用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架和其校准方法技术

本发明专利技术涉及一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架，其特征在于，该参考架设计为椎间融合器装置，包括：融合器本体，用于植入与病灶相关的两节椎体之间，其具有顶面、底面和侧面，在顶面与底面的中间区域开设有用于填入骨移植材料的开口；用于骨科手术机器人电磁定位导航的传感器装置，其可拆卸地连接在所述椎间融合器装置上；显影装置，用于在医学成像设备采集的图像中显示坐标位置，其固定地设置在所述椎间融合器本体上。本发明专利技术还涉及一种用于校准所述参考架的方法。于校准所述参考架的方法。于校准所述参考架的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架和其校准方法


[0001]本公开涉及一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架。此外，本公开还涉及一种用于校准该参考架的方法。

技术介绍

[0002]机器人辅助骨科手术是骨科手术机器人的一项重要应用。过去外科医生以人手或在手术中大量拍摄的X光照片的协助下，在脊柱骨中放置螺钉以进行复杂的脊柱手术，患者及外科医生存在辐射暴露的风险。此外，脊柱手术中对螺钉放置的精确性要求较高，将螺钉放置于错误或并非最理想的位置的后果非常严重。
[0003]骨科手术机器人能够提供基于电脑化术前规划的指引系统，显著提高准确度及降低错置螺钉的风险。常规骨科机器人脊柱椎弓根置钉手术根据术中规划，置入导针，再通过导针置入空心椎弓根螺钉，最终还是依赖医生进行手动钻孔打钉，置钉效率低。现有的骨科手术机器人一般配备红外导航系统，该导航系统易受术中物品遮挡，以及患者或患者支撑装置移动的影响，造成导航偏差以及手术中断等。
[0004]本专利技术人开发了一种用于手术机器人的电磁导航设备的参考架和具有该参考架的电磁导航系统，其能够规避现有技术中手术机器人的光学导航容易受物体遮挡的缺点并且实现高精度导航。
[0005]在现有技术中已知用于手术机器人的红外导航系统通常将用于追踪的反光小球设置在单独参考架上，而这个参考架离手术区域较远，这导致用于追踪的反光小球也较远。红外导航系统中的这种布置会导致定位导航的较大误差。因此，目前需要寻找适合于骨科手术机器人的电磁定位的可提高骨科手术机器人的定位导航精度的解决方案。

