一种CT定位标定手术入路标定器械及方法技术

本发明专利技术公开一种CT定位标定手术入路标定器械及方法，包括：夹持器、锁止器、器械适配器、适配套管、导引器；所述夹持器包括夹持器座；所述夹持器座上端固定有横向套筒；所述夹持器座下端固定有槽口；所述器械适配器包括适配器座与弹簧；所述弹簧通过弹簧卡槽卡在适配器座上；所述导引器结构为实心杆状结构，尾端为钝尖，头端为圆柱形结构，外有凸耳；使用时将尾端插入适配器套管，与器械适配器配合使用。本发明专利技术仅借助CT设备及本器械，即可实现手术入路精确标定，大大简化了手术机器人设施配置及其操作步骤上手容易，体积便携，不但有利于提高手术入路判定效率，也降低了机器人系统成本，利于普及推广应用。于普及推广应用。于普及推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种CT定位标定手术入路标定器械及方法


[0001]本专利技术属于智能外科领域，具体涉及一种CT定位标定手术入路标定器械及方法。

技术介绍

[0002]传统手术入路点的确定对操刀医生的专业性、技术能力和临床经验要求非常高。从尽可能减少患者创面并提高手术成功率目标出发，操刀医生往往需要凭借长年临床工作经验和操刀技巧才能确保手术入路点准确率。为减少对操刀医生的经验技术依赖，提高手术入路准确率，国内外争相研究机器人手术机器人及其配套系统和算法。采用机器人系统进行手术入路定位时，目前市面上主要借助CT拍摄三维图像进行图像重构后，采用光学或磁感技术进行追踪配准。这种方法涉及
多、设备昂贵、操作繁琐、算法复杂，阻碍了手术机器人系统的普及应用。因此，亟需一种CT定位标定手术入路标定器械及方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种CT定位标定手术入路标定器械及方法，以解决采用机器人系统进行手术入路定位时，目前市面上主要借助CT拍摄三维图像进行图像重构后，采用光学或磁感技术进行追踪配准。这种方法涉及
多、设备昂贵、操作繁琐、算法复杂，阻碍了手术机器人系统的普及应用的问题。
[0004]本专利技术提供一种CT定位标定手术入路标定器械，包括：夹持器、锁止器、器械适配器、适配套管、导引器；
[0005]所述夹持器包括夹持器座；所述夹持器座上端固定有横向套筒；所述夹持器座下端固定有槽口；
[0006]所述锁止器包括一种中空环形结构的锁止器座，所述锁止器座侧面环面上的杆固定孔焊接有杆一和杆二；所述杆一和杆二的末端分别固定有测量环支座一和测量环支座二；测量环支座一和测量环支座二上分别安装有测量环一和测量环二；所述测量环一和测量环二为长杆结构，末端焊接有圆环；所述测量环支座一和测量环支座二后侧设有紧定螺钉；所述锁止器座环形中部设有限位销；所述锁止器座端面下侧的两个方形凹槽沿限位销与锁止器轴心连线对称；
[0007]所述器械适配器包括适配器座与弹簧；所述弹簧通过弹簧卡槽卡在适配器座上；
[0008]所述适配套管为中空管，头端外部有凸耳，内部有凹槽；
[0009]所述导引器结构为实心杆状结构，尾端为钝尖，头端为圆柱形结构，外有凸耳；使用时将尾端插入适配器套管，与器械适配器配合使用。
[0010]进一步地，所述夹持器整体结构类似“T”字型；所述夹持器座和横向套筒均为中空结构；所述横向套筒略短且横端面上下侧有限位凸起；所述夹持器座略长且末端一侧面呈“C”字型。
[0011]进一步地，所述夹持器座轴心线与横向套筒轴心线夹角为α；
[0012]所述锁止器座端面下侧有两个方形凹槽，端面中部设有限位销孔；两个凹槽中心线夹角为β；
[0013]所述杆一和杆二的轴心线与锁止器座上的凹槽中心线的夹角为γ；
[0014]所述长杆为一种将“U”字镜像的结构，杆上两平面上均有间隔5mm的刻度槽；所述长杆上两个平面的夹角为δ。
[0015]进一步地，所述锁止器上各部件之间形成的角α、β、γ、δ保证测量环在拍摄CT时相互之间不遮挡。
[0016]一种CT定位标定手术入路标定方法，包括：
