CN211156332U - 患者示踪器及手术定位*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种患者示踪器及手术定位***。其中所述患者示踪器包括：第一示踪面，包括至少三个不共线的第一红外发射器；第二示踪面，与第一示踪面固定，第二示踪面包括至少三个不共线的第二红外发射器；其中，第一示踪面与所述第二示踪面之间的夹角为α，0°＜α＜180°；所述至少三个第一红外发射器的排布形状不同于所述至少三个第二红外发射器的排布形状。手术定位***包括所述患者示踪器。本实用新型的患者示踪器包括了不止一个示踪面，为导航相机提供了更广阔的可视视角，减小了手术中导航相机无法识别患者手术部位的情况发生。

Description

患者示踪器及手术定位***

技术领域

本实用新型涉及一种患者示踪器及手术定位***，特别是一种包括多个示踪面的患者示踪器及手术定位***，属于医疗器械制造领域。

背景技术

在骨科手术机器人辅助定位、导向进行的医疗手术过程中，需要确定患者手术部位的位置。患者手术部位的确定，是通过建立包括患者手术部位，手术器械位置，相机位置在内的坐标***来达成。患者手术部位的定位在整个手术过程中至关重要，其中坐标系的建立、患者手术部位的坐标位置的确定、以及实时位置追踪决定了整个手术的精度和安全性。

发明人提出了一种患者示踪器，为公开号为CN 107468351A的中国发明专利申请，用于定位手术中患者手术部位。图1示意性显示了该患者示踪器的结构。如图1所示，患者示踪器(也就是手术定位装置1)是在一个平面支架1-1上固定4个红外反光球1-2和不透X光的定位点1-3。反光球1-2被光学***识别的光学跟踪标志点，进而实现对患者示踪器的光学跟踪。在支架1-1上还设置有四个以上的不透X光的定位点1-3，定位点1-3在由CT机等三维成像设备扫描形成的三维图像中可以被识别，从而使上位机可以根据定位点1-3的分布进行空间定位计算。进而机器人集合导航其它坐标系来达到定位的目标。

发明人发现，在光学跟踪患者示踪器的过程中，需要示踪器示踪面的法向和导航相机的法向夹角小于特定值，才能实现跟踪，一旦该夹角大于特定值，无法识别患者手术部位位置，导致跟踪失败。在另外一种情况中，也存在导航相机无法识别患者示踪器的情形：在手术过程中经常需要使用C型X射线机器来透视患者术中影像，C型X射线机经常会位于导航相机和示踪器之间，由于C型X射线机的遮挡，使得患者示踪器丢失而无法被导航相机识别。尤其是在骨盆手术中，经常需要拍摄大范围图像，并且需要从患者示踪器的两侧都需要拍摄透视图。这样无论如何调整导航相机和患者示踪器的位置，都存在导航相机无法识别到某侧的患者示踪器，导致手术中对患者位置坐标的丢失。

实用新型内容

本实用新型涉及一种患者示踪器，可以减小手术中患者手术部位无法被导航相机识别的情况发生。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种患者示踪器，包括：

第一示踪面，包括至少三个不共线的第一红外发射器；

第二示踪面，与第一示踪面固定，第二示踪面包括至少三个不共线的第二红外发射器；其中，

所述第一示踪面与所述第二示踪面之间的夹角为α，0°＜α＜180°；

至少三个第一红外发射器的排布形状不同于至少三个第二红外发射器的排布形状。

根据一些实施例，第一示踪面与第二示踪面之间的夹角α＝60°。

根据一些实施例，患者示踪器还包括下支撑，下支撑固定连接于第一示踪面和第二示踪面。

根据一些实施例，下支撑与第一示踪面、第二示踪面构成镂空结构。

根据一些实施例，本实用新型的患者示踪器还包括：

第三示踪面，包括至少三个第三不共线的红外发射器；

第三示踪面和第一示踪面、以及第二示踪面两两相连固定；其中，至少三个第一红外发射器的排布形状、至少三个第三红外发射器的排布形状以及至少三个第二红外发射器的排布形状各不同。

