本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种探针配准装置和方法。
背景技术
颅脑内部疾病，如帕金森病、癫痫、肿瘤或血肿等通常要经过外科定向手术才能清除或根治。外科手术过程中，首要的问题是确定活检针或穿刺针的具体位置，对活检针或穿刺针等手术工具的精确定位，以实现手术过程的可视化。
这个过程中，需要将颅内脑组织的坐标系与医疗设备的坐标系进行耦合或配准，然后明确活检针或穿刺针等手术工具与医疗机器人的相对位置关系，当医疗机器人与所拍摄的医学影像进行关联时，根据上述相对位置关系即可从显示设备上看到活检针或穿刺针等探针工具的具体位置。其中，颅内脑组织坐标系是通过电子计算机x线体层扫描技术(ct)或磁共振技术(mri)等医学影像扫描技术的断层图像重建病人颅内空间并构建坐标系以联系颅内脑组织的位置关系，此过程可同时确定病灶或颅骨表面标记点的具体方位，并取得其颅内坐标值。医疗设备坐标系是指医疗机器人或其它医疗设备操作时所使用的坐标系。
目前，医疗机器人包括机械臂和固接于机械臂上的手术探针，在使用手术探针进入颅脑进行手术时，需要对手术探针的位置和所拍摄的医学影像进行配准，并且需要快速精确地检测手术探针的直径，以便快速进行不同直径和长度的种植钻针之间的更换，这就需要一种能对手术探针的位置、直径和长度进行定位或检测的工具。现有的探针配准工具在更换不同尺寸的钻针时，需要频繁进行方向校准，从而为手术操作带来了极大的不便。
技术实现要素：
本发明公开了一种探针配准装置，用于配合外科手术探针使用，探针连接于外科手术机械臂设备，机械臂设有第一定位追踪标记，探针配准装置包括位于同一基体平面或相平行的不同基体平面上的定位追踪标记部和探针检测部，定位追踪标记部的基体前表面设有第二定位追踪标记，探针检测部设有垂直于所示基体平面的定位装置。
优选地，定位装置为定位销和/或定位孔，且所述定位孔具有一个或多个不同直径。
进一步地，当同时设置有定位销和定位孔时，可将定位销设置于基体前表面，定位孔设置于基体后表面。
优选地，定位追踪标记部为x形结构体，第二定位追踪标记位于x形结构体的各个端部；探针检测部为y形结构体，y形结构体下部设有波浪状握持部。
进一步地，探针检测部的上部包括用于夹持定位追踪标记部的前平板和后平板，探针检测部和定位追踪标记部之间由紧固装置进行固定。
优选地，x形结构体和y形结构体的各处边缘呈圆弧状平滑过渡。
进一步地，定位追踪标记为一个或多个具有特征点的黑白图形。
本发明还公开了一种探针配准方法，使用如上所述的探针配准装置进行配准定位，包括：将定位销插入机械臂上的探针插入孔，使得探针插入孔的中心轴垂直于基体平面，追踪机械臂的第一定位追踪标记和探针配准装置上的第二定位追踪标记，根据第一定位追踪标记和第二定位追踪标记所确定的空间坐标系之间的位置关系，得到探针插入孔相对于机械臂的方向；或者将探针针尾安装在探针插入孔中，使得探针轴向垂直于基体平面，追踪机械臂的第一定位追踪标记和探针配准装置上的第二定位追踪标记，根据第一定位追踪标记和第二定位追踪标记所确定的空间坐标系之间的位置关系，得到探针相对于所述机械臂的方向。
进一步地，上述探针配准方法还包括以下步骤：确定探针直径，将探针针尖插入定位孔，根据定位孔的直径来确定探针的直径。
如上，本发明涉及的探针配准装置和方法，用于配合外科手术探针使用，探针连接于进行外科手术的机器人的机械臂设备，医护人员手持该装置进行操作，利用探针检测部的巧妙设计可以很方便地确定探针的直径和探针相对于机械臂的方向，以便通过追踪机械臂上的第一定位追踪标记将探针的位置实时反应到ct影像上，实现外科手术的可视化，由于定位追踪标记部和探针检测部位于同一基体平面或者相平行的基体平面上，使用定位销或定位孔确保探针插入孔或探针垂直于基体平面之后，当再次更换探针时，无需对探针方向重新进行校准，从而能够缩短配准时间，提高手术效率，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为本发明第一实施例所公开的探针配准装置的整体结构示意图；
