CN219184172U - 一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，属于医疗器械技术领域，包括套筒、探针、锁紧件和若干反光球，套筒能够滑移地套设在探针上，探针上标有沿探针轴向的刻度线，锁紧件固定连接在套筒的末端并且可实现对探针的锁紧，一部分反光球设置在探针的末段，另一部分反光球设置在套筒的侧壁远离探针尖端处。本实用新型在现有的全膝关节置换手术机器人探针上增加套筒和刻度读数，通过刻度读数作差测量套筒的位移来测量定位处软骨的厚度，解决机器人辅助骨科手术无法测量软骨厚度问题，便于术者判断机器人定位是否精确和是否在计划位置截骨的问题，而且不会影响机器人正常操作步骤。

Description

一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针。

背景技术

全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty，TKA)是目前膝关节终末期疾病的最佳治疗选择，机器人辅助手术是近年来关节外科领域的一大进展，基于术前髋、膝、踝关节CT扫描，机器人辅助外科医生制定患者个性化的三维手术计划，其中，骨注册与配准是机器人在术中精准定位和追踪患者肢体位置变化的关键。

但是在真实手术中，由于患者病情和软骨磨损程度不同，软骨会不均匀地覆盖在股骨和胫骨表面约2-3mm，而软骨在CT扫描中往往不显影，机器人只能计算出骨性结构之间的空间位置及距离，不能考虑软组织，而外科医生需要平衡的不仅仅是骨与骨之间的距离，包括软骨、半月板、韧带等软组织所占据的空间均会影响关节间隙的平衡，虽然理论上现有的机器人注册探针可以刺破软骨，注册在骨表面上，但仍然会带来一些误差，从而影响机器人辅助全膝关节置换手术精度和疗效。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，以解决上述提出的技术问题。

本实用新型实施例采用下述技术方案：一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，包括套筒、探针、锁紧件和若干反光球，套筒能够滑移地套设在探针上，探针上标有沿探针轴向的刻度线，锁紧件固定连接在套筒的末端并且可实现对探针的锁紧，一部分反光球设置在探针的末段，另一部分反光球设置在套筒的侧壁远离探针尖端处。

进一步，所述套筒为金属材质的套筒，套筒头部略窄，套筒设有贯穿前后的开口，开口大小刚好可使探针穿过。

进一步，探针的尖端为金属材质的尖端，取套筒的开端与探针的尖端顶点位于同一位置时套筒的末端所在的刻度线读数为零，距离探针的尖端顶点越远的刻度线读数越大。

进一步，所述锁紧件上下对称地设置在套筒的末端，锁紧件包括环扣和贴合设置在环扣中的块体，环扣与套筒固定连接，块体的底部为弧面且当块体下压时弧面可与探针贴合，块体的顶部略大于中间部分且在块体与探针贴合时块体的顶部仍与环扣保持一定距离，块体的内部中空，在块体靠近套筒的一侧内壁的中上方设有与套筒垂直的圆柱，圆柱上套设有弹片，弹片的下段向两边展开，弹片的末段设有顶端为半球的柱体，块体的两侧设有对称的圆孔，柱体可从圆孔中弹出，环扣内部与套筒垂直的两侧分别设有两条高度不同的凹槽，两侧的凹槽对称布置，凹槽的大小可容纳柱体顶端的半球。

进一步，所述反光球分为两组，一组反光球包括四个第一反光球，四个第一反光球通过连杆对称地设置在探针的末段的两侧，位于探针同一侧的两个第一反光球在探针的轴向上间隔设置，另一组反光球包括两个第二反光球，两个第二反光球通过连杆对称地设置在套筒的两侧远离探针尖端处。

进一步，所述套筒的开端为平面。

进一步，所述凹槽为“V”型凹槽。

本实用新型实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

其一，在现有全膝关节置换手术机器人探针上增加套筒和刻度读数，通过刻度读数作差测量套筒的位移来测量定位处软骨的厚度，解决机器人辅助骨科手术无法测量软骨厚度问题，便于术者判断机器人定位是否精确和是否在计划位置截骨的问题，而且不会影响机器人正常操作步骤。

其二，通过在套筒上设置一组反光球，机器人可探测套筒的位移，配合探针上的刻度线读数作差算出的套筒的位移，可对机器人的探测位移功能进行校准。

其三，通过与套筒固定连接的锁紧件对探针实现锁紧，固定套筒和探针的相对位置，避免测量软骨厚度后套筒发生滑移造成读数不准确的后果。

其四，将套筒沿探针滑移即可从探针尖端取下，非常方便，不会增加探针重量而影响探针实现注册等动作的精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的第一角度立体结构示意图；