[0017]先将机器人系统安放完成，然后引导前端的夹持器放在术区附近，调节测量环长杆长度，使两个测量环分别放在术区正上方、术区侧方；
[0018]将CBCT推至术区，启动CBCT分别拍摄两张测量环的投影影像；
[0019]手术机器人器械排布经简化后得到算法原理图；
[0020]CT影像拍摄完成后，在显示器上标定测量环、测量环轴心线、导引器轴心线，标定完成后，系统会自动处理图像并将图像信息在显示器上展示，根据物体的投影原理，算法可自动计算并模拟出当前状态下夹持器器械与术区之间的位置、尺寸关系，完成手术机器人物理手术空间与模拟手术空间的匹配；
[0021]手术机器人物理手术空间与模拟手术空间匹配完成后，在测量环的两张CT影像上分别标出理想状态下手术入路；
[0022]手术入路标定完成后，计算机内置算法自动计算手术入路三维位置。
[0023]进一步地，先将机器人系统安放完成，然后引导前端的夹持器放在术区附近，调节测量环长杆长度，使两个测量环分别放在术区正上方、术区侧方，包括：
[0024]导引器尖端P1点，两个测量环的环心点O1、O2的三维坐标确定，根据投影原理，标定器械正上方投影、侧方投影位置关系可以确定。
[0025]进一步地，将CBCT推至术区，启动CBCT分别拍摄两张测量环的投影影像，包括：
[0026]拍摄时保证CBCT发射的X射线应尽量与测量环环面垂直，同时测量环与导引器均在X射线图像上可清晰显示；拍摄完成后，可得到术区手术目标位置、测量环、导引器的等比例正上方与侧方投影影像；
[0027]由于CBCT拍摄时，X射线不可能完全垂直于测量环环面，可能出现夹角，此时拍摄完成后的术区影像类似于X射线正上方照射图、X射线侧方照射图内所示的术区情况，可观察到术区情况、测量环前端部分、导引器前端部分；在X射线正上方照射图中，清晰的展示术区水平方向器械与目标物之间的位置关系；在X射线侧方照射图中，清晰的展示术区竖直方向器械与目标物之间的位置关系；在X射线正上方照射图中，将测量环、测量环轴心线、导引器轴心线在投影影像内标出，计算测量环轴心线与导引器轴心线之间的距离L3；计算测量环环心坐标，环心O1对应的三维坐标为(L4，
‑
L1*cos(η)，L1*tan(η))，导引器尖端P1对应的三维坐标为(L5，0，0)；在X射线侧方照射图中，将测量环、测量环轴心线、导引器轴心线在投影影像内标出，计算测量环轴心线与导引器轴心线之间的距离L6；计算两个测量环环心坐标，环心O2对应的三维坐标为(L7，L2*cos(ε)，L2*tan(ε))(η、ε互为余角)，导引器尖端P1对应的三维坐标为(L5，0，0)。
[0028]进一步地，手术机器人器械排布经简化后得到算法原理图，包括：
[0029]O为坐标原点，P1为导引器尖端端点，OP1指向为X轴方向，与导引器指向相同；AO1为第一个测量环读数长度，BO2为第二个测量环读数长度；XOY面为H面，垂直于由上往下的X射线；器械投影在H面，XOZ为V面，垂直于由右往左的X射线，器械投影在V面；YOZ面为W面，垂直于导引器指向；OFMN面为导引器轴线与测量环轴心线平面，测量环AO1在此平面上，该平面与V面夹角为ε；OFKL面为导引器轴线与另一测量环轴心线所成平面，测量环BO2在此平面上，该平面与水平面夹角为ε；在H面上，AO1的投影为A
’
O1
’
，BO2的投影为B
’
O2
’
；在V面上，AO1的投影为A”O1”，BO2的投影为B”O2”；术区靶位为图中Q点；DE为理想状态手术入路，其延长线穿过Q点；D
’
E
’
