ES2866942T3 - Herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica - Google Patents

Abstract

Una herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica, que comprende una base de montaje (1), en la que la base de montaje (1) está provista de dos a seis caras de soporte (2) en la misma, dos o cuatro bolas reflectantes (3) están montadas en cada una de los las caras de soporte (2), una cara de posicionamiento (5) está formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes (3) situadas en la misma cara de soporte (2) como puntos extremos o formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes (3) situadas en dos caras de soporte adyacentes (2) como puntos extremos, siendo un ángulo entre los vectores normales de superficie de dos caras de posicionamiento adyacentes (5) de 90° -140°, y dos caras de posicionamiento cualesquiera (5) de diferente forma o tamaño, caracterizada por que, cada una de las bolas reflectantes (3) está conectada a una cara de soporte respectiva (2) por medio de una base de montaje de bolas reflectantes (4); la base de montaje de la bola reflectante (4) comprende un soporte de bola (8), un anillo de sellado de goma (9) y una placa de cubierta anular (10), y el soporte de bola (8) está conectado fijamente a la cara de soporte (2); cada una de las bolas reflectantes (3) está compuesta por dos hemisferios con diámetros diferentes, en el que la porción hemisférica de mayor diámetro de la bola reflectante (3) es sostenida por el soporte de la bola (8) y a continuación es bloqueada y sujeta por la placa de cubierta anular (10) dispuesta en el soporte de bola (8) en forma de cierre, la parte semiesférica de menor diámetro de la bola reflectante (3) sobresale de la placa de cubierta anular (10), y el anillo de sellado de goma (9 ) está dispuesto entre el soporte de la bola (8) y la parte semiesfera de mayor diámetro de la bola reflectante (3).

Description

DESCRIPCIÓN

Herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica

Campo técnico

La presente invención se refiere a una herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica, perteneciente al campo técnico de la intervención quirúrgica asistida por ordenador.

Estado de la técnica relacionada

Actualmente, el dispositivo de seguimiento óptico que se utiliza clínicamente para navegar durante una intervención quirúrgica es principalmente un sistema de seguimiento y posicionamiento óptico fabricado por NDI Company de Canada. El principio de posicionamiento de este tipo de sistema es el siguiente: la luz infrarroja emitida por un sensor de posición binocular alcanza un dispositivo quirúrgico o instrumento equipado con una herramienta de seguimiento, y una pequeña bola (también llamada bola o lente reflectante) en la herramienta de seguimiento, capaz de reflejar la luz infrarroja, puede reflejar la luz infrarroja que retorna al sensor de posición, y de esta manera, el software integrado del sistema realiza el cálculo para obtener las coordenadas de posición de la herramienta de seguimiento (incluida la posición y el ángulo de la herramienta de seguimiento), con el fin de realizar el posicionamiento y el seguimiento del dispositivo e instrumento quirúrgico correspondiente.

De acuerdo con el principio de posicionamiento del sistema que se ha mencionado más arriba, la herramienta de seguimiento es un componente que juega un papel crítico en el seguimiento de los dispositivos e instrumentos quirúrgicos. La precisión de las coordenadas de posición de la herramienta de seguimiento, calculadas por el sistema, determina la precisión del sistema de navegación quirúrgica. Las herramientas de seguimiento comúnmente utilizadas en la actualidad incluyen de 3 a 4 bolas reflectantes coplanares (que se conocen como la cara de posicionamiento). La herramienta de seguimiento, divulgada en la solicitud de patente china CN200720012127.0, solo tiene una cara de posicionamiento. La principal desventaja de este diseño es que el rango de seguimiento del sistema es pequeño, por lo general menor de ± 90°. Además, como la precisión de las coordenadas de posición de la herramienta de seguimiento, obtenidas por el sistema de seguimiento óptico, está relacionada con el ángulo definido por la cara de posicionamiento de la herramienta de seguimiento y el eje óptico del sensor de posición binocular, cuanto mayor sea el ángulo, peor será la precisión, y es difícil garantizar la precisión de un sistema de navegación quirúrgica que utiliza la herramienta de seguimiento.