图2为本实用新型的第二角度立体结构示意图；

图3为本实用新型的局部立体结构示意图一；

图4为本实用新型的局部立体结构示意图二；

图5为本实用新型的俯视图；

图6为图5沿A-A线的剖面图。

附图标记：

套筒1，开口11，探针2，刻度线21，锁紧件3，环扣31，凹槽311，块体32，圆柱321，弹片322，柱体323，反光球4，连杆41，第一反光球42，第二反光球43。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

参照图1-图6所示，本实用新型实施例提供一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针2，可为外科医师执行机器人辅助下TKA手术提供更多软骨厚度信息，帮助医师术中判断机器人截骨是否精准，包括套筒1、探针2、锁紧件3和若干反光球4，套筒1能够滑移地套设在探针2上，测量软骨厚度时通过套筒1滑移的距离来确定软骨的厚度，锁紧件3固定连接在套筒1的末端并且可实现对探针2的锁紧，一部分反光球4设置在探针2的末段使得机器人导航可以确定探针2尖端顶点的位置，另一部分反光球4设置在套筒1的侧壁远离探针2尖端处，用于对机器人的探测位移功能进行校准；

套筒1为金属材质，耐高温高压消毒，套筒1头部略窄，以此减少套筒1对测量软骨厚度的不利影响，套筒1设有贯穿前后的开口11，开口11大小刚好可使探针2穿过，一方面开口11足够大使得套筒1能够滑移地套设在探针2上，另一方面开口11不至于大到使套筒1发生晃动从而影响软骨厚度的测量，套筒1的开端为平面，即套筒1采用钝头设计，可以更贴合软骨表面，不能穿透软骨，需要测量软骨厚度时将套筒1从探针2尖端沿探针2滑入贴合安装在探针2上即可，此时套筒1的开端贴合于软骨表面，便于确定软骨外缘位置，测量结束后将套筒1沿探针2从探针2尖端取下即可，不会增加探针2重量，不影响探针2实现注册等动作精度；

探针2的形状和大小与传统的探针2相同，在手术中进行替换时不会因探针2不同造成不利影响，探针2的尖端为金属材质，耐高温高压消毒，探针2上标有沿探针2轴向的刻度线21，取套筒1的开端与探针2的尖端顶点位于同一位置时套筒1的末端所在的刻度线21读数为零，距离探针2的尖端顶点越远的刻度线21读数越大，测量时初始状态下套筒1的开端与探针2的尖端顶点位于同一位置，套筒1的开端贴近软骨外缘，探针2的尖端顶点接触软骨，然后探针2的尖端顶点刺破软骨与骨面贴近，套筒1的开端仍贴近软骨外缘，这一过程中套筒1的末端所在的刻度线21读数即为套筒1在探针2上滑动的距离，也就是探针2的尖端顶点与套筒1的开端的距离，也就是软骨厚度，由此能够准确确定软骨厚度，从而可以判断机器人是否在计划位置处截骨；

锁紧件3上下对称地设置在套筒1的末端，对探针2进行锁紧时探针2不容易因受力不对称而造成损伤，也不会遮挡住探针2上的刻度线21，锁紧件3包括环扣31和贴合设置在环扣31中的块体32，环扣31与套筒1固定连接，测量软骨厚度后锁紧件3锁紧探针2时套筒1与探针2的位置相对固定，套筒1末端所在的刻度线21读数固定，测量的软骨厚度不易产生误差，块体32的底部为弧面且当块体32下压时弧面可与探针2贴合，使得锁紧件3能更有效地锁紧探针2，块体32的顶部略大于中间部分且在块体32与探针2贴合时块体32的顶部仍与环扣31保持一定距离，方便拉住块体32解除对探针2的锁紧，块体32的内部中空，在块体32靠近套筒1的一侧内壁的中上方设有与套筒1垂直的圆柱321，圆柱321上套设有弹片322，弹片322的下段向两边展开，弹片322的末段设有顶端为半球的柱体323，块体32的两侧设有对称的圆孔，柱体323可从圆孔中弹出，环扣31内部与套筒1垂直的两侧分别设有两条高度不同的“V”凹槽311，凹槽311的大小可容纳柱体323顶端的半球，由此半球可轻易卡进或滑出凹槽311，两侧的凹槽311对称布置，当需要锁紧探针2时，将块体32向探针2方向按压，使柱体323卡进环扣31靠近探针2的凹槽311即可，拉住块体32顶部向外略微施力，柱体323从靠近探针2的凹槽311中滑出并随着块体32继续运动卡进环扣31远离探针2的凹槽311，即可解除对探针2的锁紧；

