CN219021522U - 注册用头架组件、手术导航系统及手术导航定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及医疗技术领域，尤其是涉及一种注册用头架组件、以及包含该头架组件的手术导航系统和手术定位导航系统。该注册用头架组件包括头架和标记物；所述标记物通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上或不可拆卸地连接在所述头架上，所述标记物用于与头架一起参与扫描CT以获取医学影像信息；所述标记物上具有用于与探针配合的配合结构，其中，所述标记物的数量为N，N为大于2的正整数。使用过程中，标记物与头架固定连接，因此不会发生位移，配准精度高，成本低，方便好用。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种注册用头架组件、手术导航系统及手术导航定位系统。
背景技术
手术导航系统能够将病人手术前或者术中影像数据和手术床上病人解剖结构对准对应，在手术中跟踪手术器械并将手术器械的位置在病人影像上以虚拟探针的形式实时更新显示，使医生对手术器械对于病人解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精准、更安全。
目前，在神经外科导航定位手术中，获得稳定高精度的注册点是提高空间注册精度的重要条件，然而现有的配准点选取通常有多种方法：一类是选取面部的特征点，例如眼角、鼻尖等，另一类是在皮肤表面粘贴标记点，但是因为皮肤在手术中容易受皮肤形变影响，发生较大的位移，因此这两类方法导致配准精度都不高，还有一类是骨性标志点，通过拧入颅骨与颅骨连接，该方法精度高，但是在固定头架的基础上有额外的损伤，患者接受度低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种注册用头架组件、、手术导航系统及手术导航定位系统，以解决现有技术中的配准精度低的问题。
本实用新型提供一种注册用头架组件，该注册用头架组件包括头架和标记物；所述标记物通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上或不可拆卸地连接在所述头架上，所述标记物用于与头架一起参与扫描CT以获取医学影像信息；所述标记物上具有用于与探针配合的配合结构，其中，所述标记物的数量为N，N为大于2的正整数。
其中，所述可拆卸结构为粘贴结构、螺纹连接结构或者磁吸结构的一种或任意组合。
其中，所述粘贴结构为覆盖在所述标记物上的粘接层。
其中，所述螺纹连接结构包括设置在所述头架上的多个螺纹孔，以及设置在所述标记物上的用于与所述螺纹孔配合的螺纹部。
其中，所述螺纹孔的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性与一个所述螺纹孔螺纹连接。
其中，所述可拆卸结构包括连接在所述头架上的多个连接位，所述连接位的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性地与一个连接位连接。
其中，所述可拆卸结构为胶布或胶带，所述胶布或胶带的中部粘接所述标记物的一端，所述胶布或胶带的边缘粘贴在所述头架上。
其中，所述配合结构为凹槽，所述凹槽能够匹配探针的末端。
其中，所述标记物为柱状，所述配合结构为位于所述标记物的远离头架一端的平面。
其中，N个所述标记物不同线设置。
本实用新型还提供一种手术导航系统，包括根据本实用新型所述的注册用头架组件。
本实用新型还提供一种手术导航定位系统，包括根据本实用新型所述的注册用头架组件。
本实施例中的注册用头架组件包括头架和标记物，标记物通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上或不可拆卸地连接在头架1上，用于与头架一起参与扫描CT以获取医学影像信息；标记物上设置有配合结构，用于与探针配合，从而获取标记物的空间位置信息，并与医学图像设备采集患者头部医学影像信息进行配准。使用过程中，标记物与头架固定连接，因此不会发生位移，配准精度高，配准精度与骨性标记点相同，但减少了创伤，可以基于现有头架组合使用，成本低，方便好用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的注册用头架组件的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的标记物的结构示意图；
图3为本实用新型实施例注册用头架组件的局部结构示意图，图中显示了采用胶布将标记物粘接在头架上。
附图标记：
1、头架；2、标记物；3、螺钉；4、患者头部；21、粘接层；22、平面；5、胶布。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供一种注册用头架组件，如图1所示，该注册用头架组件包括头架1和标记物2；所述标记物2通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上或不可拆卸地连接在所述头架1上，标记物2用于与头架1一起参与扫描成像(CT)以获取医学影像信息；所述标记物2上具有用于与探针配合的配合结构，以便于获取所述标记物2的空间位置信息。其中，所述标记物的数量为N，N为大于2的正整数。其中，可拆卸结构的数量可以等于标记物的数量，也可以大于。
