用于非刚体手术定位的标记物组件的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种用于非刚体手术定位的标记物组件。


背景技术：

2.由于手术精度与效率的巨大优势，机器人辅助手术逐渐成为外科手术的发展趋势之一，这其中即包括了经皮穿刺手术，目前机器人辅助穿刺手术的基本流程是：借助光学定位仪器或者电磁定位仪器来实现术中定位，即将患者坐标系与ct坐标系联系起来，将结合术前在ct中规划的穿刺路径与目标靶点，让机器人装夹穿刺针或穿刺针的引导装置(如定位针套、定位模板等)完成自动对准，免去反复手动调整穿刺角度的过程，从而高精度、高效率完成手术。而在上述过程中，机器人自身的运动精度很高，但是术中定位的精度通常较低，因此后者直接决定了最终的手术精度。
3.目前，针对骨科、神经外科的刚体与半刚体的术中定位技术已经较为成熟，其基本思路是在患者骨骼或头颅表面等形变量较小的部位粘贴或夹持若干标记物，然后再让患者和标记物一起拍摄ct影像，再将标记物在ct坐标系下的空间坐标计算出来，再通过光学定位或电磁定位的方式获取标记物在真实环境中的坐标，再进行一个点到点的配准，即可建立起患者坐标系与ct坐标系的联系。
4.然而，对于胸腹部这样的非刚体，其术中定位技术至今仍是难题，尤其是在经皮穿刺手术中，患者处于局麻状态，此时患者仍然会出现呼吸心跳运动和软组织变形等情况，这使得粘贴或夹持的标记物一直处于漂移运动状态，由此获取的坐标系转换精度很低，无法用于临床手术。为此，可以考虑直接获取患者体表大面积的空间位置信息，从而实现对局部变形误差的均化，以提高手术定位精度。然而，由于患者体表纹理特征较少，在光学成像设备下无法识别出可靠的特征点，需要粘贴大量标记点，但是这样过于繁琐、耗时耗力。中国发明专利202010103173.1提到了一种利用形状传感光纤网格的手术配准系统，该系统使用形状传感光纤编制成网面，贴合在人体表面，进行实时人体表面形状测量，从而实现实时的非刚体配准。但是该系统精密度较高，不易于在每次手术前进行消毒灭菌处理，且在手术部署时也较为麻烦。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种用于非刚体手术定位的标记物组件。
6.本实用新型提供一种用于非刚体手术定位的标记物组件，包括柔性主体和用于配合手术定位的标记物，所述标记物包括柔性标记物和刚性标记物，所述柔性主体能贴合在生物体皮肤表面。
7.优选地，柔性标记物是在柔性主体外表面涂覆有的花纹、编码、反光涂层或者反光贴片，便于视觉识别。
8.优选地，柔性标记物是在柔性主体上切割或编织出的至少1个镂空图案。
9.优选地，所述刚性标记物是由刚性基体、光学定位部与x光定位部组成，x光定位部能够在x射线下显影，光学定位部能够通过光学成像设备识别与定位。
10.优选地，所述刚性标记物是在柔性主体上设置的至少1个x光定位部。
11.优选地，所述柔性主体设有一个，在该柔性主体上设置有至少一个柔性标记物和至少一个刚性标记物，每个刚性标记物设置在柔性主体外表面。
12.优选地，所述柔性主体设有多个，相邻2个柔性主体之间相互分离间隔排列设置；在每个柔性主体上设置有至少一个柔性标记物和至少一个刚性标记物，每个刚性标记物设置在柔性主体外表面。
13.优选地，所述柔性主体设有多个，相邻2个柔性主体之间相互分离间隔排列设置；
14.刚性标记物位于多个柔性主体之间的分离间隔位置上；所述柔性主体和刚性标记物之间分开设置且均能贴合在生物体皮肤表面。
15.优选地，所述柔性主体是采用柔性布或柔性网，所述柔性布或柔性网是采用ct值小于 1000hu的柔性材料，所述柔性材料至少能拉伸为原长的1.5倍且至少能恢复为原长的1.2倍。
16.优选地，所述柔性主体是采用弹性布或弹性网，所述弹性布或弹性网是采用ct值小于 1000hu的柔性材料，所述柔性材料至少能拉伸为原长的1.5倍且至少能恢复为原长的1.2倍。
17.优选地，刚性标记物与柔性主体之间的连接方式为螺纹连接、卡扣连接、黏性粘贴、魔术贴或者磁性吸附连接。
18.优选地，每个刚性标记物内包含至少1个光学定位部，每个光学定位部是采用片状、丝状、方块、棱锥、柱体、球体或支架形状；上述各种形状的光学定位部是采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料；该光学定位部通过可见光视觉或红外光反射，来获取光学定位部的空间坐标。