根据一些实施例，第一示踪面、第二示踪面、第三示踪面中相邻两个示踪面之间的夹角相等。

根据一些实施例，患者示踪器还包括下支撑，下支撑固定连接于第一示踪面、第二示踪面和第三示踪面。

根据一些实施例，下支撑与第一示踪面、第二示踪面、第三示踪面构成镂空结构。

根据一些实施例，下支撑为平板，第一示踪面、第二示踪面、第三示踪面与下支撑的夹角相等。

本实用新型还涉及一种手术定位***，包括上述任意一种的患者示踪器。

本实用新型提出的患者示踪器包括了不止一个示踪面，与只有一个示踪面的现有技术比较，本公共的示踪器为导航相机提供了更广阔的可视视角，可以在X射线机在扫描图像过程中，确保患者示踪器都能够有效地被导航相机识别，减少了手术中导航相机无法识别患者手术部位的情况发生，并保证整体的精度。

附图说明

图1是现有示踪器结构示意图；

图2是本实用新型双面示踪器的立体示意图；

图3是本实用新型双面示踪器的俯视图；

图4是本实用新型双面示踪器的使用状态图；

图5是本实用新型三面示踪器的立体示意图；

图6是本实用新型三面示踪器的俯视图；

图7是本实用新型三面示踪器的使用状态图；

图8是单面患者示踪器可被识别范围的示意图；

图9是呈60°角度双面患者示踪器可被识别范围的示意图。

图中：

患者示踪器1、10、20；平面支架1-1；红外反光球1-2；定位点1-3；

第一示踪面11、21；第一红外发射器111，211；第一红外接收器112；

第二示踪面12、22；第二红外发射器121，221；

第三示踪面23；第三红外发射器231；

下支撑15；

棘突夹J；

示踪面法向O；

导航相机法向H；

O与H的夹角θ；

区域Q、M、N。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本实用新型的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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。

双面示踪器实施例

图2是本实用新型双面示踪器的立体示意图，图3是本实用新型双面示踪器的俯视图，图4是本实用新型双面示踪器的使用状态图。结合图2、图3和图4所示，本实用新型涉及一种双面患者示踪器10。双面患者示踪器10包括第一示踪面11和第二示踪面12。第一示踪面11包括四个第一红外发射器111，一个第一红外接收器112(如图4所示)，以及一个触发器(图未示)。第二示踪面12包括四个第二红外发射器121，一个第二红外接收器以及一个触发器(图未示)。第一示踪面11和第二示踪面12以60°夹角被固定。如图3所示，四个第一红外发射器111在第一示踪面11上的排布形状，和四个第二红外发射器121在第二示踪面12上的排布形状不同，以便导航相机能够区别检测到的示踪面。

患者示踪器10还包括平板状的下支撑15，下支撑15固定连接于第一示踪面11和第二示踪面12。下支撑15与每个示踪面的夹角均为60°。在下支撑15的底面固定有安装接头，方便与其他夹具连接。在本实施例中，下支撑15的底面是指远离第一示踪面11和第二示踪面12的面。

下支撑15不止为平板状，也可以为支撑架，将第一示踪面和第二示踪面二者以确定的角度固定连接为一个整体，并将该整体连接到其他连接件，如棘突夹J。

下支撑15与第一示踪面11和第二示踪面12三块板构成双面患者示踪器，中间构成镂空结构，如图2所示，下支撑15与第一示踪面11和第二示踪面12三块板构成中空的三棱柱状，三棱柱的两个端面开口，构成镂空结构，可减小患者示踪器的重量。

本实用新型的双面患者示踪器，两个示踪面不局限于60°，只要二者不共面，相对于单面患者示踪器而言，提供给导航相机的可视范围就有所增加，即第二示踪面与第一示踪面之间的夹角为α，0°＜α＜180°，α可在0-180°之间根据需要选择。