图2为本发明第一实施例所公开的探针配准装置的另一整体结构示意图；
图3为本发明第二实施例所公开的探针配准方法的流程图。
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、前、后即视为本说明书中所述的探针配准装置的上、下、左、右、前、后。
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和图2所述，本实施例公开了一种探针配准装置100，用于配合外科手术探针使用，探针连接于外科手术机械臂设备，机械臂设有第一定位追踪标记，探针配准装置100包括位于同一基体平面或相平行的不同基体平面上的定位追踪标记部10和探针检测部20，定位追踪标记部10的基体前表面设有第二定位追踪标记11，所示探针检测部设有垂直于所示基体平面的定位装置21。
本实施例的探针配准装置100，用于外科手术中配合用于进行钻孔的机械臂使用，机械臂上设有第一定位追踪标记，机械臂根据其上的第一定位追踪标记与ct影像进行联系。在机械臂前端设有配合探针插入的插入孔，以便插入固定探针，本实施例的探针配准装置利用定位销或定位孔来进行方向定位，使得探针插入孔或探针的中心轴垂直于本实施例的基体平面，当探针安装在机械臂上之后，追踪定位追踪标记部的第二定位追踪标记，通过第二定位追踪标记所确定的空间坐标系和机械臂上第一定位追踪标记所确定的空间坐标系之间的位置关系，确定探针相对于机械臂的方向，并可以利用探针检测部的限位检测孔来确定探针的直径，操作上十分方便；当需要更换探针时，也无需再次进行方向校准，进一步提高了手术的效率和成功率，具有很好的实用性。
本实施例中，定位装置21可以为定位销21a，也可以为定位孔21b，定位销21a和定位孔21b的中心轴均垂直于基体平面，当未安装探针时，将定位销21a插入探针插入孔以确保探针插入孔的中心轴垂直于基体平面，当安装探针时，将探针插入定位孔21b来确保探针中心轴垂直于基体平面。
本实施例的基体包括定位追踪标记部10和钻针检测部20，优选地，定位追踪标记部10和钻针检测部20可以为一体成型的同一基体的两部分结构，该两部分位于同一基体平面上，或者定位追踪标记部10和钻针检测部20也可以位于相互平行的两个基体平面上，以保证本实施例的钻针配准装置只需进行一次方向校正。
本实施例中，如图1所示，定位追踪标记部10可以设计为x形结构体，本实施例的x形结构体各个端部可以为原盘，其中的一个或多个原盘上设有黑白图形构成的第二定位追踪标记11，优选地，本实施例的定位追踪标记部10上至少设有三个第二定位追踪标记11，第二定位追踪标记11各自包括可被追踪的特征点，至少三个特征点便于确定本实施例的探针配准装置所在的空间坐标系。本实施例的第二定位追踪标记11为一个或多个具有特征点的黑白图形，如图1所示，在x形结构体的四个分支的端部各自设置一个具有特征点的圆形的黑白图形，使得配准定位更为准确。
进一步地，本实施例的探针检测部20为y形结构体，y形结构体的主杆朝上固定连接于x形结构体的中心，优选地，y形结构体的主杆包括用于夹持作为定位追踪标记部10的x形结构体的前平板20a和后平板20b，x形结构体和y形结构体可通过螺栓等固定装置进行固定。在y形结构体的两个分支朝下便于操作者握持，且其两侧各自设有相对应的波浪状结构，该设计便于人手对本实施例的探针配准装置进行握持，增加了操作的便利性。本领域技术人员也可以想到，探针检测部20不仅仅限于本实施例的y形结构体，也可以为其他便于握持的基体结构。