为DE在H面上的投影，D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CT定位标定手术入路标定器械，其特征在于，包括：夹持器(100)、锁止器(200)、器械适配器(300)、适配器套管(400)、导引器(500)；所述夹持器(100)包括夹持器座(101)；所述夹持器座(101)上端固定有横向套筒(102)；所述夹持器座(101)下端固定有槽口(103)；所述锁止器(200)包括一种中空环形结构的锁止器座(201)，所述锁止器座(201)侧面环面上的杆固定孔(2011)焊接有杆一(202)和杆二(203)；所述杆一(202)和杆二(203)的末端分别固定有测量环支座一(204)和测量环支座二(205)；测量环支座一(204)和测量环支座二(205)上分别安装有测量环一(206)和测量环二(207)；所述测量环一(206)和测量环二(207)为长杆(2601)结构，末端焊接有圆环(2602)；所述测量环支座一(204)和测量环支座二(205)后侧设有紧定螺钉(208)；所述锁止器座(201)环形中部设有限位销(209)；所述锁止器座(201)端面下侧的两个方形凹槽(2012)沿限位销(209)与锁止器(200)轴心连线对称；所述器械适配器(300)包括适配器座(301)与弹簧(302)；所述弹簧(302)通过弹簧卡槽卡在适配器座(301)上；所述适配器套管(400)为中空管，头端外部有凸耳，内部有凹槽；所述导引器(500)结构为实心杆状结构，尾端为钝尖，头端为圆柱形结构，外有凸耳；使用时将尾端插入适配器套管(400)，与器械适配器(300)配合使用。2.根据权利要求1所述的一种CT定位标定手术入路标定器械，其特征在于，所述夹持器(100)整体结构类似“T”字型；所述夹持器座(101)和横向套筒(102)均为中空结构；所述横向套筒(102)略短且横端面上下侧有限位凸起；所述夹持器座(101)略长且末端一侧面呈“C”字型。3.根据权利要求1所述的一种CT定位标定手术入路标定器械，其特征在于，所述夹持器轴心线(800)与横向套筒(102)轴心线夹角为α；所述锁止器座(201)端面下侧有两个方形凹槽(2012)，端面中部设有限位销孔(2013)；所述两个凹槽(2012)中心线夹角为β；所述杆一(202)和杆二(203)的轴心线与锁止器座(201)上的凹槽中心线的夹角为γ；所述长杆(2601)为一种将“U”字镜像的结构，杆上两平面上均有间隔5mm的刻度槽；所述长杆(2601)上两个平面的夹角为δ。4.根据权利要求1所述的一种CT定位标定手术入路标定器械，其特征在于，所述锁止器(200)上各部件之间形成的角α、β、γ、δ保证测量环在拍摄CT时相互之间不遮挡。5.一种CT定位标定手术入路标定方法，其特征在于，包括：先将机器人系统安放完成，然后引导前端的夹持器放在术区附近，调节测量环长杆长度，使两个测量环分别放在术区正上方、术区侧方；将CBCT推至术区，启动CBCT分别拍摄两张测量环的投影影像；手术机器人器械排布经简化后得到算法原理图；CT影像拍摄完成后，在显示器上标定测量环、测量环轴心线、导引器轴心线，标定完成后，系统会自动处理图像并将图像信息在显示器上展示，根据物体的投影原理，算法可自动计算并模拟出当前状态下夹持器器械与术区之间的位置、尺寸关系，完成手术机器人物理手术空间与模拟手术空间的匹配；
手术机器人物理手术空间与模拟手术空间匹配完成后，在测量环的两张CT影像上分别标出理想状态下手术入路；手术入路标定完成后，计算机内置算法自动计算手术入路三维位置。6.根据权利要求5所述的一种CT定位标定手术入路标定方法，其特征在于，先将机器人系统安放完成，然后引导前端的夹持器放在术区附近，调节测量环长杆长度，使两个测量环分别放在术区正上方、术区侧方，包括：导引器尖端P1点，两个测量环的环心点O1、O2的三维坐标确定，根据投影原理，标定器械的正上方投影、侧方投影位置关系可以确定。7.根据权利要求5所述的一种CT定位标定手术入路标定方法，其特征在于，将CBCT推至术区，启动CBCT分别拍摄两张测量环的投影影像，包括：拍摄时保证CBCT发射的X射线应尽量与测量环环面垂直，同时测量环...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，
申请(专利权)人：福宁琵琶鱼科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：