一种无源手术支架定位系统及定位方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种无源手术支架定位系统及定位方法。


背景技术：

2.做骨科手术如脊椎骨手术内固定的时候，需要在椎弓根上置入克氏针及螺钉植入物，置入克氏针及螺钉植入物时位置和方向的准确性对患者的安全至关重要。
3.为了确保置入克氏针及螺钉植入物的位置和方向的准确性，通常在机器人末端安装导向筒，机器人在导航设备及软件的控制下，定位至病灶处，导向筒为医生提供导向通道；或者将导向筒替换为电动的末端执行器完成自动置入克氏针、置入螺钉植入物。但是，用机器人夹持导向工具的方法固然方便，也存在不足：一方面骨科手术机器人造价高昂贵，给患者及家属带来沉重经济负担；另一方面，机器人是有源设备，存在电磁干扰及系统可靠性等问题，即使通过相关测试，风险始终存在，不能从源头上根除。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无源手术支架定位系统及定位方法，旨在解决现有技术中成本高以及可靠性低的问题。
5.本发明是这样实现的，一种无源手术支架定位系统，包括支撑系统和导向系统，导向系统连接在支撑系统上，支撑系统用于提供稳定支撑，导向系统用于快速置入手术器具；支撑系统包括宏调装置和微调装置，宏调装置与微调装置连接；宏调装置包括第一臂结构和第二臂结构，第一臂结构与第二臂结构之间通过连接部连接，第一臂结构与第二臂结构用于实现手术器具位置和方向的调整和固定；微调装置上设有多个调节机构，用于x、y、z轴的直线位移调整，还用于绕z轴的旋转位移调整以及对xy平面的水平调整，导向系统包括导向本体和若干金属球，金属球安装在导向本体上，若干金属球组成的立体可形成空间坐标系，导向本体上包括至少一个导向孔，导向孔的轴向与手术器具的放置方向重合。
6.可选的，第一臂结构包括第一球头螺栓、第一球座，第一球座连接第一连杆，且第一连杆套设在第一锁紧杆外部；第一连杆另一端连接连接部，连接部还包括第一锁紧柱、第二锁紧柱以及第一锁紧螺母，锁紧螺栓贯穿第一锁紧柱及第二锁紧柱，且与第一锁紧螺母螺纹连接；第二臂结构包括第二连杆、第二球座以及第二球头螺栓，第二连杆与第二球座连接，且第二球头螺栓与第二球座卡接，第二连杆套设在第二锁紧杆外部。
7.可选的，第一锁紧柱与第二锁紧柱的轴线均与锁紧螺栓轴线重合，第一锁紧柱与第一锁紧杆接触面包括第一锁紧斜面，第一锁紧柱通过第一锁紧斜面压紧第一锁紧杆；第二锁紧柱与第二锁紧杆之间接触面包括第二锁紧斜面，第二锁紧柱通过第二锁紧斜面压紧第二锁紧杆。
8.可选的，微调装置设有外框和基座，基座与外框连接并位于外框一侧；调节机构包
括z轴调节机构，z轴调节机构包括螺旋配合的z轴调节螺杆与z轴调节螺母，z轴调节螺母与滑槽连接，z轴调节螺杆与基座连接；基座与第二球头螺栓之间通过滑槽连接，滑槽与基座之间接触面包括第一底面和第一斜面，第一底面与第一斜面形成v型面配合以进行直线导向。
9.可选的，微调装置还包括固定座和第一盖板，固定座位于外框内部，第一盖板固定连接在外框上表面；调节机构还包括y轴调节机构，y轴调节机构包括螺旋配合的y轴调节螺杆与y轴调节螺母，y轴调节螺母与外框为刚性固连，且y轴调节螺杆与固定座连接；第一盖板与固定座之间接触面包括第二斜面，外框与固定座接触面包括第二底面，第二斜面与第二底面形成v型面配合以进行直线导向。
10.可选的，微调装置还包括蜗轮、安装座、压块及压环，蜗轮位于外框内部，安装座与蜗轮转动连接，且压环套设于蜗轮外部并与安装座固定连接，压块固定连接于固定座上表面；x轴调节机构包括螺旋配合的x轴调节螺杆与x轴调节螺母，x轴调节螺母与固定座刚性固连，x轴调节螺杆与安装座连接；压块与压环接触面包括第三底面，安装座与固定座接触面包括第三斜面，第三斜面与第三底面之间形成v型面配合以进行直线导向。
11.可选的，微调装置还设有蜗杆，蜗杆安装在安装座上；压环与安装座固定连接，且压环与蜗轮之间接触面包括第四环形斜面，蜗轮与安装座之间接触面为第四底面，第四底面与第四环斜面可对蜗轮做轴向和径向限位。
12.可选的，调节机构还包括若干水平调节机构、第一水泡和第二水泡，水平调节机构包括水平调节螺杆与水平调节螺母，第一水泡和第二水泡轴线垂直并且均安装在外框上表面，水平调节螺母与基座为刚性固连，水平调节螺杆与鱼眼轴承连接，鱼眼轴承与外框刚性固连。
13.可选的，导向本体底部具备若干固定特征，固定特征与蜗轮上的安装接口一一对应安装。