反光球4分为两组，一组反光球4组成与传统全膝关节置换手术机器人探针2相同的反光球4阵列，即一组反光球4包括四个第一反光球42，四个第一反光球42通过连杆41对称地设置在探针2的末段的两侧，位于探针2同一侧的两个第一反光球42在探针2的轴向上间隔设置，由此机器人导航对关键点的识别方式完全相同，无需更改原始机器人设定，在立体三维空间中，机器人发射光线并采集由反光球4阵列反射的光线，根据采集到的反射光线的不同机器人可确定探针2的位置，由于该探针2的尖端顶点与传统探针2的尖端顶点相对于反光球4阵列的空间位置保持一致，可以进一步确定探针2的尖端顶点的位置，另一组反光球4包括两个第二反光球43，两个第二反光球43通过连杆41对称地设置在套筒1的末段的两侧远离探针2尖端处，可用于对机器人的探测位移功能进行校准，具体操作为将套筒1的末端与探针2上的某一刻度线21对齐，记录刻度线21读数，开启机器人的探测位移功能，移动套筒1使套筒1的末端与另一刻度线21对齐，记录刻度线21读数，对两次读数作差计算套筒1的位移，观察机器人显示的套筒1的位移，比较两个位移并对机器人进行校准；

工作原理：在手术过程中，机器人发射光线并采集由反光球4阵列反射的光线，根据采集到的反射光线的不同机器人可确定探针2的位置，由于该探针2的尖端顶点与传统探针2的尖端顶点相对于反光球4阵列的空间位置保持一致，可以进一步确定探针2的尖端顶点的位置，需要测量软骨厚度时将套筒1从探针2尖端沿探针2滑入贴合安装在探针2上，使套筒1的开端与探针2的尖端顶点位于同一位置，套筒1的开端贴近软骨外缘，探针2的尖端顶点接触软骨，然后将探针2的尖端顶点刺破软骨与骨面贴近，此时套筒1的开端仍贴近软骨外缘，这一过程中套筒1的末端所在的刻度线21读数即为套筒1在探针2上滑动的距离，也就是探针2的尖端顶点与套筒1的开端的距离，也就是软骨厚度，由此能够准确确定软骨厚度，从而可以判断机器人是否在计划位置处截骨，另外将该距离与机器人显示的套筒1的位移相比较可对机器人进行校准，测量结束后将套筒1沿探针2从探针2尖端取下。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，包括套筒(1)、探针(2)、锁紧件(3)和若干反光球(4)，套筒(1)能够滑移地套设在探针(2)上，探针(2)上标有沿探针(2)轴向的刻度线(21)，锁紧件(3)固定连接在套筒(1)的末端并且可实现对探针(2)的锁紧，一部分反光球(4)设置在探针(2)的末段，另一部分反光球(4)设置在套筒(1)的侧壁远离探针(2)尖端处。

2.根据权利要求1所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，所述套筒(1)为金属材质的套筒(1)，套筒(1)头部略窄，套筒(1)设有贯穿前后的开口(11)，开口(11)大小刚好可使探针(2)穿过。

3.根据权利要求1所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，探针(2)的尖端为金属材质的尖端，取套筒(1)的开端与探针(2)的尖端顶点位于同一位置时套筒(1)的末端所在的刻度线(21)读数为零，距离探针(2)的尖端顶点越远的刻度线(21)读数越大。

4.根据权利要求1所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，所述锁紧件(3)上下对称地设置在套筒(1)的末端，锁紧件(3)包括环扣(31)和贴合设置在环扣(31)中的块体(32)，环扣(31)与套筒(1)固定连接，块体(32)的底部为弧面且当块体(32)下压时弧面可与探针(2)贴合，块体(32)的顶部略大于中间部分且在块体(32)与探针(2)贴合时块体(32)的顶部仍与环扣(31)保持一定距离，块体(32)的内部中空，在块体(32)靠近套筒(1)的一侧内壁的中上方设有与套筒(1)垂直的圆柱(321)，圆柱(321)上套设有弹片(322)，弹片(322)的下段向两边展开，弹片(322)的末段设有顶端为半球的柱体(323)，块体(32)的两侧设有对称的圆孔，柱体(323)可从圆孔中弹出，环扣(31)内部与套筒(1)垂直的两侧分别设有两条高度不同的凹槽(311)，两侧的凹槽(311)对称布置，凹槽(311)的大小可容纳柱体(323)顶端的半球。

5.根据权利要求1所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，所述反光球(4)分为两组，一组反光球(4)包括四个第一反光球(42)，四个第一反光球(42)通过连杆(41)对称地设置在探针(2)的末段的两侧，位于探针(2)同一侧的两个第一反光球(42)在探针(2)的轴向上间隔设置，另一组反光球(4)包括两个第二反光球(43)，两个第二反光球(43)通过连杆(41)对称地设置在套筒(1)的两侧远离探针(2)尖端处。

6.根据权利要求1所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，所述套筒(1)的开端为平面。

7.根据权利要求4所述的一种机器人全膝关节置换手术中可测量软骨厚度探针，其特征在于，所述凹槽(311)为“V”型凹槽(311)。

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