19.优选地，所述柔性主体通过搭扣、粘性粘贴或者连接绳、连接带连接从而贴合在生物体上。
20.优选地，所述x光定位部是采用金属贴片、金属球或者金属丝。
21.优选地，所述弹性布或弹性网是采用尼龙纤维、聚酯纤维、氨纶纤维、莫代尔纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃弹性纤维、复合弹性纤维、橡胶、乳胶中的一种或者多种任何组合。
22.优选地，标记物与柔性主体之间的连接方式为螺纹连接、卡扣连接、黏性粘贴、魔术贴或者磁性吸附连接。
23.优选地，所述标记物内包含至少1个定位小球或定位支架，所述定位小球或定位支架采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料。
24.优选地，所述柔性主体通过搭扣、粘性粘贴或者连接绳连接从而贴合在生物体上。
25.优选地，所述搭扣是魔术贴、卡扣、纽扣、磁铁或者拉钩。
26.优选地，所述连接绳是弹性绳。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
28.由于患者体表纹理特征较少，在光学成像设备可见光相机、红外光相机、深度相机等下无法识别出可靠的特征点，为此可以在患者的胸腹部包裹一层较薄的柔性主体，柔性
主体上对应手术区域能切除部分柔性主体用作手术区域，搭扣或者连接绳连接形成贴合在生物体上待穿刺手术的区域，通过调节搭扣或者连接绳的不同松紧实现对不同体型的患者的适配，或者在手术区域周围布置多个柔性主体和标记物。所述柔性主体采用ct值低于 1000hu的低密度柔性材料，包括尼龙纤维、聚酯纤维、氨纶纤维、莫代尔纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃弹性纤维、复合弹性纤维、橡胶、乳胶中的一种或者多种任何组合，以减少对ct成像的干扰。利用柔性主体表面的印有的用于视觉识别的花纹特征，或网状结构的网格特征，可以较好的获取患者体表的大量可靠的特征点。由于柔性主体拉伸性较好，能够实现与患者体表的紧密贴合，因此这些特征点均会随着患者的呼吸作用与软组织变形而发生相应的漂移，从而为进一步实现手术定位提供强有力的支持。为了提高点云配准的鲁棒性，能够在柔性主体上设置若干个标记物，这些标记物能够很容易地被光学成像设备识别出，从而进行视觉定位。这样能够提供鲁棒性强的特征信息，用于基于可见光的非刚体表面形状的实时测量；而且材料价格低廉，易于消毒灭菌，易于在手术中进行快速部署
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述的附图仅仅是为了更好地理解本实用新型，而不应该理解为对本实用新型的限制。
30.图1是本实用新型实施例1的结构示意图之一；
31.图2是本实用新型实施例1的结构示意图之二；
32.图3是本实用新型实施例2的结构示意图
33.图4是本实用新型实施例3的结构示意图；
34.图5是本实用新型中刚性标记物的结构示意图之一；
35.图6是本实用新型中刚性标记物的结构示意图之二；
36.图7是本实用新型中刚性标记物的结构示意图之三；
37.附图数字标注：柔性主体(1)，标记物(2)，柔性标记物(21)，刚性标记物(22)，刚性标记物(22)，刚性基体(221)、光学定位部(222)，x光定位部(223)。
具体实施方式
38.以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
39.实施例1
40.如图1～2所示，用于非刚体手术定位的标记物组件，包括柔性主体1和用于配合手术定位的若干个标记物2，所述标记物2包括柔性标记物21和刚性标记物22，所述柔性主体1能贴合在生物体皮肤表面。
41.其中，柔性标记物21是在柔性主体1外表面涂覆有的花纹、编码、反光涂层或者反光贴片。
42.如图7所示，所述刚性标记物22是由刚性基体221、光学定位部222与x光定位部223组成，x光定位部223能够在x射线下显影，光学定位部222能够通过光学成像设备识别与定位。其中，所述x光定位部223是采用金属贴片、金属球或者金属丝。
