CN214908027U - 一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，包括光学追踪标识和光学追踪器，光学追踪标识配合所述光学追踪器进行空间位置标定，用于确定目标点的位置信息和运动信息，所述光学追踪标识包括底座，底座上方设有反光片，反光片的四周设置有喇叭口包围圈，喇叭口包围圈和反光片一起围成碗状。本申请光学追踪标识点中间反光片为圆形，反光片四周为包围结构，该包围结构相对于圆形底面的距离较小，可最大程度保证中间的反光片被光学追踪器识别的角度，且能避免长期使用对于反光片的磨损。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学定位领域，特别是涉及一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件。
背景技术
医学领域中常用到定位技术，在导航或机器人辅助下的手术过程中，通过3个以上标记件组成的刚体、探针等定位结构，来对空间中某一点进行定位，当该定位结构点选于某一空间位置点或与某一空间位置点相对固定时，可以通过光学系统探测该定位结构上的标记件，根据标记件与该空间位置点的相对位置关系，来定位该空间位置点。为了能最大程度的检测到位置信号，扩大可视角，现有的光学标识物多设计成球形，鉴于探针使用环境的复杂性，球形的光学标识物容易受到术中血液污染，且使用过程容易磨损，会影响光学追踪系统对针尖末端的定位精度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有结构的探针光学标识物容易受到术中血液污染，使用过程容易磨损，从而影响光学追踪系统对针尖末端的定位精度的问题，提供了一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，包括光学追踪标识和光学追踪器，光学追踪标识配合所述光学追踪器进行空间位置标定，用于确定目标点的位置信息和运动信息，所述光学追踪标识包括底座，底座上方设有反光片，反光片的四周设置有喇叭口包围圈，喇叭口包围圈和反光片一起围成碗状。
进一步地，所述反光片为圆形，直径为D2，10mm<D2<20mm。
进一步地，所述喇叭口包围圈内表面设有光滑的反射涂层。
进一步地，所述光学追踪器相对所述反光片水平方向偏移为L，L>1500mm；所述光学追踪器相对所述反光片同向的高度偏移为H2，1500mm<H2<2000mm。
进一步地，所述反光片边缘处与光学追踪器的连线相对水平面的夹角为α，20°<α<160°，所述反光片边缘处与光学追踪器之间的距离为L2，500mm<L2<2500mm。
进一步地，所述喇叭口包围圈相对水平面的夹角为θ，θ<α。
进一步地，所述喇叭口包围圈的高度为H1，喇叭口包围圈的最大直径为D1，H1和D1满足以下数学表达式：
Function
Maxθ＝arctan(2*H1/(D1-D2))
Subject to
0<θ<α，
α＝arctan(H2/L)，
其中10mm<D2<20mm，L>1500mm，1500mm<H2<2000mm，20°<α<160°，500mm<L2<2500mm。
进一步地，所述光学定位组件安装在机械臂台车上，用于标定机械臂位置，同时追踪手术过程中机械臂的位移情况。
进一步地，所述光学定位组件安装在患者骨性解剖结构上方，用于标定患者位置并追踪患者术中体位移动情况。
进一步地，所述光学定位组件安装在探针表面，用于标定探针位置及定位针尖所在空间位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：(1)光学追踪标识点中间反光片为圆形，反光片四周为包围结构，该包围结构相对于圆形底面的距离较小，可最大程度保证中间的反光片被光学追踪器识别的角度，且能避免长期使用对于反光片的磨损。(2)光学追踪标识采用塑料材料，喇叭口包围圈表面设有光滑的反射涂层，表面光滑，无光学小球表面的颗粒感，术中若被血液或其他杂质污染，可以快速清理，不易磨损，不至影响光学定位与追踪的精度，更具有经济性。
附图说明
图1是光学追踪标识示意图；
图2是光学追踪标识与光学追踪器的位置关系；
附图标记说明如下：
133-1、底座，133-2、喇叭口包围圈，133-3、反光片，233、光学追踪器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，包括光学追踪标识和光学追踪器233，光学追踪标识配合所述光学追踪器进行空间位置标定，用于确定目标点的位置信息和运动信息。如图1所示，光学追踪标识包括底座，底座上方设有反光片，反光片的四周设置有喇叭口包围圈，喇叭口包围圈和反光片一起围成碗状。需要说明的是，光学追踪标识的结构不局限与本申请中公开的结构特征，相似结构或是包括反光片，且在反光片周围设有包围圈的结构都在本申请的保护范围内。
光学追踪标识采用塑料材料，喇叭口包围圈表面分布有反射涂层，反射涂层表面光滑，无颗粒感，术中若被血液或其他杂质污染，可以快速清理，而且不易磨损，不会影响光学定位与追踪的精度。
喇叭口包围圈的设置以最大程度保证底部中间圆形的反光片被双目视觉识别到为最佳，兼顾医生操作的便捷性。具体地，如图2所示，反光片的直径为D2，10mm<D2<20mm，光学追踪器233相对反光片同向的水平方向偏移为L，L>1500mm。光学追踪器相对反光片同向的高度偏移为H2，1500mm<H2<2000mm。反光片边缘处与光学追踪器的连线相对水平面的夹角为α，反光片边缘处与光学追踪器之间的距离为L2。经过反复验证，光学追踪器的最佳识别范围，即光学追踪标识位于光学追踪器识别范围为：20°<α<160， 500mm<L2<2500mm。
