一种矩阵针式骨表面坐标映射器制造技术

本发明专利技术涉及一种矩阵针式骨表面坐标映射器，包括有外套管，外套管内设置有测量针，外套管内设置有若干弹性限位组件，测量针套设在弹性限位组件内，测量针为若干保护针与若干采集针构成，保护针的直径大于采集针，外套管内安装有施压组件，施压组件的工作端与采集针的尾端相对应。由此，测量针采用保护针与采集针相互配合，保护针能够令采集针产生内聚作用，排列更为密集并避免其发生形变，获取的坐标更为精确。可以配合气枪使用满足有效的柔性加压，泛用性较好，可适用于各种骨科机器人手术并可拓展至其他外科手术。可以通过激光测距仪存在，对测量针反馈的幅度进行精确采集，获取有效的骨表面坐标点。

A matrix pin type bone surface coordinate mapper

【技术实现步骤摘要】
一种矩阵针式骨表面坐标映射器
本专利技术涉及一种坐标映射器，尤其涉及一种矩阵针式骨表面坐标映射器。
技术介绍
近年来，相继有一些骨科手术机器人投入到临床，如脊柱手术机器人、关节手术机器人等。它们通过骨表面坐标采集及配准技术，使数字骨科手术技术水平得到了很大的提高，对骨科手术向个性化、精确化、微创化方向快速发展起到至关重要的推进作用。对于骨科手术导航及手术机器人系统的关键技术—骨坐标采集及配准方法，可以分为以下几类。1、非接触式骨表面坐标采集技术，其包括：(1)激光扫描。如Robodoc系统早期采取有创的标记物定位，后期在膝关节切开暴露术野后仅使用手持传感设备在关节表面完成标记点定位。(2)线结构光自扫描测量。一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全视觉自扫描测量系统可以实现对复杂自由曲面的快速精确测量。(3)基于机器视觉三维激光线扫描系统。由两个面阵CCD摄像机、一个带有30个参考点(已知坐标)的靶标、一个半导体线激光器、两块图像采集卡、一块运动控制卡、一台PC机及相应的控制硬件和软件组成。利用CCD摄像机获得三维物体的二维图像，实现空间世界坐标系与摄像机平面坐标系之间的透视变换。通过由两个摄像机从不同方向拍摄的两帧二维图像，即可综合测出物体的三维曲面轮廓或三维空间点位。非接触式测量技术可以在不接触被测量物体表面的情况下快速准确地获取物体三维坐标。但是，由于骨科手术呈现个性化、精确化、微创化发展的趋势，微创手术的显露范围必然越来越小，加之受骨膜覆盖、出血、呼吸运动等干扰因素的影响，骨科手术机器人术中大范围剥离骨膜显露骨表面进行非接触式坐标数据采集显然难以实现。2、接触式骨表面坐标采集技术，其包括：(1)基于iGPS和机器人的接触式测量系统。主要由机器人、iGPS(indoorGPS)全局定位系统、接触式探针、手持框架和计算机辅助系统等组成。其中，接触式探针通过手持框架安装在机器人法兰盘末端作为工业机器人的工具端，手持框架上安装iGPS接收器，使iGPS定位系统可以实时获取工具端的坐标。(2)基于扫描白光干涉法的接触式测量其测量方式为将探针组件的平面反射镜置于物镜下方，由平面反射镜反射测量光，与参考光产生干涉条纹，通过调整宽带光干涉装置获得一组稳定的干涉条纹。测量时，将探针压在被测工件上，对于峰谷最大差值小于5μm的表面形貌，计量型垂直位移工作台不扫描，由步进电机驱动X-Y工作台移动，放在其上的工件也跟着移动。当探针相对被测表面移动时，被测表面的微观凹凸不平使探针上下移动，从而引起杠杆另一端的平面反射镜的摆动，使得干涉条纹随之移动。对于峰谷最大差值大于5μm的表面轮廓，干涉条纹移出视场，计量型垂直位移工作台移动，将干涉条纹拉回原位，计量衍射光栅计量垂直位移工作台移动的高度值(大数)，与探针记录的高度值(小数)之和，反映了工件高度的变动。接触式测量具有精度高、重复性好等优点，但是其测量速度慢、效率低、测量范围受限，且产生的数据稀疏。并且该方式常规用于工业，直接应用到医用领域需要进行改造替换，且实施起来不是很便捷。基于上述认识，本申请人已在之前申请了一种测量针可复位的骨表面坐标映射器(申请号2019102874455、2019103380274)。但实际应用中，发现它由于结构问题，其仍存在一次测量数据稀疏、需通过移动增加测量位置提高数据密度等缺陷，这样必须有复杂的高精度移动换位机构辅助方能实现，导致效率低、测量精度可能受限移动影响等不足。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种矩阵针式骨表面坐标映射器，以适应现代微创数字治疗手术技术的需求，提高骨科机器人手术的精度、可靠性及安全性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种矩阵针式骨表面坐标映射器。