用于手术定位的分离式刚性标记物的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，具体涉及一种用于手术定位的分离式刚性标记物。


背景技术：

2.由于手术精度与效率的巨大优势，机器人辅助手术逐渐成为外科手术的发展趋势之一，这其中即包括了经皮穿刺手术，目前机器人辅助穿刺手术的基本流程是：借助光学定位仪器或者电磁定位仪器来实现术中定位，即将患者坐标系与ct坐标系联系起来，将结合术前在ct中规划的穿刺路径与目标靶点，让机器人装夹穿刺针或穿刺针的引导装置(如定位针套、定位模板等)完成自动对准，免去反复手动调整穿刺角度的过程，从而高精度、高效率完成手术。而在上述过程中，机器人自身的运动精度很高，但是术中定位的精度通常较低，因此后者直接决定了最终的手术精度。
3.然而，对于胸腹部这样的非刚体，其术中定位技术至今仍是难题，尤其是在经皮穿刺手术中，患者处于局麻状态，此时患者仍然会出现呼吸心跳运动和软组织变形等情况，其肿瘤的位置也在不断漂移，因此需要进一步融合实时x光信息，即在x光影像下确定穿刺靶点的位置，微调机器人直到穿刺针对准了穿刺靶点，再进行精准的穿刺。此时，需要进行ct到x光的空间转换，将ct图像中的术前规划信息映射到x光影像中。
4.为了实现上述目标，需要获取x光空间、ct空间与真实空间的空间转换关系，一种可行的办法是获取同一个标记物在三个空间中的位姿，以其为“桥梁”，建立起三个空间的转换关系。标记物在真实空间中的位姿可以通过基于可见光或红外光的视觉定位系统来获取，而标记物在x光空间与ct空间的位姿可以直接对其进行图像分割定位来实现。这样一来，标记物就必须同时出现在多个图像中，但由于x光的成像范围较小，且大部分成像区域应当放置在穿刺针与肿瘤附近，此时如何让该标记物完整地在多个图像中(尤其是x光中)成像就是一个非常关键的难题。