在探针检测部20的基体表面设置有垂直于该基体表面的定位销21a，使用时，将定位销21a插入机械臂上的探针插入孔，以确保探针插入孔的中心轴始终垂直于探针检测部20的基体表面，继而确保探针插入孔的中心轴垂直于定位追踪标记部所在的基体表面，如此一来，当探针固接到探针插入孔中之后，便可以得到探针在第二定位追踪标记所确定的空间坐标系中的方向。根据第二定位追踪标记所确定的空间坐标系和机械臂上第一定位追踪标记所确定的空间坐标系之间存在一定的位置关系，从而确定探针相对于机械臂的方向。
进一步地，探针检测部20的基体表面还可以设有定位点21b，如图2所示，在探针检测部20的表面设有一个或多个不同直径的槽孔作为定位点21b，当设有多个槽孔时，各个槽孔的直径不同，从而能够对不同探针的直径进行检测；各个槽孔可以呈行列或星盘状分布，且相邻的槽孔的直径顺次递增或递减，可以在有限的空间内最大限度地设置数量多的槽孔。当探针针尖插入定位点21b时，一方面可利用限位检测孔22对针尖的位置进行限位，以避免钻针发生位置偏移，操作上十分便利；另一方面，可以得到探针在第二定位追踪标记所确定的空间坐标系中的方向，根据第二定位追踪标记所确定的空间坐标系和机械臂上第一定位追踪标记所确定的空间坐标系之间存在一定的位置关系，从而确定探针相对于机械臂的方向。
本实施例中，当同时设置有定位销21a和定位孔21b时，可以将定位销21a设置于探针检测部20的基体前表面20a，作为定位孔21b的一个或多个不同直径的槽孔设置于探针检测部20的基体后表面20b，这样能够充分利用有限的器械空间，便于减小器械体积，节省材料和降低成本。
优选地，本实施例的探针配准装置100的各个构成部分的各边缘均呈圆弧状平滑过渡例如y形结构体下部的两个分支之间的相连接部分为内凹的圆弧状过渡，该设计能够防止操作者手持其中一个分支进行操作时，碰触到较为尖锐的棱角而对手部造成的损伤。再例如y形结构体的下端均为圆角设计，同样可以防止操作者握持本实施例的探针配准装置进行操作时，由比较尖锐的棱角而对人手造成的误伤。
第二实施例
本发明第二实施例还公开了一种探针配准方法，使用如上所述的探针配准装置进行配准定位，如图3所示，包括以下步骤：
步骤s31，将定位销插入机械臂上的探针插入孔，使得探针插入孔的中心轴垂直于基体平面，或者将探针针尾安装在探针插入孔中,并将探针针尖插入定位孔中，使得探针轴向垂直于基体平面；
步骤s32，追踪机械臂的第一定位追踪标记和探针配准装置上的第二定位追踪标记，根据第一定位追踪标记和第二定位追踪标记所确定的空间坐标系之间的位置关系，得到探针插入孔相对于机械臂的方向。
优选地，本实施例的探针配准方法还可以包括：
步骤s33，确定探针直径，将探针针尖插入定位孔，根据定位孔的直径来确定探针的直径。
其中，上述步骤中的探针配准装置用于配合外科手术探针使用，探针连接于外科手术机械臂设备，机械臂设有第一定位追踪标记，探针配准装置包括位于同一基体平面或相平行的不同基体平面上的定位追踪标记部和探针检测部，定位追踪标记部的基体前表面设有第二定位追踪标记，所示探针检测部设有垂直于所示基体平面的定位装置，定位装置可以为定位销或定位孔。
本实施例中，可根据机械臂上的第一定位追踪标记和定位追踪标记部的第二定位追踪标记来确定探针相对于机械臂的方向，由于探针针尖的位置可根据探针本身结构进行定位追踪，而机械臂的实体位置与ct图像相联系，从而能够将探针的实体位置也反映到ct图像上，实现手术操作可视化。
综上所述，本发明涉及的探针配准装置和方法，用于配合外科手术探针使用，探针连接于进行外科手术的机器人的机械臂设备，医护人员手持该装置进行操作，利用探针检测部的巧妙设计可以很方便地确定探针的直径和探针相对于机械臂的方向，以便通过追踪机械臂上的第一定位追踪标记将探针的位置实时反应到ct影像上，实现外科手术的可视化，由于定位追踪标记部和探针检测部位于同一基体平面或者相平行的基体平面上，当再次进行探针更换时，无需对探针方向重新进行校准，从而能够缩短配准时间，提高手术效率，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。