技术实现思路

[0006]本公开要解决的技术问题是，提供一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架，该参考架与电磁定位导航系统配合使用可为手术机器人的运行提供实时的、精准的导航。
[0007]该技术问题在一方面通过一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架解决，该参考架设计为椎间融合器装置，包括：
[0008]‑
融合器本体，用于植入与病灶相关的两节椎体之间，其具有顶面、底面和侧面，在顶面与底面的中间区域开设有用于填入骨移植材料的开口；
[0009]‑
用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置，其可拆卸地连接在所述椎间融合器装置上；
[0010]‑
显影装置，用于在医学成像设备采集的图像中显示坐标位置，其固定地设置在所述椎间融合器本体上。
[0011]通过将参考架设计为椎间融合器装置，在例如脊柱融合术之前无需在骨科手术机器人系统中额外地安装设置在体外的参考架，这可以简化操作工序，省去单独作为参考架
设计的设备并因此节约了设备成本。
[0012]此外，由于将参考架设计为椎间融合器装置，其上可拆卸地安设的定位传感器装置离待手术区域足够近，并且通过电磁导航定位系统实时定位椎间融合器，避免了手术对象等运动引入的误差，大大提高了定位的精度和准确度。
[0013]为了获得准确的配准数据，显影装置设计为至少三个钽标记，所述至少三个钽标记作为标记装置分散地布置在所述融合器本体上，由此，能够计算出医学成像设备坐标到电磁空间坐标的配准矩阵。进一步优选地，将显影装置设计为四个钽标记，由此，能够获得较准确的配准效果。这种配准效果还取决于钽标记在融合器本体上的分散程度，如果钽标记在融合器本体上的分散程度越高，就可以得到更精准的配准效果。
[0014]在一种扩展方案中规定，融合器本体的顶面和底面分别至少部分地设有防滑部，用于增大所述两节椎体与之接触的表面摩擦阻力。优选地将防滑部设计为倒齿，其尤其用于防止融合器本体从两节椎体之间脱出并且均匀地分布在所述融合器本体的顶面和底面的整个面上。
[0015]为了将定位传感器装置稳固地安装在参考架，尤其是椎间融合器装置的椎间融合器本体上并且考虑到椎间融合器装置置入两节相关脊椎之间或从其中取出的便利性，在所述融合器本体的侧面上设有用于可拆卸地连接所述定位传感器装置的孔，其中，所述连接以摩擦配合的方式进行。
[0016]在另一种扩展的方案中规定，在所述融合器本体的侧面开设有至少一个开口，用于定位在用于校准参考架的校准装置上，该至少一个开口与所述校准装置上的凸起形状配合地连接或插接式连接或卡接式连接。
[0017]如果在所述融合器本体的侧面仅开设一个用于定位在用于参考架的校准装置上的开口，该开口的横截面呈非圆形，优选多边形或椭圆形，则只需要在融合器本体的侧面用最少的开口，即一个开口来保证用于校准位置的校准装置对参考架，尤其是本公开的椎间融合器的定位，因为开口的非圆形，优选多边形或椭圆形截面能够通过与椎间融合器本体上的对应凸起形状配合地连接而限制安装在其上的椎间融合器装置围绕凸起转动。仅一个这种形状的开口的设计尤其在融合器本体较小时其用于开设开口的部位或者说空间很小的情况下是非常有利的。
[0018]当然也可以在所述融合器本体的侧面开设两个或更多个用于定位在用于参考架的校准装置上的开口，该开口的横截面呈圆形，这种横截面形状的开口更容易加工，因此融合器本体的制造也相应更容易。
[0019]本专利技术的技术问题在另一方面可以通过用于校准上述参考架的方法解决，所述方法包括步骤：
[0020]S1：提供用于参考架的校准装置，在所述校准装置上设置有用于定位所述参考架，尤其是椎间融合器装置的定位装置并且固定不动地安装有校准传感器装置，其中，通过该校准装置可以确定定位传感器装置和显影装置之间的位置关系矩阵，以获取显影装置在电磁空间中坐标。
[0021]S2：通过所述定位装置将所述参考架，尤其是椎间融合器装置定位在校准装置上；
[0022]S3：在用于电磁定位导航的电磁场下分别获取定位传感器装置和校准传感器装置在电磁空间中的坐标；
[0023]S4：根据获取的所述坐标计算从校准传感器装置到定位传感器装置的转换矩阵；
[0024]S5：基于显影装置和校准传感器装置在校准装置中预先规定的布置确定校准传感器装置和显影装置的位置关系；
[0025]S6：根据计算出的转换矩阵和已确定的位置关系计算定位传感器装置和显影装置之间的位置关系矩阵。
[0026]作为补充，为了减少算出的位置关系矩阵的误差并因此进一步提高对显影体的电磁定位精度，在完成步骤S6之后还可以附加地执行步骤S7：在用于电磁定位导航的电磁场中移动校准装置，其中，移动的形式可以是平移，也可以转动，但优选转动，以获得校准装置的多个不同的姿态，其中，在每一个姿态下重复进行步骤S3
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S6，以获取定位传感器装置和显影装置之间的多个位置关系矩阵，并且对所述多个位置关系矩阵求出平均的位置关系矩阵。
[0027]在进一步的扩展方案中规定，所述校准装置具有顶侧和底侧，在其顶侧上具有用于容纳至少一个参考架的至少一个凹处，其深度设计为与参考架的高度相应并且在所述至少一个凹处中设有定位装置。
[0028]在另一个扩展方案中规定，在步骤S2之后且步骤S3之前，附加地执行步骤S2`本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于骨科手术机器人电磁定位导航的参考架，其特征在于，该参考架设计为椎间融合器装置，包括：
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融合器本体，用于植入与病灶相关的两节椎体之间，其具有顶面、底面和侧面，在顶面与底面的中间区域开设有用于填入骨移植材料的开口；
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用于骨科手术机器人电磁定位导航的定位传感器装置，其可拆卸地连接在所述椎间融合器装置上；
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显影装置，用于在医学成像设备采集的图像中显示坐标位置，其固定地设置在所述椎间融合器本体上。2.根据权利要求1所述的参考架，其特征在于，所述显影装置设计为至少三个钽标记，所述至少三个钽标记作为标记装置分散地布置在所述融合器本体上。3.根据权利要求2所述的参考架，其特征在于，所述显影装置设计为四个钽标记。4.根据权利要求2或3所述的参考架，其特征在于，所述融合器本体的顶面和底面分别至少部分地设有防滑部，用于增大所述两节椎体与之接触的表面摩擦阻力。5.根据权利要求4所述的参考架，其特征在于，所述防滑部设计为倒齿，其均匀地分布在所述融合器本体的顶面和底面的整个面上。6.根据权利要求1或2所述的参考架，其特征在于，在所述融合器本体的侧面上设有用于可拆卸地连接所述定位传感器装置的孔，其中，所述连接以摩擦配合的方式进行。7.根据权利要求1所述的参考架，其特征在于，在所述融合器本体的侧面开设有至少一个开口，用于定位在用于校准参考架的校准装置上，该至少一个开口与所述校准装置上的凸起形状配合地连接或插接式连接或卡接式连接。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述融合器本体的侧面仅开设一个开口，该开口的横截面呈非圆形。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述融合器本体的侧面开设两个或更多个开口，这些开口的横截面呈圆形。10.一种用于校准根据权利要求1至9之一所述的参考架的方法，所述方法包括步骤：S1：提供用于对椎间融合器装置校准的校准...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：春风化雨苏州智能医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：