其中，头架1与患者头部4固定连接，一般地，头架1为环状结构，在本实用新型的一个实施例中，头架1是带有多个螺钉3的环形结构，通过螺钉3可以固定在患者头部4(可以是患者的颅骨)上，当然，头架1也可以采用其他适配的结构固定。标记物2能够在医学图像设备中显影。标记物2的材质可以是钛、不锈钢等。
使用本实用新型提供的注册用头架组件进行注册的方法，包括以下步骤：
将头架1安装到患者头部4；
根据目标部位选择头架1的目标区域，将标记物2与所述目标区域固定连接；
通过医学图像设备采集患者头部4的医学影像信息；
通过机械臂末端带动探针采集所述标记物2的空间位置信息；
将采集到的所述空间位置信息与医学影像信息进行配准，完成注册。
其中，医学图像设备可以是电子计算机断层扫描(CT，Computed Tomography)设备。
本实施例中的注册用头架组件包括头架1和标记物2，标记物2与头架连接(可以是通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上，也可以是不可拆卸地连接在所述头架上)，用于与头架一起参与扫描CT以获取医学影像信息；标记物上设置有配合结构，用于与探针配合，从而获取标记物的空间位置信息，并与医学图像设备采集患者头部医学影像信息进行配准。使用过程中，标记物2与头架1固定连接，因此不会发生位移，配准精度高，配准精度与骨性标记点相同，但减少了创伤，可以基于现有头架组合使用，成本低，方便好用。
在本实用新型的一个实施例中，头架1与标记物2通过可拆卸结构实现可拆卸连接，这样可以灵活的分配标记物2的位置，从而根据需要进行的设定位置调整，从而将标记物2连接在头架1的设定位置上。使用完毕后，可以将标记物2从头架1上拆除。待下次再使用头架1时，根据新的设定位置将标记物2通过可拆卸结构连接在头架1的新的设定位置上。
在另一个实施例中，头架1与标记物2可以是不可拆卸连接的，可以在制造头架1的同时根据需要的标记物2的位置，一并制造标记物2，将标记物2固定在头架1上。本实施例中的注册用头架组件，标记物2和头架1固定连接，方便可靠，并且节省标记物2和头架1的组装时间。
其中，所述可拆卸结构可以是粘贴结构、螺纹连接结构或者磁吸结构中的一种或者任意多种的组合。
在本实用新型的另一个实施例中，如图2所示，所述粘接结构为覆盖在所述标记物2上的粘接层21，标记物2通过粘接层21粘贴在头架上。
在本实用新型的又一个实施例中，可拆卸结构为螺纹连接结构，该螺纹连接结构包括设置在所述头架1上的多个螺纹孔，以及设置在所述标记物2上的用于与所述螺纹孔配合连接的螺纹部。本实施例通过螺纹配合连接，连接精度高，连接牢固，使用便捷。
进一步地，所述螺纹孔的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性与一个所述螺纹孔螺纹连接。
在本实施例中，所述可拆卸结构包括设于所述标记物2上的螺纹部，所述头架1上设有螺纹孔，所述螺纹部与所述螺纹孔配合。使用时，将标记物2的螺纹部拧入头架1上的螺纹孔内，实现标记物2与头架1的固定安装。因为标记物2比较小巧，因此螺纹部设置在标记物2上，螺纹孔设置在头架1上，在安装时非常方便。
在本实施例中，可拆卸结构为磁吸结构，标记物的一侧可以为磁铁层，头架上与标记物连接的位置有被吸附层，当标记物靠近头架上，能够与头架吸附在一起。被吸附层的材质可以是铁、钴、镍等物质或者它们的合金。反之，也可以将磁铁层设置在头架上与标记物连接的位置，被吸附层设置在标记物的与头架连接的一侧。
优选地，所述可拆卸结构包括连接在所述头架上的多个连接位，所述连接位的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性地与一个连接位连接。例如，连接位有八个，标记物有三个，可以根据需要从八个连接位中选出三个，三个标记物与选出的三个连接位连接(每个标记物与一个连接位连接)。由此可见，标记物的连接位置并不固定，标记物拥有选择位置，可以根据需要将多个标记物连接到合适的连接位。使得本实施例中的头架组件能够有一定的通用性，使用方便，可以重复利用。
具体地，连接位可以是上述实施例中的螺纹孔、被吸附层或者其他适合的结构。例如，当连接位是螺纹孔时，所述螺纹孔的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性与一个所述螺纹孔螺纹连接。
在本实施例中，可拆卸结构为粘接结构，如图3所示，粘接结构具体可以为胶布5或胶带，胶布5或者胶带的中部粘贴上标记物2，胶布5或者胶带的边缘粘贴在所述头架1上。本实施例使用胶带或者胶布5直接将标记物2粘贴在头架1上，使用方便，成本低。并且，胶布5或胶带能够很好地包裹标记物2，使标记物2与头架1的固定比较牢固，标记物2不会发生位移，从而保证配准精度。
在本实施例中，所述配合结构为凹槽，所述凹槽能够容纳探针的末端，对探针进行限位。具体地，标记物2的另一侧具有用于容纳探针的球形顶针的凹槽。凹槽可以是十字形凹槽，也可以是圆形凹槽。
本实施例中的标记物2为一个细小的柱状，所述配合结构为位于所述标记物2的远离头架1一端的平面22(如图2所示)。因为标记物2的尺寸比较小，例如端面的直径为1.5mm，1mm，0.5mm，因此也可以保证后续配准精度。
