一种无放射的手术中脊柱定位装置的制作方法

1.本实用新型涉及手术中脊柱定位技术领域，特别是涉及一种无放射的手术中脊柱定位装置。


背景技术：

2.目前，椎管内占位和较为严重的腰椎间盘突出等疾病都需要针对脊柱展开手术治疗，而脊柱是在体内的肌肉组织内部，在传统的手术治疗时无法用肉眼穿透肌肉看见脊柱的位置，因而很难通过肉眼准确确定病灶的具体位置。目前最常使用的是c型臂x线机，可以通过透视显示脊柱辅助病灶定位。
3.c型臂x线机由于方便、快捷、显像清晰为特点，广泛应用于脊柱外科的术中定位。但是，因为常需多次透视，大大增加患者和医护人员的电离辐射暴露。特别是医护人员，长时间暴露于超出限值量的辐射，达到一定累积剂量后，容易引起放射性白内障、白血病、皮肤癌、甚至染色体致畸等严重问题。现有的脊柱外科手术导航设备尽管定位精度高，但是需要更大辐射量的术中ct配合。而且这种设备的购买价格和使用费用都十分昂贵，设备及软件费用都甚至高达千万元，操作步骤繁琐，术中准备和注册导航设备往往需要20至30分钟，如果操作不满意或参考弧被器械影响，必须对设备重新进行术前的软件参数设置，严重影响医生的手术操作。
4.而且脊柱外科手术导航设备本身的体积庞大，本身容易造成手术器械之间的相互干扰，降低手术效率，在脊柱手术中，频繁使用透视检查会对患者和治疗团队增加辐射暴露的次数和暴露量，对健康产生威胁，每个患者只在一次手术中暴露，可是医生长期处于这种辐射暴露之下，治疗他人的同时却是损害了自己的身体。
5.基于此，本实用新型设计了一种无放射的手术中脊柱定位装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种无放射的手术中脊柱定位装置，本实用新型的目的在于提供一种无放射的手术中脊柱定位装置，能够不在手术中使用带有放射性的c型臂x线机，从而减少在术中透视设备对医生的辐射。本装置能够使得患者只接受一次正常量的ct辐射，使得患者接受的辐射是人体医疗检测的常规承受范围内，避免了术中患者的辐射暴露带来的附加危害，使用更加便捷。
7.本实用新型是这样实现的：一种无放射的手术中脊柱定位装置，包括：
8.设备柜，为操作平台，顶部平台上竖直的设有支撑杆，所述支撑杆的顶端水平的设有伸缩杆；
9.横向挂架，水平的固定安装在伸缩杆的伸缩端，其上水平的固设有一根纵向架，所述横向挂架和纵向架相互垂直交错设置，所述横向挂架和纵向架上都各自吊装了至少一个投影仪；
10.所述投影仪投影方向朝向下方，所述横向挂架和纵向架上的全部投影仪的投影焦
点相同，每个所述投影仪投射的影像位置重叠；所述横向挂架底部还吊挂了摄像头，所述摄像头拍摄方向朝下设置；
11.mr眼镜，为混合现实的可视化眼镜；
12.控制器，架设安装在所述设备柜上，全部所述投影仪都与控制器数据连接，所述控制器上还连接了识别设备，所述识别设备、摄像头和mr眼镜都与控制器电连接，所述mr眼镜通过控制器与摄像头数据连接；
13.数据标识，为身份识别标识，紧密的粘黏在患者背部，且不与手术部位相互重叠，所述数据标识与控制器内储存的对应数据相互匹配，所述数据标识通过识别设备与控制器数据匹配；
14.动作捕捉仪，其上设有多个动作捕捉成像贴片，多个动作捕捉成像贴片能分离的粘黏在患者的背部，所述动作捕捉仪与控制器电连接。
15.进一步地，所述设备柜底部均匀的设有多个万向轮和支撑腿，所述支撑腿为液压支撑杆。
16.进一步地，所述横向挂架和纵向架上共设有4个投影仪，四个所述投影仪悬挂在患者手术部位的上方。
17.进一步地，所述控制器为处理和控制数据的电脑。
18.进一步地，所述伸缩杆为电动推杆，所述伸缩杆通过控制器控制。
19.进一步地，所述识别设备为数据扫描摄像头，所述投影仪为便携式投影仪。
20.进一步地，所述数据标识为二维码图案的纹身贴，每个患者粘黏的所述数据标识各不相同，每个患者身上粘黏的所述数据标识都与该患者在控制器内储存的脊柱骨骼ct虚拟模型一一对应；
21.所述数据标识与手术部位的距离范围在10-30cm之间。
22.进一步地，所述摄像头设置在横向挂架和纵向架交汇处的下方。
23.本实用新型的有益效果是：1、本实用新型投影仪进行投影，将控制器内储存的患者脊柱骨骼形状投影在患者身体脊柱对应的位置上，用于术中辅助手术的医生对患者骨骼与病灶的模型和位置的准确判断，从而使医生能够方便的对患者进行手术；
