一种用于骨科导航机器人的示踪配准夹及其应用方法与流程

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种用于骨科导航机器人的示踪配准夹及其应用方法。

背景技术：

手术导航系统，是将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，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，使医生对手术器械相对病人解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全。骨科导航机器人即为骨科手术中使用导航系统进行手术治疗的自动化手术器械。使用骨科导航机器人进行手术时需配合人体骨骼的病患部位的配准装置或者定位装置进行手术导航，而将配准装置或者定位装置固定在骨骼的病患部位(例如脊椎)则需要一种夹持器，能够夹持在骨骼的病患部位上，将配准装置或者定位装置进行固定以配合骨科导航机器人进行手术治疗。

目前能够夹持在人体脊椎的夹持器有多种设计，例如申请号为cn03266210.6的专利文件公开了一种脊椎定位装置，包括有定位杆、固定件及活动钩，且上述定位杆的一侧固设有一卡钩件，并于定位杆外缘同时穿设有固定件及活动钩。上述固定件于基部的一侧延设有可供定位杆穿设的穿置部，并于基部远离穿置部的另一侧反向弯折有两卡钩，且固定件可定位于脊椎的两骨节间隔处，进而可藉由固定件的卡钩嵌合于脊椎的两骨节表缘后，再与定位杆的卡钩件及活动钩形成稳固的夹固定位。该实用新型的技术关键在于：(一)藉由固定件于基部的一侧反向弯折有两卡钩，当固定件定位于脊椎的两骨节间隔处时，即使固定件的卡钩可稳固的嵌合于脊椎的骨节表缘。(二)藉由固定件于基部的两侧表面设有复数卡掣齿，当固定件定位于脊椎的两骨节间隔处时，可有效增加固定件与骨节的磨擦力，进而可防止固定件偏移或脱落。

然而，上述现有技术的脊椎定位装置结构复杂且使用较为不便，也不便配合骨科导航机器人进行手术操作，需要设计更为适配的结构来达到更好的效果。

技术实现要素：

本发明公开了一种用于骨科导航机器人的示踪配准夹，包括手柄部、轴部和夹持部，手柄部和夹持部由两根杠杆围绕轴部交叉连接而成，轴部包括设置于两根杠杆中部的转轴，手柄部横向穿设有双向调节装置，可通过双向调节装置来控制手柄部两端的相对距离，使得两根杠杆围绕轴部转动，进而带动夹持部的两端的相对距离变化，使得夹持部两端相互靠近来夹持物体，其中，手柄部的一端设有用于固定配准装置或定位追踪装置的适配器。

优选地，夹持部的先端为扁嘴设计。

进一步地，夹持部的后侧为倾斜的弧面或斜面。

优选地，配准装置为具有一个或多个特征点的显影片。

进一步地，配准装置为具有多个特征点的十字架装置。

优选地，定位追踪装置为固定于配准装置上的多个反光球。

进一步地，适配器的用于支撑配准装置或定位追踪装置的支撑面为斜面。

优选地，适配器距离手柄部的高度范围为1-5cm。

进一步地，双向调节装置为双向螺杆，其两端分别设置正向螺纹和反向螺纹，且其两端分别配置有配合正向螺纹和反向螺纹的调节螺母。

优选地，位于手柄部的两端之间的双向螺杆上设置有辅助拧紧块。

进一步地，手柄部的材质为非金属材质。

优选地，示踪配准夹的整体材质为非金属材质。

本发明还公开了一种使用如上所述的示踪配准夹进行骨科手术配准定位的方法，包括以下步骤：调节双向调节装置，使得示踪配准夹的夹持部两端向内施加压力而夹紧于人体脊椎上；在适配器上安装配准装置，使得患者佩戴配准装置拍摄ct影像；安装定位追踪装置，以配合骨科导航机器人实现对示踪配准夹的实时追踪定位。

如上，本发明涉及的示踪配准夹和使用其进行骨科手术配准定位的方法，在手术过程中，一方面，由于双向调节装置的作用，医生调节一端即可带动两端同时动作，可快速调节夹持部两端的相对距离，该示踪配准夹便能够方便快捷地夹持在病患部位，操作便利且节约手术时间，降低患者的痛苦，另一方面，设置在该示踪配准夹上的适配器便于固定配准装置或定位追踪装置，可配合现代化的骨科导航机器人而使用，结构设计合理且使用便利，对于现代化的医疗手术来说具有很高的实用价值。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

下面将结合附图介绍本发明。

图1为本发明实施例中的示踪配准夹的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中的示踪配准夹的一个变化状态示意图