El documento US 2011/060179A1 describe un dispositivo de bobina de inducción de estimulación magnética transcraneal ("TMS") con una porción de fijación para recibir el dispositivo de seguimiento. El dispositivo de bobina de inducción TMS tiene un dispositivo de seguimiento con una porción de acoplamiento y al menos un conjunto de dos o más elementos reflectantes, una carcasa separada de un dispositivo de seguimiento y que contiene al menos un devanado de bobina que tiene una orientación conocida dentro de la carcasa, y una porción de fijación correspondiente a la porción de acoplamiento para fijar de forma desmontable el dispositivo de seguimiento a la carcasa de modo que, cuando están fijados, los elementos reflectantes tienen una orientación conocida con respecto a la orientación conocida del devanado de la bobina.

El documento DE 10 2005030184A1 describe un método para determinar la posición relativa de un elemento de marcado de un sistema de navegación en un instrumento quirúrgico que permite que los instrumentos se utilicen en varias direcciones de trabajo.

El documento US 2011/046636A1 describe un instrumento de guía quirúrgico capaz de posicionamiento omnidireccional y una unidad de posicionamiento omnidireccional del mismo. El instrumento de guía quirúrgico incluye la unidad de posicionamiento omnidireccional, que está acoplada con el instrumento quirúrgico. La unidad de posicionamiento omnidireccional está configurada como una pirámide, y se deposita una pluralidad de reflectores en los vértices de la pirámide, respectivamente. Como los reflectores de la unidad de posicionamiento omnidireccional están dispuestos como una pirámide tridimensional, la unidad de posicionamiento omnidireccional puede conectarse en cualquier posición al instrumento quirúrgico y ser detectada correctamente por un sistema de guía quirúrgica, reduciendo así la complejidad quirúrgica.

Sumario de la invención

La invención está definida por la reivindicación 1 adjunta.

En vista de los problemas anteriores, un objeto de la presente invención es proporcionar una herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica, con una alta precisión de posicionamiento y un amplio rango de seguimiento.

Para lograr el objetivo anterior, la presente invención adopta las siguientes soluciones técnicas: una herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica, que comprende una base de montaje, en la que la base de montaje está provista de dos a seis caras de soporte sobre la misma, se montan dos o cuatro bolas reflectantes en cada una de las caras de soporte, una cara de posicionamiento está formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes situadas en la misma cara de soporte como puntos extremos o formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes situadas en dos caras de soporte adyacentes como puntos extremos, y un ángulo entre los vectores normales de superficie de dos caras de posicionamiento adyacentes que son de 90°-140° y dos caras de posicionamiento cualesquiera que son de diferente forma o tamaño.

Además, la herramienta de seguimiento óptico se caracteriza porque:

Cada una de las bolas reflectantes está conectada a una cara de soporte respectiva por medio de una base de montaje de bola reflectante; la base de montaje de bola reflectante comprende un soporte de bola, un anillo de obturación de goma y una placa de cubierta anular, y el soporte de bola está conectado fijamente a la cara de soporte; cada una de las bolas reflectantes está compuesta por dos hemisferios con diámetros diferentes, en los que la parte semiesférica de mayor diámetro de la bola reflectante es sostenida por el soporte de la bola y a continuación está bloqueada y sujeta por la placa de cubierta anular dispuesta en el soporte de la bola en forma de una cierre, la parte hemisférica de menor diámetro de la bola reflectante sobresale de la placa de cubierta anular, y el anillo de sellado de goma está dispuesto entre el soporte de la bola y la parte hemisférica de mayor diámetro de la bola reflectante.

La base de montaje está provista de una interfaz para conectarse con una herramienta quirúrgica y/o un robot quirúrgico.