43.或者，所述刚性标记物22包含至少1个光学定位部222，每个光学定位部222是采用片状、丝状、方块、棱锥、柱体、球体或支架形状；上述各种形状的光学定位部是采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料；该光学定位部通过可见光视觉或红外光反射，来获取光学定位部的空间坐标。
44.如图1所示，所述柔性主体1设有一个，在该柔性主体1上设置有至少一个柔性标记物21和至少一个刚性标记物22，每个刚性标记物22设置在柔性主体1外表面。
45.所述柔性主体1是采用柔性布或柔性网，所述柔性布或柔性网是采用ct值小于 1000hu的柔性材料，所述柔性材料至少能拉伸为原长的1.5倍且至少能恢复为原长的1.2倍。所述柔性材料包括尼龙纤维、聚酯纤维、氨纶纤维、莫代尔纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃弹性纤维、复合弹性纤维、橡胶、乳胶中的一种或者多种任何组合，所述柔性布表面有用于视觉识别的花纹特征。
46.为了提高点云配准的鲁棒性，可以在柔性布或柔性网上设置若干个标记物2，这些标记物2可以很容易地被光学成像设备识别出，从而进行视觉定位。同时，每个标记物2内包括至少1个ct值明显高于人体组织的光学定位部(比如定位小球)或者x光定位部(比如定位支架)，该定位小球或定位支架可以在ct图像中快速定位，并与视觉定位的结果进行一一匹配，从而得到ct空间与真实空间的一个精度较低的空间转换关系(由于局部变形的影响，精度通常较低)。但这个空间转换关系为后续的大面积的点云配准提供了一个较好的初值，这将极大地提高整体配准的鲁棒性与可靠性。
47.如图1～2所示，所述柔性主体1通过搭扣3、粘性粘贴或者连接绳、连接带连接从而贴合在生物体上。
48.刚性标记物22与柔性主体1之间的连接方式为螺纹连接、卡扣连接、黏性粘贴、魔术贴或者磁性吸附连接。如图5～6所示，刚性标记物22通过连接件220与柔性主体1卡扣连接。
49.其中，所述搭扣3是魔术贴、卡扣、纽扣、磁铁或者拉钩。所述连接绳是弹性绳。
50.实施例2
51.如图3所示，用于非刚体手术定位的标记物组件，包括柔性主体1和用于配合手术定位的若干个标记物2，所述标记物2包括柔性标记物21和刚性标记物22，所述柔性主体1能贴合在生物体皮肤表面。
52.其中，柔性标记物21是在柔性主体1上切割或编织出的至少1个镂空图案。
53.刚性标记物22是在柔性主体1上设置的至少1个x光定位部。
54.所述刚性标记物22包含至少1个光学定位部222，每个光学定位部222是采用片状、丝状、方块、棱锥、柱体、球体或支架形状；上述各种形状的光学定位部222是采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料；该光学定位部222通过可见光视觉或红外光反射，来获取光学定位部222的空间坐标。
55.如图3所示，所述柔性主体1设有多个，相邻2个柔性主体1之间相互分离间隔排列设置；在每个柔性主体1上设置有至少一个柔性标记物21和至少一个刚性标记物22，每个刚
性标记物22设置在柔性主体1外表面。
56.所述柔性主体1是采用弹性布或弹性网，所述弹性布或弹性网是采用ct值小于 1000hu的柔性材料，所述柔性材料至少能拉伸为原长的1.5倍且至少能恢复为原长的1.2倍。所述柔性材料包括尼龙纤维、聚酯纤维、氨纶纤维、莫代尔纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃弹性纤维、复合弹性纤维、橡胶、乳胶中的一种或者多种任何组合，所述弹性布表面有用于视觉识别的花纹特征。
57.为了提高点云配准的鲁棒性，可以在弹性布或弹性网上设置若干个标记物2，这些标记物2可以很容易地被光学成像设备识别出，从而进行视觉定位。同时，每个标记物2内包括至少1个ct值明显高于人体组织的光学定位部(比如定位小球)或者x光定位部(比如定位支架)，该定位小球或定位支架可以在ct图像中快速定位，并与视觉定位的结果进行一一匹配，从而得到ct空间与真实空间的一个精度较低的空间转换关系(由于局部变形的影响，精度通常较低)。但这个空间转换关系为后续的大面积的点云配准提供了一个较好的初值，这将极大地提高整体配准的鲁棒性与可靠性。
58.刚性标记物22与柔性主体1之间的连接方式为螺纹连接、卡扣连接、黏性粘贴、魔术贴或者磁性吸附连接。如图5～6所示，刚性标记物22通过连接件220与柔性主体1卡扣连接。