24.2、本装置没有在手术中使用带有辐射的骨骼透视设备，从而使得患者和医生都没有在手术中经受辐射的暴露危害，因此本装置不会损害身体健康；
25.3、因为本装置是通过投影作用在患者的脊柱患处，能使每个参与手术的医生，在术中都能方便的观察患者的脊柱骨骼情况，使用更加便捷，只需要开启投影即可将正在进行手术的患者向匹配的骨骼影像图片投影在手术部位的皮肤上；
26.4、本装置使用了至少四个投影仪，而每个投影仪的投影图像完全重叠，使得本装置将患者骨骼图片多层重叠加强投影在患者手术部位，并且是从多个不同角度进行投影的，因此本装置的投影不会被全部遮挡，能够使正在进行手术操作的医生不会遮挡投影仪的图片，避免患者的手术部位的骨骼图像被手术操作遮挡，使得手术操作过程中便于观察患者体内骨骼形状。
附图说明
27.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
28.图1为本实用新型整体结构示意图；
29.图2为本实用新型俯视图；
30.图3为本实用新型手术过程中的俯视图；
31.图4为本实用新型患者脊柱部位的数据标识和动作捕捉仪示意图；
32.图5为本实用新型摄像头仰视图。
33.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
34.1-设备柜，11-支撑杆，12-伸缩杆，13-万向轮，14-支撑腿，2-投影仪，21-横向挂架，22-纵向架，23-摄像头，3-控制器，31-数据标识，32-动作捕捉仪，33-识别设备，4-mr眼镜。
具体实施方式
35.请参阅图1至5所示，本实用新型提供一种技术方案：一种无放射的手术中脊柱定位装置，包括：
36.设备柜1，为操作平台，顶部平台上竖直的设有支撑杆11，所述支撑杆11的顶端水平的设有伸缩杆12；
37.横向挂架21，水平的固定安装在伸缩杆12的伸缩端，其上水平的固设有一根纵向架22，所述横向挂架21和纵向架22相互垂直交错设置，所述横向挂架21和纵向架22上都各自吊装了至少一个投影仪2；
38.所述投影仪2投影方向朝向下方，所述横向挂架21和纵向架22上的全部投影仪2的投影焦点相同，每个所述投影仪2投射的影像位置重叠；所述横向挂架21底部还吊挂了摄像头23，所述摄像头23拍摄方向朝下设置；
39.mr眼镜4，为混合现实的可视化眼镜；
40.控制器3，架设安装在所述设备柜1上，全部所述投影仪2都与控制器3数据连接，所述控制器3上还连接了识别设备33，所述识别设备33、摄像头23和mr眼镜4都与控制器3电连接，所述mr眼镜4通过控制器3与摄像头23数据连接；
41.数据标识31，为身份识别标识，紧密的粘黏在患者背部，且不与手术部位相互重叠，所述数据标识31与控制器3内储存的对应数据相互匹配，所述数据标识31通过识别设备33与控制器3数据匹配；
42.动作捕捉仪32，其上设有多个动作捕捉成像贴片，多个动作捕捉成像贴片能分离的粘黏在患者的背部，所述动作捕捉仪32与控制器3电连接，能够不再手术中使用带有放射性的c型臂x线机，从而杜绝在术中透视设备对医生的辐射，而因为患者才是辐射的最大承受者，本装置能够使得患者只接受一次正常量的ct辐射，使得患者接受的辐射是人体医疗检测的常规承受范围内，避免了术中患者的辐射暴露带来的附加危害，使用更加便捷，医生视线不会被遮挡，取拿手术器械更加方便。
43.其中，设备柜1底部均匀的设有多个万向轮13和支撑腿14，所述支撑腿14为液压支撑杆，方便设备柜1的稳定架设，从而确保投影仪2的投射位置稳定；
44.横向挂架21和纵向架22上共设有4个投影仪2，四个所述投影仪2悬挂在患者手术部位的上方，便于从各个不同方向进行投影，确保投射影像不会在手术过程中被完全遮挡；
45.控制器3为处理和控制数据的电脑，属于常用设备；
46.伸缩杆12为电动推杆，所述伸缩杆12通过控制器3控制，方便的将投影仪2伸出至需要位置；
47.识别设备33为数据扫描摄像头，所述投影仪2为便携式投影仪，设备简单，容易操作；