Debido a la adopción de la solución técnica anterior, la presente invención tiene las siguientes ventajas: 1. en comparación con una herramienta de seguimiento que tenga una sola cara de posicionamiento formada por cuatro bolas reflectantes de la técnica anterior, la herramienta de seguimiento óptico obviamente puede ampliar un rango de seguimiento efectivo de un sistema, mejorando así la precisión del sistema; 2. la presente invención proporciona una estructura de conexión para las bolas reflectantes y las caras de soporte, que puede realizar el posicionamiento y la conexión precisos entre las bolas reflectantes y las caras de soporte; 3. la presente invención, con una estructura simple y un rendimiento fiable, se puede utilizar ampliamente en el seguimiento y posicionamiento de robots quirúrgicos clínicos.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describe en detalle a continuación con referencia a los dibujos que se acompañan. Sin embargo, se debe entender que los dibujos se proporcionan únicamente con el propósito de proporcionar una mejor comprensión de la presente invención y no se deben interpretar como un límite a la presente invención.

La Figura 1 es un diagrama estructural esquemático de la realización 1;

la Figura 2 es una vista esquemática que muestra la conexión de una base de montaje de bola reflectante y una bola reflectante de acuerdo con la invención y como se muestra en la primera realización. y

la Figura 3 es un diagrama estructural esquemático de la realización 2, en el que la estructura de montaje de bola mostrada en la figura no forma parte de la invención.

Descripción detallada

La presente invención se describe en detalle a continuación con referencia a los dibujos y realizaciones adjuntos.

Realización 1:

Como se muestra en la Figura 1, esta realización incluye una base de montaje 1 configurada para conectarse a un instrumento en un extremo trasero o frontal del robot; dos caras de soporte 2 están dispuestas en la base de montaje 1, cuatro bolas reflectantes 3 están montadas en cada una de las caras de soporte 2, y cada una de las bolas reflectantes 3 está fijada en la cara de soporte correspondiente 2 por medio de una base de montaje de bolas reflectantes 4. En esta realización, una cara de posicionamiento 5 está formada por un cuadrilátero con las cuatro bolas reflectantes 3 en la misma cara de soporte 2 como puntos extremos. El ángulo entre los vectores de superficie normal de las dos caras de posicionamiento adyacentes 5 es de 90° - 140°, y las dos caras de posicionamiento 5 son diferentes en forma o tamaño.

Como se muestra en la Figura 2, la base de montaje de la bola reflectante 4 incluye un soporte de bola 8, un anillo de sellado de goma 9 y una placa de cubierta anular 10, en la que el soporte de bola 8 está conectado fijamente a la cara de soporte 2. En esta realización, cada una de las bolas reflectantes 3 está compuesta por dos semiesferas con diámetros diferentes, en las que la parte semiesférica de mayor diámetro es sujetada por el soporte de bola 8 y a continuación se bloquea y sujeta mediante la placa de cubierta anular 10 dispuesta en el soporte de bola 8 en forma de cierre, y la parte hemisférica de menor diámetro sobresale de la placa de cubierta anular 10; y un anillo de sellado de goma 9 está dispuesto entre el soporte de bola 8 y la porción de semiesfera de mayor diámetro.

Realización 2:

Como se muestra en la Figura 3, esta realización incluye una base de montaje 1 que se utiliza para conectar con un instrumento en un extremo trasero o frontal del robot; seis caras de soporte 2 están dispuestas sobre la base de montaje 1, dos bolas reflectantes 3 están montadas en cada una de las caras de soporte 2, cada una de las bolas reflectantes 3 está conectada a una cara de soporte correspondiente 2 por medio de una columna de montaje 6. Esta estructura de montaje no forma parte de la invención. En esta realización, una cara de posicionamiento 5 está formada por un cuadrilátero con las cuatro bolas reflectantes 3 en las dos caras de soporte adyacentes 2 como puntos extremos. El ángulo entre los vectores de superficie normal de las dos caras de posicionamiento adyacentes 5 es de 90° - 140°, y cualesquiera de las dos caras de posicionamiento 5 son diferentes en forma o tamaño.

En cada una de las dos realizaciones anteriores, la base de montaje 1 está provista de una interfaz 7 para conectarse con una herramienta quirúrgica y/o un robot quirúrgico.

