本發明專利技術公開了一種椎體支架實時跟蹤系統及使用方法，其中，椎體支架實時跟蹤系統包括：椎體支架，其上安裝有用于示蹤椎體支架位姿的第一示蹤器和用于示蹤椎體支架末端的支架主體撐開量的第二示蹤器；光學跟蹤系統，用于實時獲取所述第一示蹤器和所述第二示蹤器的位姿；影像設備，用于采集患者的術前醫學影像以及包含椎體支架置入椎體的術中醫學影像；機器人，配準所述術前醫學影像和所述術中醫學影像，并結合所述光學跟蹤系統實時獲取的所述第一示蹤器和所述第二示蹤器的位姿，進行椎體支架置入和支架主體撐開量的實時跟蹤。本發明專利技術可以直觀獲取支架主體的撐開量的大小，保證手術精準高效的進行。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療器械，尤其涉及一種椎體支架實時跟蹤系統及使用方法。
技術介紹
1、椎體擴張后凸成形術將可膨脹的椎體支架置入塌陷的椎體內,通過椎體支架撐開恢復椎體的高度,矯正后凸畸形,并形成空腔,允許在低壓力下灌注骨水泥,理論上可明顯減少骨水泥外溢的幾率。該手術創傷小，恢復快，現在已經在實際臨床中具有大量應用。
2、椎體擴張后凸成形手術中需要將壓縮性椎體前后端面盡量撐開，故采用方形支架主體，且使得支架主體端面與椎體前后端面盡量平行，可較大程度恢復椎體的前后端面。針對方形支架主體，需在支架主體置入椎體后，控制支架主體的旋轉角度，使得支架主體方形端面盡量與椎體前后端面平行，而后需要通過控制支架主體手柄上的機械結構來調節椎體撐開量大小，上述兩步驟的常規操作都需要c臂機配合，在支架主體置入過程中，主要依靠醫生的經驗，同時需要通過對患者術前影像的觀察，人工判斷置于的通道及角度，不僅操作繁瑣復雜，且不夠精確。
技術實現思路
1、專利技術目的：針對上述不足，本專利技術提供一種椎體支架實時跟蹤系統及使用方法，可以通過光學跟蹤系統直觀獲取支架主體的撐開量的大小，保證手術精準高效的進行。
2、技術方案：
3、本專利技術提供一種椎體支架實時跟蹤系統，包括：
4、椎體支架，其上安裝有用于示蹤椎體支架位姿的第一示蹤器和用于示蹤椎體支架末端的支架主體撐開量的第二示蹤器；
5、光學跟蹤系統，用于實時獲取所述第一示蹤器和所述第二示蹤器的位姿；
>6、影像設備，用于采集患者的術前醫學影像以及包含椎體支架置入椎體的術中醫學影像；7、機器人，配準所述術前醫學影像和所述術中醫學影像，并結合所述光學跟蹤系統實時獲取的所述第一示蹤器和所述第二示蹤器的位姿，進行椎體支架置入和支架主體撐開量的實時跟蹤。
8、具體地，所述機器人根據在所述術前醫學影像上提取的術椎的椎弓根峽部位置，結合所述配準，進行椎體支架置入。
9、更具體地，在所述機器人的機械臂末端上安裝有用于引導所述椎體支架置入的引導器，在所述引導器上開設有用于引導所述椎體支架置入的導向孔；
10、所述支架主體閉合時可穿設所述導向孔，且所述導向孔與所述椎體支架的連接管配合實現所述椎體支架在所述導向孔內的轉動。
11、更進一步地，所述導向孔相對側之間的距離不小于支架主體閉合時的對應截面尺寸，同時，所述導向孔相近的一組相對側構造有與所述椎體支架的連接管配合的弧面。
12、更具體地，所述機器人根據其設計參數及影像設備采集的醫學影像，將術前醫學影像和術中醫學影像進行配準，所述機器人通過所述引導器導向所述椎體支架沿著提取的所述術椎的椎弓根峽部置入。
13、更具體地，所述椎體支架置入過程中，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第一示蹤器的位姿，在其發生大于設定角度偏轉時進行糾偏。
14、更進一步地，所述椎體支架的置入起始時，通過所述光學跟蹤系統獲取所述第一示蹤器的位姿，進而獲取其方向向量，其中，與所述椎體支架的軸向同向的方向向量始終不變；
15、在所述椎體支架的置入過程中通過所述光學跟蹤系統實時獲取對應的方向向量，由此計算得到所述椎體支架的實時旋轉角度，并在所述椎體支架的實時旋轉角度大于設定角度時進行糾偏。
16、更具體地，所述機器人將采集的醫學影像注冊至機器人導航系統，結合所述光學跟蹤系統實時獲取的第一示蹤器的位姿及所述椎體支架的設計參數得到所述支架主體兩端面的位姿信息，據此控制所述椎體支架在所述引導器內旋轉，使得其支架主體的兩端面與所述椎體的終板平行。
17、具體地，所述椎體支架內設有驅動桿，所述驅動桿同軸穿設于所述椎體支架的連接管內，并與所述支架主體配合安裝，將其在其軸向上的位移轉換為所述支架主體的撐開量；
18、所述第二示蹤器用于示蹤所述驅動桿的位姿。
19、更具體地，在所述連接管上開設一連通其內中空結構的通孔，所述第二示蹤器通過一穿設于該通孔內的連桿與所述驅動桿配合連接，并可隨著所述驅動桿的位移而移動。
20、更具體地，在所述椎體支架置入后，按照設定步長控制所述驅動桿在其軸向上位移，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第二示蹤器的位姿，計算得到所述驅動桿的位移，同時測量所述支架主體的撐開量，進而計算得到所述支架主體的撐開量與所述驅動桿的位移之間的映射關系，進而根據所述光學跟蹤系統獲取的所述第二示蹤器的位姿，得到所述支架主體的撐開量。
21、本專利技術還公開一種應用前述的椎體支架實時跟蹤系統的使用方法，包括步驟：
22、s1、通過影像設備采集術前患者的醫學影像和術中包含椎體支架置入椎體的醫學影像，機器人將術前醫學影像注冊至機器人導航系統，并配準所述術前醫學影像和術中醫學影像；
23、s2、機器人根據在所述術前醫學影像上提取的術椎的椎弓根峽部位置，根據所述配準通過所述引導器導向所述椎體支架置入；
24、s3、控制所述椎體支架在所述引導器內旋轉，使得其支架主體的兩端面與椎體的終板平行；
25、s4、控制所述椎體支架，使得其末端的支架主體撐開，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第二示蹤器的位姿，得到所述第二示蹤器移動的距離，同時測量對應的所述支架主體的撐開量；
26、s5、重復s4若干次，得到所述支架主體的撐開量與所述第二示蹤器移動的距離之間的對應關系，根據所述光學跟蹤系統實時獲取的所述第二示蹤器的位姿，計算得到所述支架主體的撐開量。