48.数据标识31为二维码图案的纹身贴，每个患者粘黏的所述数据标识31各不相同，每个患者身上粘黏的所述数据标识31都与该患者在控制器3内储存的脊柱骨骼ct虚拟模型一一对应；
49.所述数据标识31与手术部位的距离范围在10-30cm之间，使得本装置粘黏方便，又防水不易脱落，能够作为人体脊柱位置的校准点，并且不会在手术中被切开改变位置，数据标识31不仅能够定位还能作为数据识别码，使用方便；
50.所述摄像头23设置在横向挂架21和纵向架22交汇处的下方，能够处于手术处正中央进行拍摄，便于能够准确的拍摄到实时影像数据。
51.在本实用新型的一个具体实施例中：
52.本实用新型实施例通过提供一种无放射的手术中脊柱定位装置，本实用新型所解决的技术问题是：1、手术过程中，患者和医生都暴露在ct辐射中，长期暴露在超出安全阈值的辐射，容易引发生辐射相关疾病；2、因为手术中需要用c型臂x线机，导致医生不能持续、频繁、无间歇的多次对不同患者进行手术，需要等待医生辐射代谢并降低身体承受的辐射量，才能再次进行手术，大大降低了医生的手术频率，导致很多患者排队预约手术，增加了患者预约和等待手术的时间，增加了患者的痛苦，因此传统方案，患者无法及时得到手术治疗；3、医生在使用c型臂x线机时，软件操作流程繁琐，导致手术时间增加，这样就增加了手术风险，而且这种操作完全是因为设备的使用设定，人为造成的手术风险增加，不使用这种设备医生又难以判断患者脊柱形状；4、这种设备购买昂贵，而且软件使用费用也非常昂贵，这些都需要患者承担，给患者家庭造成更大的负担。
53.实现了的技术效果为：1、本实用新型投影仪进行投影2，将控制器3内储存的患者脊柱骨骼和病灶投影在患者身体脊柱对应的位置上，用于术中辅助手术的医生对患者骨骼形状和位置的准确判断，从而使医生能够方便的对患者进行手术；
54.2、本装置没有在手术中使用带有辐射的骨骼透视设备，从而使得患者和医生都没有在手术中经受辐射的暴露危害，因此本装置不会损害身体健康；
55.3、因为本装置是通过投影作用在患者的脊柱患处，能使每个参与手术的医生，在术中都能方便的观察患者的脊柱骨骼情况，使用更加便捷，只需要开启投影即可将正在进行手术的患者向匹配的骨骼影像图片投影在手术部位的皮肤上；
56.4、本装置使用了至少四个投影仪2，而每个投影仪2的投影图像完全重叠，使得本装置将患者骨骼图片多层重叠加强投影在患者手术部位，并且是从多个不同角度进行投影的，因此本装置的投影不会被全部遮挡，能够使正在进行手术操作的医生不会遮挡投影仪的图片，避免患者的手术部位的骨骼图像被手术操作遮挡，使得手术操作过程中便于观察患者体内骨骼形状。
57.本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
58.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
59.本实用新型在制作时，先制作一个设备柜1，用以摆放和安置各类连接线，并且动作捕捉仪32的多个动作捕捉成像贴片也可以放置在设备柜1中，这种贴片也被常规称为mark点贴片，而设备柜1底部成矩形均匀的分布了多个万向轮13，用于滚动设备柜1，而每个万向轮13旁边也都设有液压杆作为支撑腿14，当移动至手术部位时，可以将支撑腿14伸长，使万向轮13离开地面，确保设备柜1能够稳定支撑，设备柜1顶部竖直固定了支撑杆11，而支撑杆11顶部水平固定了伸缩杆12，伸缩杆12的伸缩方向为水平面上横向伸缩，伸缩杆12是电动推杆，通过控制器3控制，在伸缩杆12的伸缩端安装横向挂架21，在横向挂架21上固定安装纵向架22，并且横向挂架21和纵向架22相互垂直交错设置，通过伸缩杆12能够将横向挂架21和纵向架22整体伸出或者缩回；
60.横向挂架21和纵向架22的底部都设有提交小的便携式投影仪2，这样不仅吊挂方便，而且可以安装更多数量的投影仪2，本实施例使用4个投影仪2，如图2所示，而四个投影仪2的投射图像是重叠的，通过摆置投影仪2的角度调整并且固定为投影的图像重叠，形成无影灯的效果，即使遮挡了一个投影仪2，其余的投影仪2还能继续在患者的背部脊柱手术部位继续投影，便于医生观察，从而更好的辅助医生进行手术；
61.在设备柜1顶部还安装控制器3，控制器3还连接了识别设备33，识别设备为二维码数据读取扫描摄像头，而识别设备33和伸缩杆12都是通过控制器3进行控制的，控制器3就是一般的操作电脑；