Sobre la base de las realizaciones anteriores, la presente invención incluye además variaciones de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el número de caras de soporte 2 puede ser tres, cuatro o cinco, y dos o cuatro bolas reflectantes 3 están montadas en cada una de las caras de soporte 2, y una cara de posicionamiento 5 está formada por un cuadrilátero con las cuatro bolas reflectantes. 3 en la misma cara de soporte 2 o en las dos caras de soporte adyacentes 2 como puntos extremos. Además, las bolas reflectantes 3 y sus formas de montaje en la realización 1 y la realización 2 son intercambiables, pero solo la forma de montaje que se muestra en las Figuras 1 y 2 forma parte de la invención. Además, la presente invención también se puede aplicar a otros dispositivos o instrumentos en el sistema de navegación quirúrgica que requiere posicionamiento cambiando la forma de la base de montaje 1 o cambiando la interfaz 7 dispuesta para la conexión.

En combinación con la estructura de la presente invención, por medio de un programa de control adaptado, la definición de la herramienta en la presente invención es que: cuando el número de bolas reflectantes 3 montadas en una sola cara de soporte 2 es "4", la cara de soporte 2 se define como una cara de posicionamiento separada 5 en la definición de la herramienta; cuando el número de bolas reflectantes 3 montadas en la única cara de soporte 2 es "2", las dos caras de soporte adyacentes 2 se definen colectivamente como una cara de posicionamiento 5 y cada cara de soporte 2 puede ser compartida por diferentes caras de posicionamiento 5 en la definición de la herramienta. Cuando se implementa la presente invención, las posiciones y los tamaños geométricos de las cuatro bolas reflectantes montadas se generan mediante un algoritmo de generación de caras de posicionamiento programado, y finalmente las diferencias mutuas entre las dos caras de posicionamiento son detectadas por el software de detección específico de la herramienta en base a los datos generados para garantizar que la herramienta diseñada cumple los requisitos de especificidad de los sistemas de posicionamiento óptico.

Las realizaciones anteriores se utilizan simplemente para ilustrar los objetos, las soluciones técnicas y los efectos beneficiosos de la presente invención con más detalle, y no pretenden limitar la presente invención. El alcance de protección de la presente invención está definida en las siguientes reivindicaciones.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Una herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica, que comprende una base de montaje (1), en la que la base de montaje (1) está provista de dos a seis caras de soporte (2) en la misma, dos o cuatro bolas reflectantes (3) están montadas en cada una de los las caras de soporte (2), una cara de posicionamiento (5) está formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes (3) situadas en la misma cara de soporte (2) como puntos extremos o formada por un cuadrilátero con cuatro bolas reflectantes (3) situadas en dos caras de soporte adyacentes (2) como puntos extremos, siendo un ángulo entre los vectores normales de superficie de dos caras de posicionamiento adyacentes (5) de 90° -140°, y dos caras de posicionamiento cualesquiera (5) de diferente forma o tamaño,

caracterizada por que,

cada una de las bolas reflectantes (3) está conectada a una cara de soporte respectiva (2) por medio de una base de montaje de bolas reflectantes (4); la base de montaje de la bola reflectante (4) comprende un soporte de bola (8), un anillo de sellado de goma (9) y una placa de cubierta anular (10), y el soporte de bola (8) está conectado fijamente a la cara de soporte (2); cada una de las bolas reflectantes (3) está compuesta por dos hemisferios con diámetros diferentes, en el que la porción hemisférica de mayor diámetro de la bola reflectante (3) es sostenida por el soporte de la bola (8) y a continuación es bloqueada y sujeta por la placa de cubierta anular (10) dispuesta en el soporte de bola (8) en forma de cierre, la parte semiesférica de menor diámetro de la bola reflectante (3) sobresale de la placa de cubierta anular (10), y el anillo de sellado de goma (9 ) está dispuesto entre el soporte de la bola (8) y la parte semiesfera de mayor diámetro de la bola reflectante (3).

2. La herramienta de seguimiento óptico para la navegación de una intervención quirúrgica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la base de montaje (1) está provista de una interfaz (7) para conectarse con una herramienta quirúrgica y/o un robot quirúrgico.