图3为本发明实施例中的示踪配准夹的另一个变化状态示意图；

图4为本发明实施例中的示踪配准夹的侧视图；

图5为本发明实施例中固定配准装置的示踪配准夹的整体结构示意图；

图6为本发明实施例中固定定位追踪装置的示踪配准夹的整体结构示意图；

图7为本发明实施例中使用示踪配准夹进行骨科手术配准定位的方法流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的示踪配准夹的上、下、左、右。

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施例

如图1所示，本发明第一实施例公开了一种用于骨科导航机器人的示踪配准夹100，包括手柄部1、轴部2和夹持部3，手柄部1和夹持部3由两根杠杆101、102围绕轴部2交叉连接而成，轴部2包括设置于两根杠杆101、102中部的转轴，手柄部1横向穿设有双向调节装置4，可通过双向调节装置4来控制手柄部1两端的相对距离，使得两根杠杆101、102围绕轴部2转动，进而带动夹持部3的两端的相对距离变化，如图2到图3所示，可使得夹持部3两端相互靠近来夹持物体，其中，手柄部1的一端设有用于固定配准装置或定位追踪装置的适配器5。

上述的骨科导航机器人，指的是带有导航定位系统的骨科手术机器人，骨科导航机器人可将手术过程实时显现于显示屏上，医生可预先设置或者根据显示影像实时修正手术方案，以便取得最佳手术效果的手术医疗器械。本发明第一实施例所公开的示踪配准夹可配合骨科手术机器人来使用，在手术过程中，一方面，由于双向调节装置的作用，医生可快速调节夹持部两端的相对距离，该示踪配准夹便能够方便快捷地夹持在病患部位，操作便利且节约手术时间，降低患者的痛苦，另一方面，设置在该示踪配准夹上的适配器便于固定配准装置或定位追踪装置，可配合骨科导航机器人上的导航定位系统而使用，本实施的示踪配准夹结构设计合理且使用便利，对于现代化的医疗手术来说具有很高的实用价值。

优选地，本实施的夹持部3的先端为扁嘴设计，如图1-图3所示，扁嘴设计增大了接触面积，在相同的夹持力的作用下能够更加稳固地夹持于患者脊椎部位。优选地，在扁嘴设计的两个内侧均设有防滑结构31，防滑结构可以为多条条纹状，也可以为多个尖钉状等，防滑结构31能够增加夹持时的摩擦力，进一步增强夹持的稳固性。本领域技术人员应当了解，上述防滑结构不仅仅限于本实施所提供的条纹装设计，还可以为波浪状、方格状或者磨砂等等能够起到同样作用的结构。

进一步地，人体脊椎的形状前小后大，中间具有类球状的凸起，一般地，骨科夹持器垂直地夹持在脊椎的类球状的凸起上，两者的接触多为点接触，夹持后容易晃动或滑动，稳固性较低；本实施的示踪配准夹为了更好地适应人体脊椎的曲线，将夹持部3的后侧设计为倾斜的弧面或者斜面，如图4所示，示踪配准夹的夹持部3闭合时前小后大，与人体的脊椎形状相契合；本实施例将夹持部3的后侧设计为倾斜的弧面32，当调节手持部1来带动夹持部3向内侧进行夹紧时，该弧面32使得示踪配准夹100整体倾斜地夹持在脊椎的类球状的凸起上，由于倾斜地夹持，可以变点接触为面接触，从而极大地增加了夹持的稳定性，提高了手术操作的便捷度。

本实施例中，手柄部1的一端设有用于固定配准装置或者定位追踪装置的适配器5，由上文可知，示踪配准夹整体为倾斜地夹持于人体脊椎上，为了使得配准装置或者定位追踪装置位于骨科机器人的追踪范围内，可将适配器5设计为具有一定的高度来垫高配准装置或者定位追踪装置的位置，优选地，适配器5距离示踪配准夹的手柄部1的高度范围为1cm-5cm，更优选为2cm-3.5cm。在实际的使用场景中，适配器的高度不仅限于上述高度范围，可根据具体的使用场合进行适应性的设计。

更进一步地，如图4所示，该适配器5不仅仅具有一定的高度，并且其用于支撑配准装置或者定位追踪装置的支撑面50可以为斜面，支撑面50直接与配准装置或者定位追踪装置相接触，斜面的设计便于调节配准装置或者定位追踪装置的面向角度，使得配准装置或者定位追踪装置可以直面骨科导航机器人的定位追踪仪，便于进行定位追踪。优选地，支撑面50的倾斜角度范围为0°-20°，可根据显影片的尺寸变化。