喇叭口包围圈的高度为H1，喇叭口包围圈的最大直径为D1，喇叭口包围圈相对水平面的夹角为θ，为了便于光学追踪器识别且保证识别效果，角度θ应小于角度α，即θ< α。为了保护反光片面在手术过程中不收到异物污染，角度θ则越大越好。鉴于此，当H1 和D1满足以下数学表达式：
Function
Maxθ＝arctan(2*H1/(D1-D2))
Subject to
0<θ<α，
α＝arctan(H2/L)，
其中10mm<D2<20mm，L>1500mm，1500mm<H2<2000mm，20°<α<160°，500mm<L2<2500mm。
即在满足上述条件约束下，求出θ最大值Maxθ，进而根据制造工艺，确定H1与D1值，从而设计光学追踪标识的最佳外形。
光学定位组件可以安装在探针表面，用于标定探针位置及定位针尖所在空间位置。探针手柄上表面分布有4个光学追踪标识，光学追踪标识与光学追踪器配合用于确定探针针尖的位置信息和运动信息。4个光学追踪标识之间的位置设置满足使用NDI光学追踪产品必须满足的标准。
除此以外，光学定位组件还可以安装在机械臂台车上，用于标定机械臂位置，同时追踪手术过程中机械臂的位移情况。
除此以外，光学定位组件还可以安装在患者骨性解剖结构上方，用于标定患者位置并追踪患者术中体位移动情况。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
Claims (10)
1.一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，包括光学追踪标识和光学追踪器，光学追踪标识配合所述光学追踪器进行空间位置标定，用于确定目标点的位置信息和运动信息，所述光学追踪标识包括底座，底座上方设有反光片，反光片的四周设置有喇叭口包围圈，喇叭口包围圈和反光片一起围成碗状。
2.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述反光片为圆形，直径为D2，10mm<D2<20mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述喇叭口包围圈内表面设有光滑的反射涂层。
4.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述光学追踪器相对所述反光片水平方向偏移为L，L>1500mm；所述光学追踪器相对所述反光片同向的高度偏移为H2，1500mm<H2<2000mm。
5.根据权利要求2所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述反光片边缘处与光学追踪器的连线相对水平面的夹角为α，20°<α<160°，所述反光片边缘处与光学追踪器之间的距离为L2，500mm<L2<2500mm。
6.根据权利要求4所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述喇叭口包围圈相对水平面的夹角为θ，θ<α。
7.根据权利要求1或5所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述喇叭口包围圈的高度为H1，喇叭口包围圈的最大直径为D1，H1和D1满足以下数学表达式：
Function
Maxθ=arctan（2*H1/（D1-D2））
Subject to
0<θ<α，
α=arctan（H2/L），
其中10mm<D2<20mm，L>1500mm，1500mm<H2<2000mm，20°<α<160°，500mm<L2<2500mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述光学定位组件安装在机械臂台车上，用于标定机械臂位置，同时追踪手术过程中机械臂的位移情况。
9.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述光学定位组件安装在患者骨性解剖结构上方，用于标定患者位置并追踪患者术中体位移动情况。
10.根据权利要求1所述的一种用于手术导航或手术机器人的光学定位组件，其特征在于，所述光学定位组件安装在探针表面，用于标定探针位置及定位针尖所在空间位置。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113952032A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-01-21 | 北京诺亦腾科技有限公司 | 一种用于骨科手术的空间追踪设备 |
| CN114601561A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-06-10 | 杭州键嘉机器人有限公司 | 一种被动标识点组件的快换装置 |
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2020
- 2020-12-01 CN CN202022834961.6U patent/CN214908027U/zh active Active
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| CN113952032A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-01-21 | 北京诺亦腾科技有限公司 | 一种用于骨科手术的空间追踪设备 |
| WO2023115901A1 (zh) * | 2021-12-20 | 2023-06-29 | 北京诺亦腾科技有限公司 | 用于手术导航的空间定位装置及刚体结构 |
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