本专利技术的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，包括有外套管，所述外套管内设置有测量针，其中：所述外套管内设置有若干弹性限位组件，所述测量针套设在弹性限位组件内，所述测量针为若干保护针与若干采集针构成，所述保护针的直径大于采集针，所述外套管内安装有施压组件，所述施压组件的工作端与采集针的尾端相对应。进一步地，上述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其中，所述弹性限位组件为弹性圈，所述弹性圈的外壁与外套管的内部相结合，所述弹性圈的内壁约束连接有测量针。更进一步地，上述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其中，所述外套管的内壁设置有嵌槽，所述弹性圈的外壁嵌入嵌槽内，所述弹性圈至少有两个，分别构成上端弹性圈与下端弹性圈。更进一步地，上述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其中，所述采集针呈矩阵排列，所述保护针环绕排列在采集针的外围。更进一步地，上述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其中，所述施压组件为气枪，所述气枪包括有输气管，所述输气管上连接有衔接头。再进一步地，上述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其中，所述外套管上安装有激光测距仪。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、测量针采用保护针与采集针相互配合，保护针能够令采集针产生内聚作用，排列更为密集，避免采集针发生变形，获取的坐标更为精确。2、可以配合气枪使用满足有效的柔性加压，使保护针与采集针可刺透骨膜(但不刺入骨内)与骨表面理想接触，从而避免骨膜、出血或组织液渗出等因素对骨表面坐标采集的影响，3、泛用性较好，可适用于各种骨科机器人手术并可拓展至其他外科手术。4、可以通过激光测距仪存在，对测量针反馈的幅度进行精确采集，获取有效的骨表面坐标点。5、整体构造简单，便于加工，操作便利。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是矩阵针式骨表面坐标映射器的外部结构示意图(未安装施压组件)。图2是矩阵针式骨表面坐标映射器的剖面结构示意图(未安装施压组件)。图3是保护针、采集针的位置分布仰视图。图4是矩阵针式骨表面坐标映射器的的使用示意图。图中各附图标记的含义如下。1外套管2测量针3弹性限位组件4保护针5采集针6输气管7衔接头8骨表面具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1至4的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，包括有外套管1，外套管1内设置有测量针2，其与众不同之处在于：外套管1内设置有若干弹性限位组件3，测量针2套设在弹性限位组件3内。同时，为了实现使用期间的测量针2的整体保护，测量针2为若干保护针4与若干采集针5构成，且保护针4的直径大于采集针5。这样，可以让保护针4对采集针5来进行保护。并且，为了满足对采集针5尾端的柔性施压，在外套管1内安装有施压组件，施压组件的工作端与采集针5的尾端相对应。结合本专利技术一较佳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩阵针式骨表面坐标映射器，包括有外套管(1)，所述外套管(1)内设置有测量针(2)，其特征在于：所述外套管(1)内设置有若干弹性限位组件(3)，所述测量针(2)套设在弹性限位组件(3)内，所述测量针(2)为若干保护针(4)与若干采集针(5)构成，所述保护针(4)的直径大于采集针(5)，所述外套管(1)内安装有施压组件，所述施压组件的工作端与采集针(5)的尾端相对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种矩阵针式骨表面坐标映射器，包括有外套管(1)，所述外套管(1)内设置有测量针(2)，其特征在于：所述外套管(1)内设置有若干弹性限位组件(3)，所述测量针(2)套设在弹性限位组件(3)内，所述测量针(2)为若干保护针(4)与若干采集针(5)构成，所述保护针(4)的直径大于采集针(5)，所述外套管(1)内安装有施压组件，所述施压组件的工作端与采集针(5)的尾端相对应。


2.根据权利要求1所述的一种矩阵针式骨表面坐标映射器，其特征在于：所述弹性限位组件(3)为弹性圈，所述弹性圈的外壁与外套管(1)的内部相结合，所述弹性圈的内壁约束连接有测量针(2)。


3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张笑凯，
申请(专利权)人：苏州点合医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32