技术实现要素：

5.为了解决上述难题，本实用新型提供了用于手术定位的分离式刚性标记物。
6.具体的技术方案如下：用于手术定位的分离式刚性标记物，包括第一定位部、光学定位部和连接部；第一定位部是用于在x光或ct图像中进行定位；第一定位部通过连接部与光学定位部连接。
7.优选地，所述第一定位部包括x光标记物，x光标记物的形状是采用圆球状、方块状、鹿角状或者网格状，所述x光标记物是ct值大于+500hu的刚性材料，所述刚性材料包括金属、高密度塑料或者陶瓷。
8.优选地，所述第一定位部的尺寸小于光学定位部的尺寸。
9.优选地，所述光学定位部包括光学标记物，所述光学标记物是红外光标记物或者能够被摄像头拍摄识别的可见光标记物。
10.优选地，在可见光标记物上设置有易于被摄像头拍摄识别的图案，该图案为棋盘格、网格、多边形、圆形、椭圆形或者圆点。
11.优选地，所述红外光标记物为反光小球，任意两个反光小球之间的距离大于30mm，且各个距离的差值大于5mm。
12.优选地，所述连接部是采用直杆、弯曲杆或者弯折杆。
13.优选地，所述连接部的长度大于50mm，能够将第一定位部的形心与光学定位部的形心分离开；其中，形心指的是上述部件的几何中心。
14.优选地，所述连接部采用ct值小于+1000hu的刚性材料，所述刚性材料包括塑胶材料、木材、竹材、复合材料或者低密度金属材料。
15.优选地，所述连接部一端为安装部，所述安装部上面和光学定位部下面对应位置上设有连接件，通过所述连接件能实现光学定位部和连接部的固定连接。
16.优选地，所述安装部设有固定连接装置，该固定连接装置为螺纹连接部、卡扣、磁钢、魔术贴或者粘贴物。
17.本实用新型的有益效果是：本实用新型产品将光学标记物与x光标记物分离，既能让光学标记物很好地被光学定位系统检测到，又能通过具有弯折与延长能力的连接杆，使x光标记物完整地出现在x光影像中，以获取手术中多个空间的转换关系。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述的附图仅仅是为了更好地理解本实用新型，而不应该理解为对本实用新型的限制。
19.图1是本实用新型的整体结构图；
20.图2是本实用新型的带折弯的连接部示意图；
21.图3是本实用新型的不带折弯的连接部示意图；
22.图4是本实用新型的光学标记物的正面示意图；
23.图5是本实用新型的光学标记物的背面示意图；
24.图6是本实用新型的折弯部上磁钢或粘贴物的示意图；
25.图7是具体实施方式中用于固定的束缚带的结构示意图；
26.图中标号，1-第一定位部；11-x光标记物；2-光学定位部；21-光学标记物；3-连接部；31-安装部；311-连接件；4-束缚带。
具体实施方式
27.以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
28.如图1-6所示，包括第一定位部1、光学定位部2和连接部3；第一定位部1是用于在x光或ct图像中进行定位；第一定位部1通过连接部3与光学定位部2连接。
29.所述第一定位部1包括x光标记物11，x光标记物11的形状是采用圆球状、方块状、鹿角状或者网格状，所述x光标记物11是ct值大于+500hu的刚性材料，所述刚性材料包括金属、高密度塑料或者陶瓷。
30.所述第一定位部1的尺寸小于光学定位部2的尺寸。
31.所述光学定位部2包括光学标记物21，所述光学标记物21是红外光标记物或者能够被摄像头拍摄识别的可见光标记物。
32.在可见光标记物上设置有易于被摄像头拍摄识别的图案，所述图案至少能提供3个视觉定位点，该图案为棋盘格、网格、多边形、圆形、椭圆形或者圆点。
33.所述红外光标记物为反光小球，任意两个反光小球之间的距离大于30mm，且各个距离的差值大于5mm。
34.所述连接部3是采用直杆、弯曲杆或者弯折杆；而且连接部3的长度大于50mm，能够将第一定位部1的形心与光学定位部2的形心分离开。其中，形心指的是上述部件的几何中心。所述连接部3采用ct值小于+1000hu的刚性材料，所述刚性材料包括塑胶材料、木材、竹材、复合材料或者低密度金属材料。
35.所述连接部3一端为安装部31，所述安装部31上面和光学定位部2下面对应位置上设有连接件311，通过所述连接件311能实现光学定位部2和连接部3的固定连接。
36.所述安装部31设有固定连接装置，该固定连接装置为螺纹连接部、卡扣、磁钢、魔术贴或者粘贴物。
37.工作原理：第一定位部1的ct值较高，其目的是在x光和ct影像中进行成像，从而进行图像分割定位，再利用相应的空间定位算法确定其位姿，第一定位部1的设计必须考虑在侧视角度(因为x光通常是侧向观察)下不容易发生x光标记物11之间的遮挡。光学标记物是通过多目摄像头组对光学定位部的2的定位点进行识别与定位，并基于那些点的空间坐标进一步求解出该标记物在相机坐标系中(可进一步转换到机器人坐标系中)的空间位姿。连接部3采用ct值较低的材料制作而成，避免其对ct或x光的成像造成干扰，通过连接部3可以将第一定位部1和光学标记物21的相对位姿确定下来，以实现换算多个坐标系的转换关系的功能。不同连接部3具有不同程度的弯折或弯曲，医生可以在其中选择最适合的一个，让光学标记物很好地被光学定位系统检测到，并使x光标记物11更接近穿刺部位，从而完整地出现在x光影像中。
38.为了尽可能保证第一定位部1、光学标记物2、连接部3和患者身体保持相对静止，可以直接使用粘贴的方法将标记物粘贴在患者体表，也可以使用如图7所示的束缚带4进行固定，其方式为：
39.1)对束缚带和标记物进行消毒灭菌操作；
40.2)根据ct上的手术规划确定穿刺进针点的大致位置，然后将束缚带上的洞对准那个位置，在束缚带内部的适当位置放置钢片(用于之后磁力吸合)
41.3)束缚带通过魔术贴搭扣进行粘合，根据患者体型对束缚带进行调整，直到穿戴舒适，并不再窜动；
42.4)患者按照手术体位躺着手术床上，铺巾，医生将连接部3上的磁钢透过铺巾和束缚带吸合在钢片上，并进行位姿调整，使机器人在接近穿刺位姿的附近，使标记物处于光学定位系统的工作空间内。
43.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。