59.所述柔性主体1通过搭扣3、粘性粘贴或者连接绳、连接带连接从而贴合在生物体上。
60.所述x光定位部是采用金属贴片、金属球或者金属丝。
61.其中，所述搭扣3是魔术贴、卡扣、纽扣、磁铁或者拉钩。所述连接绳是弹性绳。
62.实施例3
63.如图4所示，用于非刚体手术定位的标记物组件，包括柔性主体1和用于配合手术定位的若干个标记物2，所述标记物2包括柔性标记物21和刚性标记物22，所述柔性主体1能贴合在生物体皮肤表面。
64.其中，柔性标记物21是在柔性主体1外表面涂覆有的花纹、编码、反光涂层或者反光贴片。
65.所述刚性标记物22是在柔性主体1上设置的至少1个x光定位部。
66.所述刚性标记物22包含至少1个光学定位部，每个光学定位部是采用片状、丝状、方块、棱锥、柱体、球体或支架形状；上述各种形状的光学定位部是采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料；该光学定位部通过可见光视觉或红外光反射，来获取光学定位部的空间坐标。
67.所述柔性主体1设有多个，相邻2个柔性主体1之间相互分离间隔排列设置；
68.刚性标记物22位于多个柔性主体1之间的分离间隔位置上；所述柔性主体1和刚性标记物22之间分开设置且均能贴合在生物体皮肤表面。
69.所述柔性主体1是采用柔性布或柔性网，所述柔性布或柔性网是采用ct值小于 1000hu的柔性材料，所述柔性材料至少能拉伸为原长的1.5倍且至少能恢复为原长的1.2倍。
70.为了提高点云配准的鲁棒性，可以在柔性布或柔性网上设置若干个标记物2，这些标记物2可以很容易地被光学成像设备识别出，从而进行视觉定位。同时，每个标记物2内包
括至少1个ct值明显高于人体组织的光学定位部(比如定位小球)或者x光定位部(比如定位支架)，该定位小球或定位支架可以在ct图像中快速定位，并与视觉定位的结果进行一一匹配，从而得到ct空间与真实空间的一个精度较低的空间转换关系(由于局部变形的影响，精度通常较低)。但这个空间转换关系为后续的大面积的点云配准提供了一个较好的初值，这将极大地提高整体配准的鲁棒性与可靠性。
71.所述柔性主体1通过搭扣3、粘性粘贴或者连接绳、连接带连接从而贴合在生物体上。
72.所述x光定位部是采用金属贴片、金属球或者金属丝。
73.其中，所述搭扣3是魔术贴、卡扣、纽扣、磁铁或者拉钩。所述连接绳是弹性绳。
74.工作原理：患者体表纹理特征较少，在光学成像设备可见光相机、红外光相机、深度相机等下无法识别出可靠的特征点，为此可以在患者的胸腹部包裹一层厚度小于1mm的柔性主体1，柔性主体1上对应手术区域能切除部分柔性主体1用作手术区域，搭扣3或者连接绳连接形成贴合在生物体上待穿刺手术的区域，通过调节搭扣3的不同松紧实现对不同体型的患者的适配，或者在手术区域周围布置多个柔性主体1和标记物2。所述柔性主体1采用ct值低于 1000hu的低密度材料，包括尼龙纤维、聚酯纤维、氨纶纤维、莫代尔纤维、聚醚酯纤维、聚烯烃弹性纤维、复合弹性纤维、橡胶、乳胶中的一种或者多种任何组合，以减少对ct成像的干扰。利用柔性主体1表面的印有的用于视觉识别的花纹特征，或网状结构的网格特征，可以较好的获取患者体表的大量可靠的特征点。由于柔性主体1拉伸性较好，可以实现与患者体表的紧密贴合，因此这些特征点均会随着患者的呼吸作用与软组织变形而发生相应的漂移，从而为进一步实现手术定位提供强有力的支持。为了提高点云配准的鲁棒性，可以在柔性主体1上设置若干个标记物2，这些标记物2可以很容易地被光学成像设备识别出，从而进行视觉定位。其中，标记物2包括柔性标记物21和刚性标记物22，柔性标记物21是在柔性主体1外表面涂覆有的花纹、编码、反光涂层或者反光贴片；或者柔性标记物21是在柔性主体1上切割或编织出的至少1个镂空图案。刚性标记物22是由刚性基体221、光学定位部222与x光定位部223组成，x光定位部能够在x射线下显影，光学定位部222能够通过光学成像设备识别与定位。或者刚性标记物22包含至少1个光学定位部222，每个光学定位部222是采用片状、丝状、方块、棱锥、柱体、球体或支架形状；上述各种形状的光学定位部222是采用ct值大于 500hu的金属、硬质塑料或陶瓷的刚性材料；该光学定位部222通过可见光视觉或红外光反射，来获取光学定位部222的空间坐标。
75.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。