基于上述内容，本实施例的配准装置应当是具有一个或多个特征点的显影片，特征点指的是能够为骨科导航机器人所识别的区别于示踪配准夹等其他物体影像的具有标识作用的点图形。如图5和图6所示，作为本实施例的配准装置的显影片可以为具有多个特征点的十字架装置51，十字架装置51具有多个拐角可作为特征点，能够区别示踪配准夹等其他物体影像而被骨科导航机器人所识别，因此可作为显影片的一个优选方案。本领域技术人员可知，作为配准装置的显影片不仅限于本实施例所例举的十字架装置51，还可以为其他具有多个特征点的结构。

优选地，本发明第一实施例的十字架显影片的材质为铝。在适配器5上固定十字架装置51之后，患者可佩带本实施例的示踪配准夹来拍摄ct图像，可通过显影片和脊椎的相对位置来形成ct的三维空间图像。本实施例采用铝材质的显影片，有利于分割出显影片与示踪配准夹、人体脊椎之间的形状，便于对显影片的特征点进行识别。

基于上文所述，本实施例的定位追踪装置可以为固定于十字架显影片的各个端部的反光球52，例如图5和图6所示，反光球52的球面上覆盖有反光层，可反射定位追踪仪发射的特定波长的红外线，可替换地固定于作为显影片上的反光球支架上，反光球52是现有技术，可以市购，其具体的结构和不作为本发明的保护点，在此不作详细的说明。

进一步地，本实施例所公开的失踪配准夹的双向调节装置4为双向螺杆，例如图2和图3所示，双向螺杆的两端分别设置正向螺纹和反向螺纹，并且双向螺杆的两端分别配置有配合正向螺纹和反向螺纹的调节螺母41、42，调节螺母41与正向螺纹相啮合，调节螺母42与反向螺纹相啮合，当使用者拧转一端的螺母向内侧移动时，双向螺杆向一个方向转动，可以带动其另一端的螺母沿着双向螺杆同时向内侧移动，如此便可使得两端同时动作，不仅加快了夹持的速度，还能够使得两端同时受力，保证两端受力平衡，避免示踪配准夹因两端受力不匀而倾斜，进一步提高了夹持的稳定性。

更进一步地，在上述的双向螺杆上的位于手柄部1的两端之间的位置处还设置有辅助拧紧块43，辅助拧紧块43用于为扳手等辅助工具提供夹持空间，实践中，可借助扳手等辅助工具稳住双向螺杆，再拧转两端的螺母进行调节，提高了操作的便利性。

本发明第一实施例中，手柄部1的材质可使用非金属材质，优选可选用高强度的塑料，使用非金属材质来制造手柄部的有益效果包括：1.减轻示踪配准夹的整体重量；2.降低尾影的影响，这里如果使用的是金属材质，由于显影片同样为金属材质，手柄部和显影片的距离较近，显影时不容易分割出显影片的形状，当手柄部采用塑料等非金属材质时，有利于快速分割出显影片的形状，降低尾影的影响。具体地，本实施例选用高强度的塑料来制造手柄部1，手柄部1和示踪配准夹的其他部件连接时可采用紧固件进行连接，完全可以保证使用强度。

本实施例提供的示踪配准夹在手术过程中，一方面，由于双向调节装置的作用，医生调节一端即可带动两端同时动作，可快速调节夹持部两端的相对距离，该示踪配准夹便能够方便快捷地夹持在病患部位，操作便利且节约手术时间，降低患者的痛苦，另一方面，设置在该示踪配准夹上的适配器便于固定配准装置或定位追踪装置，可配合现代化的骨科导航机器人而使用，结构设计合理且使用便利，具有很高的实用价值。

第二实施例

如图1所示，本发明第二实施例公开了一种用于骨科导航机器人的示踪配准夹100，包括手柄部1、轴部2和夹持部3，手柄部1和夹持部3由两根杠杆101、102围绕轴部2交叉连接而成，轴部2包括设置于两根杠杆101、102中部的转轴，手柄部1横向穿设有双向调节装置4，可通过双向调节装置4来控制手柄部1两端的相对距离，如图2到图3所示，可使得两根杠杆101、102围绕轴部2转动，进而带动夹持部3的两端的相对距离变化，使得夹持部3两端相互靠近来夹持物体，其中，手柄部1的一端设有用于固定配准装置或定位追踪装置的适配器5。

本实施例和第一实施例的区别之处在于，本发明第二实施例的示踪配准夹100整体采用非金属材质，优选可选用高强度的塑料，使用非金属材质来制造示踪配准夹的有益效果包括：1.极大地减轻了示踪配准夹的整体重量；2.极大地降低了尾影的影响，这里如果使用的是金属材质，由于显影片同样为金属材质，示踪配准夹和显影片的距离较近，显影时不容易分割出显影片的形状，当示踪配准夹整体采用塑料等非金属材质时，有利于快速分割出显影片的形状，降低尾影的影响。具体地，本实施例选用高强度的塑料来制造示踪配准夹，完全可以保证使用强度。