第一示踪面11与第二示踪面12之间的固定，可如图2所示的相互接触固定，也可借助其他如支撑架等器具间隔固定，本实用新型并不限制。

双面示踪器能够避免手术过程中由于患者示踪器被挡、患者定位失效导致的手术失败；避免需要双侧X射线机扫描时，患者位置丢失时患者移动而导致的精度下降，降低医患风险。

三面示踪器实施例

图5是本实用新型三面示踪器的立体示意图；图6是本实用新型三面示踪器的俯视图，图7是本实用新型三面示踪器的使用状态图。结合图5、图6和图7所示，本实用新型涉及一种三面的患者示踪器20。患者示踪器20包括第一示踪面21、第二示踪面22和第三示踪面23。三个示踪面两两相连固定，形成如图所示的截三棱锥形状。其中，第一示踪面21包括四个第一红外发射器211，一个第一红外接收器以及一个触发器(图未示)。第二示踪面22包括四个第二红外发射器221，一个第二红外接收器以及一个触发器(图未示)。第三示踪面23包括四个第三红外发射器231，一个第三红外接收器以及一个触发器(图未示)。每个面上四个红外接收器的排布形状各不相同，供导航相机能够将检测到的示踪面区别开来。

在本实施例中，第一示踪面21、第二示踪面22和第三示踪面23中相邻的两个示踪面之间的夹角相等，形成如图6所示的正截三棱锥的形状。

患者示踪器20还包括下支撑，下支撑为平板形状，固定连接于第一示踪面21、第二示踪面22和第三示踪面23，形成中空结构。下支撑与每个示踪面形成的夹角均相等，形成截三棱锥的规则形状，方便组装、包装、储藏以及运输。

下支撑还可以是支撑架，将第一示踪面、第二示踪面和第三示踪面两两之间以确定的角度固定连接为一个整体，三者可相互接触固定，也可以非共面、非接触的形式被固定在下支撑上。下支撑将三个示踪面的整体连接到其他连接件，如棘突夹J。

本实用新型还涉及一种手术定位***，包括上述被提及的任意一种患者示踪器，提供的患者手术部位被检测的视角范围更广。

本实用新型两个或两个以上示踪面构成的患者示踪器的工作原理为：

每个示踪面上红外发射器的排布规则、示踪原理，与单面示踪器的相同。患者示踪器的每个示踪面上设置一个红外接收器和至少三个红外发射器，配备一个触发开关，触发开关与红外接收器和红外发射器信号连接。每个示踪面上红外发射器的排布形状不同。

红外接收器接收导航相机发出的红外信号，之后，触发开关触发红外发射器发射红外信号。导航相机接收到红外发射器发射红外信号，由三个红外发射器的排布形状，确定示踪面。由红外发射器的位置确定患者手术部位的坐标。若红外发射器有四个，则手术***利用多余的一个验证另外三个红外发射器所在平面的坐标位置。

***捕捉到的红外发射器发射的信号，依据红外发射器的排布形状来判断对应的示踪面。每个示踪面之间具有固定的位置对应关系，通过该对应关系，能在手术中，将对一个示踪面的跟踪与检测到的其他示踪面相关联，在先检测到的示踪面已经建立的坐标系中使用再次检测到的示踪面继续代表患者手术部位，为手术提供患者手术部位坐标。

图8是单面患者示踪器提供的可被识别范围的示意图，图9是呈60°角度双面患者示踪器提供的可被识别范围的示意图。以示踪面上一个红外发射器为例，用图8、图9来示意性说明本实用新型能为导航相机提供更广泛的识别视角。

红外发射器为发光二极管，发光的物理球心变小，可以将每个面的发光点的距离缩小。满足导航相机最小识别距离的要求。如图8所示，红外发射器的发光面的法向与示踪面的法向相同，命名为O向，与导航相机的法向H之间，所成的夹角为θ，只有当θ小于30°的时候，导航相机才能识别到该红外发射器。即在红外发射器法向30°内的圆锥范围，在图8显示的XY平面中剖面线所标记的区域Q，是示踪器的可被识别范围。超出该范围，导航相机无法识别患者示踪器。

