨钉主体1和成像帽2，骨钉主体1包括固定端11和配准端12，固定端11用于与骨头连接，以固定配准骨钉；配准端12用于在配准过程中与配准工具接触以进行配准；配准端12设置有第一位置标识结构121，成像帽2上设置有与所述第一位置标识结构配合的第二位置标识结构21，第一位置标识结构121和第二位置标识结构21用于确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置。在使用该配准骨钉进行配准时，配准骨钉通过固定端11与骨头连接，使得配准骨钉固定后，其不会在产生相对移动，因而当配准工具与配准骨钉接触时，能够避免配准工具相对体内病灶移动；通过第一位置标识结构121 和第二位置标识结构21，能够更加准确地确定骨钉主体1在图像坐标系中的位置，增强了配准的准确性，降低了手术的复杂程度，提高了手术的安全性和可靠性。

采用本申请的配准骨钉及配准系统，具有如下有益效果：

针对目前神经外科领域的微创手术中主要是将配准标识粘贴于患者体表，并建立工具坐标系与图像坐标系之间的转换关系的情况，本技术方案中利用配准骨钉直接与患者的骨头进行固定，配准工具再与配准骨钉接触，进行配准，其不存在与颅内病灶产生位移的风险。同时，骨钉也是手术中需要用到的现有技术工具，因此并未增加手术的复杂度。

利用配准端12安装配准工具，可以适配各种配准工具，即使更换不同的空间配准方案时，也无需拆除配准骨钉，只要更换相应的配准工具即可。

该配准骨钉体积小，可适用于多种配准形式，如需要重新完成空间配准，只需重新装配配准工具即可。

在本申请的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅用于将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

尽管已描述了本申请的优选，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种配准骨钉，其特征在于，包括骨钉主体和成像帽，所述骨钉主体包括固定端和配准端，所述固定端用于与骨头连接，以固定所述配准骨钉；所述配准端用于在配准过程中与配准工具接触,所述配准端设置有第一位置标识结构，所述成像帽上设置有与所述第一位置标识结构配合的第二位置标识结构，所述第一位置标识结构和第二位置标识结构用于确定所述骨钉主体在图像坐标系中的位置。

2.根据权利要求1所述的配准骨钉，其特征在于，还包括施力结构，用于与操作所述骨钉主体的操作工具连接，以在所述操作工具的驱动下使所述骨钉主体与骨头连接或者分离。

3.根据权利要求2所述的配准骨钉，其特征在于，所述施力结构包括内施力结构，所述内施力结构设置于所述骨钉主体内部，和/或，所述施力结构包括外施力结构，所述外施力结构设置于所述骨钉主体外部。

4.根据权利要求1所述的配准骨钉，其特征在于，所述第一位置标识结构包括第一凹槽，对应的，所述第二位置标识结构包括第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽在所述配准端与所述成像帽装配时形成设定的空间，以根据所述设定的空间确定所述骨钉主体在图像坐标系中的位置。

5.根据权利要求4所述的配准骨钉，其特征在于，所述第一凹槽的形状设置为半球形，对应的，所述第二凹槽的形状设置为半球形，所述设定的空间为球形空间。

6.根据权利要求1所述的配准骨钉，其特征在于，还包括第一固定结构，用于对所述骨钉主体与所述成像帽进行固定。

7.根据权利要求1所述的配准骨钉，其特征在于，所述固定端设置有第二固定结构，用于使所述骨钉主体与骨头建立固定的连接关系。

8.根据权利要求7所述的配准骨钉，其特征在于，所述第二固定结构为连接螺纹。

9.根据权利要求1所述的配准骨钉，其特征在于，所述配准端与所述成像帽可拆卸装配。

10.一种配准系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的配准骨钉。

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