第三实施例

本发明第三实施例提供了一种使用如上所述的示踪配准夹进行骨科手术配准定位的方法，如图7所示，包括以下步骤：

步骤s301，调节双向调节装置4，使得示踪配准夹的夹持部3的两端向内施加压力而夹紧于人体脊椎上；

步骤s302，在适配器5上安装配准装置，使得患者佩戴配准装置拍摄ct影像；

步骤s303，安装定位追踪装置，以配合骨科导航机器人实现对示踪配准夹的实时追踪定位。

其中，本实施例所公开的失踪配准夹的双向调节装置4为双向螺杆，例如图2和图3所示，双向螺杆的两端分别设置正向螺纹和反向螺纹，并且双向螺杆的两端分别配置有配合正向螺纹和反向螺纹的调节螺母41、42，调节螺母41与正向螺纹相啮合，调节螺母42与反向螺纹相啮合，当使用者拧转一端的螺母向外侧移动时，双向螺杆向一个方向转动，可以带动其另一端的螺母沿着双向螺杆同时向外侧移动，如此便可使得两端同时动作，不仅加快了夹持的速度，还能够使得两端同时受力，保证两端受力平衡，避免示踪配准夹因两端受力不匀而倾斜，进一步提高了夹持的稳定性。

更进一步地，在上述的双向螺杆上的位于手柄部1的两端之间的位置处还设置有辅助拧紧块43，辅助拧紧块43用于为扳手等辅助工具提供夹持空间，实践中，可借助扳手等辅助工具稳住双向螺杆，再拧转两端的螺母进行调节，提高了操作的便利性。

手柄部1的一端设有用于固定配准装置或者定位追踪装置的适配器5，由上文可知，示踪配准夹整体为倾斜地夹持于人体脊椎上，为了使得配准装置或者定位追踪装置位于骨科机器人的追踪范围内，可将适配器5设计为具有一定的高度来垫高配准装置或者定位追踪装置的位置，优选地，适配器5距离示踪配准夹的手柄部1的高度范围为1-5cm，更优选为2cm-3.5cm。在实际的使用场景中，适配器的高度不仅限于上述高度范围，可根据具体的使用场合进行适应性的设计。

更进一步地，如图4所示，该适配器5不仅仅具有一定的高度，并且其用于支撑配准装置或者定位追踪装置的支撑面50可以为斜面，支撑面50直接与配准装置或者定位追踪装置相接触，斜面的设计便于调节配准装置或者定位追踪装置的面向角度，使得配准装置或者定位追踪装置可以直面骨科导航机器人的定位追踪仪，便于进行定位追踪。优选地，支撑面50的倾斜角度范围为0°-20°，可根据显影片的尺寸变化。

基于上述内容，本实施例的配准装置应当是具有一个或多个特征点的显影片，特征点指的是能够为骨科导航机器人所识别的区别于示踪配准夹等其他物体影像的具有标识作用的点图形。如图5和图6所示，作为本实施例的配准装置的显影片可以为具有多个特征点的十字架装置51，十字架装置51具有多个拐角可作为特征点，能够区别示踪配准夹等其他物体影像而被骨科导航机器人所识别，因此可作为显影片的一个优选方案。本领域技术人员可知，作为配准装置的显影片不仅限于本实施例所例举的十字架装置51，还可以为其他具有多个特征点的结构。

本实施例的定位追踪装置可以为固定于十字架显影片的各个端部的反光球2，例如图5和图6所示，反光球2的球面上覆盖有反光层，可反射定位追踪仪发射的特定波长的红外线，可替换地固定于作为显影片上的反光球支架上，反光球52是现有技术，可以市购，其具体的结构和不作为本发明的保护点，在此不作详细的说明。

综上所述，本发明所涉及的示踪配准夹和使用其进行骨科手术配准定位的方法，在手术过程中，一方面，由于双向调节装置的作用，医生调节一端即可带动两端同时动作，可快速调节夹持部两端的相对距离，该示踪配准夹便能够方便快捷地夹持在病患部位，操作便利且节约手术时间，降低患者的痛苦，另一方面，设置在该示踪配准夹上的适配器便于固定配准装置或定位追踪装置，可配合现代化的骨科导航机器人而使用，结构设计合理且使用便利，对于现代化的医疗手术来说具有很高的实用价值。此外，本发明上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，本领域技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。