所述标记物2的个数可以根据需要设置。在本实施例中，标记物2的数量为N，N为大于2的正整数，N个所述标记物2不同线设置(因为标记物比较小，可以将标记物视为一个点)。本实施例中的N个标记物2不共线，配准精度高。
优选，标记物的位置靠近患者手术部位，标记物的位置越靠近患者手术部位，注册精度越高。
本实用新型还提供一种手术导航系统，包括根据本实用新型所述的注册用头架组件；该手术导航系统还包括探针和可以追踪探针位置的追踪装置，例如红外追踪装置，探针上设置3个或更多个不共线的反光球，探针尖端与所述标记物2配合，以获取标记物2的空间位置信息。
使用该手术导航系统进行注册的方法如下：
S1.将头架1与患者头部4固定安装，根据目标部位在头架1上选择目标区域，将标记物2与所述头架1的目标区域固定连接；
S2.进行患者头部4扫描，三维重建标记物2、患者头部4相关组织等，获得在影像空间中的各自坐标；
S3.患者头部与头架固定连接(根据需要，头架与床固定连接)，然后依次将探针与各个标记物2的另一侧(即顶部)匹配，追踪装置通过追踪探针获取头架1上的各个标记物2的空间坐标；
S4.根据标记物2在病人参照系(实际空间)下的空间坐标和影像空间中标记物2的空间坐标计算医学影像与实际空间的转换关系，完成注册。
完成注册后，进行患者头部4手术，利用双目跟踪传感器(例如ND I)通过跟踪手术工具进行实时定位和导航。
本实用新型还提供一种手术定位导航系统，包括根据本实用新型所述的注册用头架组件，该手术定位导航系统还包括主机、机械臂、探针，一些情况下还可以包括追踪装置；机械臂带动探针可以获取标记物2在机械臂坐标系下的空间位置，或者也可以通过追踪装置定位机械臂末端来确定所连接探针末端的位置。
使用该手术定位导航系统进行注册的方法如下：
S1.将头架1与患者头部4固定安装，根据目标部位在头架1上选择目标区域，将标记物2与所述头架1的目标区域固定连接；
S2.进行患者头部4扫描，三维重建标记物2、患者头部4相关组织等，获得在影像空间中的各自坐标；
S3.头部通过头架与床和机器人固定连接，机械臂带动探针与各个标记物2的另一侧(即顶部)匹配，获取各个标记物2的空间坐标；
S4.根据标记物2在病人参照系(实际空间)下的空间坐标和影像空间中标记物2的空间坐标计算医学影像与实际空间的转换关系，完成注册；
S5.进行患者头部4手术，利用机械臂完成定位。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种注册用头架组件，其特征在于，包括头架和标记物；所述标记物通过可拆卸结构可拆卸地连接在所述头架上或不可拆卸地连接在所述头架上，所述标记物用于与头架一起参与扫描CT以获取医学影像信息；所述标记物上具有用于与探针配合的配合结构，其中，所述标记物的数量为N，N为大于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的注册用头架组件，其特征在于，所述可拆卸结构为粘贴结构、螺纹连接结构或者磁吸结构的一种或任意组合。
3.根据权利要求2所述的注册用头架组件，其特征在于，所述粘贴结构为覆盖在所述标记物上的粘接层。
4.根据权利要求2所述的注册用头架组件，其特征在于，所述螺纹连接结构包括设置在所述头架上的多个螺纹孔，以及设置在所述标记物上的用于与所述螺纹孔配合的螺纹部。
5.根据权利要求4所述的注册用头架组件，其特征在于，所述螺纹孔的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性与一个所述螺纹孔螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的注册用头架组件，其特征在于，所述可拆卸结构包括连接在所述头架上的多个连接位，所述连接位的数量大于所述标记物的数量，每个所述标记物可选择性地与一个连接位连接。
7.根据权利要求1所述的注册用头架组件，其特征在于，所述可拆卸结构为胶布或胶带，所述胶布或胶带的中部粘接所述标记物的一端，所述胶布或胶带的边缘粘贴在所述头架上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的注册用头架组件，其特征在于，所述配合结构为凹槽，所述凹槽能够匹配探针的末端。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的注册用头架组件，其特征在于，所述标记物为柱状，所述配合结构为位于所述标记物的远离头架一端的平面。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的注册用头架组件，其特征在于，N个所述标记物不同线设置。
11.一种手术导航系统，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的注册用头架组件。
12.一种手术导航定位系统，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的注册用头架组件。
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