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CN105147395B - 一种用于导航手术的光学跟踪工具 - Google Patents

一种用于导航手术的光学跟踪工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于导航手术的光学跟踪工具，其特征在于：它包括一安装基座，在所述安装基座上设置有两至六个支撑面，每一所述支撑面上安装有两个或四个反光球，位于同一所述支撑面上的四个所述反光球或位于相邻两个所述支撑面上的四个所述反光球组成一个定位面，相邻两个所述定位面的面法向量夹角为90°～140°。本发明相比于现有技术中由四个反光球形成单一定位面的跟踪工具而言，可以显著扩大系统的有效跟踪范围，提高系统精度。

Description

一种用于导航手术的光学跟踪工具
技术领域
本发明涉及一种用于导航手术的光学跟踪工具，属于计算机辅助手术技术领域。
背景技术
目前，临床上用于导航手术的光学跟踪装置主要是由加拿大NDI公司生产的光学定位跟踪系统。该类系统的定位原理为：双目位置传感器发射的红外光照射在安装有跟踪工具的手术设备或器械上，跟踪工具上的可反射红外光的小球(也称反光球)会将红外光反射回位置传感器并由系统内置软件进行计算得到跟踪工具的位置坐标(包括跟踪工具的位置和角度)，从而实现对相应的手术设备和器械进行定位跟踪。
根据前述系统的定位原理可知，在手术设备和器械的跟踪方面，跟踪工具是起关键性作用的部件，系统计算得到的跟踪工具位置坐标的精度决定了手术导航系统的精度。目前常用的跟踪工具包含3～4个共面(该平面称为定位面)的反光球。如专利200720012127.0所公开的跟踪工具，该光学跟踪工具只有一个定位面。该设计的缺点主要是系统跟踪范围较小，通常小于±90°。而且由于光学跟踪系统得到的跟踪工具的位置坐标的精度与跟踪工具的定位面与双目位置传感器光轴的角度有关，角度越大精度越差，利用此跟踪工具的手术导航系统精度难以保证。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种定位精度高且跟踪范围大的用于导航手术的光学跟踪工具。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于导航手术的光学跟踪工具，其特征在于：它包括一安装基座，在所述安装基座上设置有两至六个支撑面，每一所述支撑面上安装有两个或四个反光球，位于同一所述支撑面上的四个所述反光球或位于相邻两个所述支撑面上的四个所述反光球组成一个定位面，相邻两个所述定位面的面法向量夹角为90°～140°。
所述反光球与所述支撑面之间通过一反光球安装基座连接；所述反光球安装基座包括一球托、一密封胶圈和一环形盖板；所述球托固定连接在所述支撑面上；所述反光球由直径不等的两个半球构成，其中，所述反光球的大直径半球部分由所述球托托起后通过扣设在所述球托上的所述环形盖板卡固，所述反光球的小直径半球部分从所述环形盖板中伸出；在所述球托与所述反光球的大直径半球部分之间设置所述密封胶圈。
所述安装基座上设置有与手术工具和/或手术机器人连接的接口。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明相比于现有技术中由四个反光球形成单一定位面的跟踪工具而言，可以显著扩大系统的有效跟踪范围，提高系统精度。2、本发明提出了一种反光球与支撑面的连接结构，其可以实现反光球与支撑面的精确定位连接。3、本发明结构简单，性能可靠，可广泛应用于临床手术机器人的跟踪定位。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例一中反光球安装基座与反光球的连接示意图；
图3是实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例一：
如图1所示，本实施例包括一安装基座1，其用于与机器人末端或机器人前端器械连接，在安装基座1上设置有两个支撑面2，每一个支撑面2上安装有四个反光球3，每一反光球3通过一反光球安装基座4固定于支撑面2上。在本实施例中，以同一支撑面2上的四个反光球3为端点的四边形构成一个定位面5，相邻两定位面5的面法向量夹角为90°～140°，并且，两个定位面5的形状或尺寸不相同。
如图2所示，反光球安装基座4包括一球托8、一密封胶圈9和一环形盖板10，其中，球托8固定连接在支撑面2上。本实施例中的反光球3由直径不等的两个半球构成，其中，大直径半球部分由球托8托起后通过扣设在球托8上的环形盖板10卡固，小直径半球部分从环形盖板10中伸出，并且在球托8与大直径半球部分之间设置密封胶圈9。
实施例二：
如图3所示，本实施例包括一安装基座1，其用于与机器人末端或机器人前端器械连接，在安装基座1上设置有六个支撑面2，每一个支撑面2上安装有两个反光球3，每一反光球3通过一安装立柱6与支撑面2连接。在本实施例中，以位于相邻两支撑面2上的四个反光球3为端点的四边形构成一个定位面5，相邻两定位面5的面法向量夹角为90°～140°，并且，任意两个定位面5的形状或尺寸不相同。
以上两种实施例的安装基座1上均设置有与手术工具和/或手术机器人连接的接口7。
在上述实施例的基础上，本发明还包括基于上述实施例的变形形式，如支撑面2的数目也可以是三个、四个或者五个，每个支撑面2上安装有两个或四个反光球3，以位于同一支撑面2上的四个反光球3或以位于相邻两个支撑面2上的四个反光球3为顶端的四边形构成一个定位面5。并且，实施例一和实施例二中的反光球3及其安装方式可以互换。此外，本发明还可以通过改变安装基座1的形状或设置的连接接口7应用于手术导航系统中其他需要定位的设备或器械上。
结合本发明的结构，利用配套的控制程序，本发明工具定义的特点是：当单一支撑面2上安装的反光球3数目为“4”时，在工具定义中将该支撑面2定义为一个独立的定位面5；当单一支撑面2上安装的反光球3数目为“2”时，在工具定义中将相邻两个支撑面2合并定义为一个定位面5，并且每个支撑面2可以被不同的定位面5共用。本发明在工作时，用编制好的定位面生成算法生成所安装四个反光球的位置和几何尺寸，最后将生成的数据利用工具特异性检测软件进行两个定位面互异性检测，从而保证设计的工具符合光学定位系统的特异性要求。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明的发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种用于导航手术的光学跟踪工具，其特征在于：它包括一安装基座，在所述安装基座上设置有三至六个支撑面，每一所述支撑面上安装有两个反光球，位于相邻两个所述支撑面上的四个所述反光球组成一个定位面，相邻两个所述定位面的面法向量夹角为90°～140°；所述反光球与所述支撑面之间通过一反光球安装基座连接；所述反光球安装基座包括一球托、一密封胶圈和一环形盖板；所述球托固定连接在所述支撑面上；所述反光球由直径不等的两个半球构成，其中，所述反光球的大直径半球部分由所述球托托起后通过扣设在所述球托上的所述环形盖板卡固，所述反光球的小直径半球部分从所述环形盖板中伸出；在所述球托与所述反光球的大直径半球部分之间设置所述密封胶圈。
2.如权利要求1所述的一种用于导航手术的光学跟踪工具，其特征在于：所述安装基座上设置有与手术工具和/或手术机器人连接的接口。
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