图9示意了本实用新型60°双面患者示踪器可被识别范围的示意图。如图9所示，第一示踪面11与第二示踪面12之间呈60°夹角。则示踪器在图9所示的XY平面中可被识别范围是剖面线标记的区域M、N。

显然，双面患者示踪器可被识别范围比单面患者示踪器的大。

再如图9所示，两个示踪面之间的夹角，可根据手术各案的要求做调整制作特定的示踪器，来灵活的确定示踪器被识别范围。如将图9中两示踪器之间的夹角增大，则区域M、N绕其原点向示踪器中心线旋转；如将图9中两示踪器之间的夹角减小，则区域M、N绕其原点向示踪器中心线反向旋转。以此来适应手术中导航相机的位置。因此，双面患者示踪器可被识别范围可以灵活调整。

而三面患者示踪器，其可被识别范围，在三维空间内进一步扩大，依照本实用新型的发明宗旨，三面患者示踪器每两个面之间的夹角也是可随着使用的要求进行特别定制，以此来得到合适的被识别范围。

在一些实施例中，第一示踪面、第二示踪面以及第三示踪面可以是如图2、图5中所示的平板的形状，还可以设计成镂空的支架，只要红外发射器的排列构成一个在手术坐标***内能确定的“面”，即可实现“示踪”的目的，示踪面连同下支撑构成镂空的结构。镂空结构的重量更小，更符合医疗器械的“轻”的要求。

三点确定一个平面，基于该原理，手术定位***的三维空间根据示踪器上至少三个红外发射器确定示踪面，因此，本实用新型所述的每个示踪面上的多个红外发射器是不共线的，特此说明。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明本实用新型而非限制本发明本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明本实用新型的精神和范围的前提下对本发明本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种患者示踪器，其特征在于，包括：

第一示踪面，包括至少三个不共线的第一红外发射器；

第二示踪面，与所述第一示踪面固定，所述第二示踪面包括至少三个不共线的第二红外发射器；其中，

所述第一示踪面与所述第二示踪面之间的夹角为α，0°＜α＜180°；

所述至少三个第一红外发射器的排布形状不同于所述至少三个第二红外发射器的排布形状。

2.根据权利要求1所述的患者示踪器，其特征在于，所述第一示踪面与所述第二示踪面之间的夹角α＝60°。

3.根据权利要求1或2所述的患者示踪器，其特征在于，所述患者示踪器还包括下支撑，所述下支撑固定连接于所述第一示踪面和所述第二示踪面。

4.根据权利要求3所述的患者示踪器，其特征在于，所述下支撑与所述第一示踪面、所述第二示踪面构成镂空结构。

5.根据权利要求1所述的患者示踪器，其特征在于，还包括：

第三示踪面，包括至少三个不共线的第三红外发射器；

所述第三示踪面和所述第一示踪面、所述第二示踪面两两固定；其中，

所述至少三个第一红外发射器的排布形状、所述至少三个第二红外发射器的排布形状以及所述至少三个第三红外发射器的排布形状各不同。

6.根据权利要求5所述的患者示踪器，其特征在于，所述第一示踪面、所述第二示踪面、所述第三示踪面中相邻两个示踪面之间的夹角相等。

7.根据权利要求5所述的患者示踪器，其特征在于，所述患者示踪器还包括下支撑，所述下支撑固定连接于所述第一示踪面、所述第二示踪面和所述第三示踪面。

8.根据权利要求7所述的患者示踪器，其特征在于，所述下支撑与所述第一示踪面、所述第二示踪面、所述第三示踪面构成镂空结构。

9.根据权利要求7所述的患者示踪器，其特征在于，所述下支撑为平板，所述第一示踪面、所述第二示踪面、所述第三示踪面与所述下支撑的夹角相等。

10.一种手术定位***，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的患者示踪器。

Images