27、有益效果：本專利技術可以將支架主體的撐開量轉化為其中示蹤器的運動，通過光學跟蹤系統直觀獲取支架主體的撐開量的大小，提高效率，保證手術精準高效的進行。
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【技術保護點】
1.一種椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述機器人根據在所述術前醫學影像上提取的術椎的椎弓根峽部位置，結合所述配準，進行椎體支架置入。
3.根據權利要求2所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，在所述機器人的機械臂末端上安裝有用于引導所述椎體支架置入的引導器，在所述引導器上開設有用于引導所述椎體支架置入的導向孔；
4.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述導向孔相對側之間的距離不小于支架主體閉合時的對應截面尺寸，同時，所述導向孔相近的一組相對側構造有與所述椎體支架的連接管配合的弧面。
5.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述機器人根據其設計參數及影像設備采集的醫學影像，將術前醫學影像和術中醫學影像進行配準，所述機器人通過所述引導器導向所述椎體支架沿著提取的所述術椎的椎弓根峽部置入。
6.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述椎體支架置入過程中，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第一示蹤器的位姿，在其發生大于設定角度偏轉時進行糾偏。
7.根據權利要求6所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述椎體支架的置入起始時，通過所述光學跟蹤系統獲取所述第一示蹤器的位姿，進而獲取其方向向量，其中，與所述椎體支架的軸向同向的方向向量始終不變；
8.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述機器人將采集的醫學影像注冊至機器人導航系統，結合所述光學跟蹤系統實時獲取的第一示蹤器的位姿及所述椎體支架的設計參數得到所述支架主體兩端面的位姿信息，據此控制所述椎體支架在所述引導器內旋轉，使得其支架主體的兩端面與所述椎體的終板平行。
9.根據權利要求1所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述椎體支架內設有驅動桿，所述驅動桿同軸穿設于所述椎體支架的連接管內，并與所述支架主體配合安裝，將其在其軸向上的位移轉換為所述支架主體的撐開量；
10.根據權利要求9所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，在所述連接管上開設一連通其內中空結構的通孔，所述第二示蹤器通過一穿設于該通孔內的連桿與所述驅動桿配合連接，并可隨著所述驅動桿的位移而移動。
11.根據權利要求9所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，在所述椎體支架置入后，按照設定步長控制所述驅動桿在其軸向上位移，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第二示蹤器的位姿，計算得到所述驅動桿的位移，同時測量所述支架主體的撐開量，進而計算得到所述支架主體的撐開量與所述驅動桿的位移之間的映射關系，進而根據所述光學跟蹤系統獲取的所述第二示蹤器的位姿，得到所述支架主體的撐開量。
12.一種應用權利要求3-11任一所述的椎體支架實時跟蹤系統的使用方法，其特征在于，包括步驟：
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【技術特征摘要】
1.一種椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述機器人根據在所述術前醫學影像上提取的術椎的椎弓根峽部位置，結合所述配準，進行椎體支架置入。
3.根據權利要求2所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，在所述機器人的機械臂末端上安裝有用于引導所述椎體支架置入的引導器，在所述引導器上開設有用于引導所述椎體支架置入的導向孔；
4.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述導向孔相對側之間的距離不小于支架主體閉合時的對應截面尺寸，同時，所述導向孔相近的一組相對側構造有與所述椎體支架的連接管配合的弧面。
5.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述機器人根據其設計參數及影像設備采集的醫學影像，將術前醫學影像和術中醫學影像進行配準，所述機器人通過所述引導器導向所述椎體支架沿著提取的所述術椎的椎弓根峽部置入。
6.根據權利要求3所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述椎體支架置入過程中，通過所述光學跟蹤系統實時獲取所述第一示蹤器的位姿，在其發生大于設定角度偏轉時進行糾偏。
7.根據權利要求6所述的椎體支架實時跟蹤系統，其特征在于，所述椎體支架的置入起始時，通過所述光學跟蹤系統獲取所述第一示蹤器的位姿，進而獲取其方向向量，其中，與所述椎體支架的軸向同向的方向向量始終...
【專利技術屬性】
技術研發人員：殷國勇，陳建，李青青，江濤，王鋒，于福翔，吳巍巍，蔣顥，
申請(專利權)人：江蘇省人民醫院南京醫科大學第一附屬醫院，
類型：發明
國別省市：
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