62.并且在横向挂架21和纵向架22的交汇处底部固定安装摄像机23，并将摄像机与控制器3进行数据连接；
63.还需要安装mr眼镜4，将mr眼镜4与控制器3数据连接在一起，用于读取摄像头23的拍摄画面，实现虚拟现实的交互；
64.而控制器3上还连接着动作捕捉仪32，动作捕捉仪32有多个捕捉人体肢体变化的动作捕捉成像贴片，便于对人体的脊柱进行成像和位置校准，而每个患者身上还设置了数据标识31，数据标识31需要术前固定在人体背部，并且距离手术部位较远，数据标识31距离患处10-30cm之间，不会影响手术，同时还需要固定在人体上，不会因为水洗脱落，因此本数据标识31使用了纹身贴，并且是使用较长时间固化在人体皮肤表面的二维码防水纹身贴，用于与识别设备33进行数据匹配并且方便投影仪2定位的标识。
65.本实用新型在使用时，需要通过在2021年1月8日公开的专利申请号为：cn201910072577.6的用于开颅手术体表切口导航的识别图像贴片的实现方法，这种方法是本实用新型的数据传输和匹配的软件技术运用基础。
66.将本装置调试好，并将数据标识31固定在人体背部，手术前预先用ct设备将人体手术部位的脊柱骨骼图像读取至控制器3中，并将同一个患者的ct设备拍摄的骨骼图像数据与患者贴合在皮肤上的数据标识31进行匹配并储存；
67.手术过程中，先进行术前准备工作，当需要本装置进行辅助定位的时候，将本装置的动作捕捉仪32的多个动作捕捉成像贴片贴合在人体背部脊柱两侧，然后将设备柜1推移至手术台旁，升起支撑腿14，确保设备柜1架设稳定不再发生位移，调整伸缩杆12将横向挂架21和纵向架22伸出在患者的手术部位上方，以不遮挡手术操作为准，确保横向挂架21和纵向架22底部吊挂的每个投影仪2都位置准确；
68.然后用识别设备33扫描数据标识31，将匹配的信息从控制器3内调出并传输给投
影仪2，投影仪2将之前ct拍摄的脊柱骨骼图片投影至手术部位，确保每一个投影仪2的影像都完全重叠，并且位置准确，投影位置是以数据标识31为坐标参照，这样就能与ct拍摄的骨骼位置保持精准一致了，投影完成通过动作捕捉仪32进行位置校准，确保多重验证下骨骼位置精准匹配，如此本装置就可以辅助医生进行手术了，使用过程中没有额外的软件设置操作，不需要各种参数匹配，只需要核对数据标识31即可完成，操作简单，并且通过摄像头23拍摄术中背脊骨骼图像，并通过mr眼镜4进行观察，能够精准的判断预先设定的手术部位，可以将预先ct拍摄的骨骼与术中实际情况完美结合，形成混合现实交互的手术辅助，术中判断更加精准，而且没有辐射，保护医生和患者的健康，手术完成后，撤离本装置，而数据标识31是纹身贴，1-2周后会自动脱落，本使用方便定位准确。
69.mr眼镜，也就是介导现实(mediated reality)，由“智能硬件之父”多伦多大学教授stevemann提出的介导现实，全称mediated reality(简称mr)。vr是纯虚拟数字画面，包括ar在内的mixed reality是虚拟数字画面 裸眼现实，mr是数字化现实 虚拟数字画面。
70.在上世纪七八十年代，为了增强简单自身视觉效果，让眼睛在任何情境下都能够“看到”周围环境，steve mann设计出可穿戴智能硬件，这被看作是初步对mr技术的探索；
71.vr是纯虚拟数字画面，而ar虚拟数字画面加上裸眼现实，mr是数字化现实加上虚拟数字画面。从概念上来说，mr与ar更为接近，都是一半现实一半虚拟影像，但传统ar技术运用棱镜光学原理折射现实影像，视角不如vr视角大，清晰度也会受到影响。
72.mr技术结合了vr与ar的优势，能够更好地将ar技术体现出来。同时，易瞳科技vr的大视角结合到mr设备中，可以弥补ar的视角不足的情况。ar和vr技术都是mr的子集合，一副mr的眼镜可以做ar和vr的事情，本实施例使用的是hololens眼镜。
73.另外，在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
74.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。