14.一种无源手术支架定位方法，应用于上述无源手术支架定位系统，具体步骤为：移动宏调装置进行粗定位；调节微调装置实现x、y、z轴的直线定位，和z轴的旋转定位以及xy平面的水平定位；利用至少四个金属球组成的立体确定空间坐标系o-x1y1z1，通过拍摄ct计算出支架空间坐标系o-x1y1z1与控制系统预定空间坐标系o0-x0y0z0在位移和方向上的差值；调节微调装置将该差值归零，实现置入手术器具通道和预定路线的重合，实现最终定位。
15.另一种无源手术支架定位方法，应用于上述无源手术支架定位系统，具体步骤为：移动宏调装置进行粗定位；调节微调装置实现x、y、z轴的直线定位和z轴的旋转定位；使宏调装置处于可调节状态，将微调装置端平，观察第一水泡和第二水泡处于两条中间线之间后锁紧宏调装置，使宏调装置处于锁紧状态，以此实现xy平面的水平定位；利用至少四个所述金属球组成的立体确定空间坐标系o-x1y1z1，通过拍摄ct计算出支架空间坐标系o-x1y1z1与控制系统预定空间坐标系o0-x0y0z0在位移和方向上的差值；调节微调装置将该差值归零，实现置入手术器具通道和预定路线的重合，实现最终定位。
16.与现有技术相比，本技术设置支撑系统和导向系统，导向系统连接在支撑系统上，支撑系统用于提供稳定支撑，导向系统用于快速置入手术器具；支撑系统包括宏调装置和微调装置，宏调装置与微调装置通过滑槽连接；宏调装置包括第一臂结构和第二臂结构，第
一臂结构与第二臂结构之间通过连接部连接，第一臂结构与第二臂结构用于实现位置和方向的调整和固定；微调装置上设有多个调节机构，用于x、y、z轴的直线调整，还用于绕z轴的旋转调整以及对xy平面做水平调整；导向系统包括导向本体和金属球，金属球安装在导向本体上，导向本体上包括至少一个导向孔，导向孔的轴向与手术器具的放置方向重合。这样设置成本低且操作方便，同时由于是无源设备，不存在电磁干扰，极大的提高了可靠性，精确度也有了极大的提高。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的无源手术支架定位系统整体示意图；图2是本发明实施例提供的支撑系统示意图；图3是本发明实施例提供的支撑系统部分结构示意图；图4是本发明实施例提供的支撑系统部分结构另一角度示意图；图5是图4中“a-a”剖面示意图；图6是图5中“c”部分局部放大图示意图；图7是图4中“b-b”剖面示意图；图8是图7中“d”部分局部放大图示意图；图9是本发明实施例提供的微调装置结构示意图；图10是本发明实施例提供的微调装置俯视示意图；图11是图10中“e-e”剖面示意图；图12是图11中“i”部分局部放大图示意图；图13是图10中“f-f”剖面示意图；图14是图10中“g-g”剖面示意图；图15是图11中“h-h”剖面示意图；图16是本发明实施例提供的导向系统示意图。
18.附图标记说明：1-支撑系统；101-第一臂结构；10101-第一连杆；10102-第一球座；10103-第一球头螺栓；10104-c型板；10105-活动板；10106-夹紧螺栓；10107-第一极限缺口；10108-第一锁紧杆；10109-第一通孔；102-连接部；10201-第一锁紧柱；10202-锁紧螺栓；10203-第一锁紧螺母；10204-第二锁紧柱；10205-第一锁紧斜面；10206-第二锁紧斜面；103-第二臂结构；10301-第二连杆；10302-第二球座；10303-第二球头螺栓；10304-第二极限缺口；10305-第二锁紧杆；10306-第二通孔；2-导向系统；201-导向本体；202-导向孔；203-金属球；204-固定特征；3-微调装置；301-滑槽；3011-伸出部；302-螺孔；303-调节机构；3031-x轴调节机构；30311-x轴调节螺杆；30312-x轴调节螺母；3032-y轴调节机构；30321-y轴调节螺杆；30322-y轴调节螺母；3033-z轴调节机构；30331-z轴调节螺杆；30332-z轴调节螺母；3034-水平调节机构；30341-水平调节螺杆；30342-水平调节螺母；304-外框；305-基座；306-固定座；307-第一盖板；308-蜗轮；309-弹性挡圈；310-压块；311-压环；312-蜗杆；3121-蜗杆旋钮；313-杆座；314-安装座；315-鱼眼轴承；316-第一水泡；317-第二水泡；318-安装接口；319-锁紧件；320-第二盖板；321-第二锁紧螺母；322-导向结构；3221-第一底面；3222-第一斜面；3223-第二底面；3224-第二斜面；3225-第三底面；3226-第三斜面；3227-第四底面；
3228-第四环斜面。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
21.以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
22.参照图1至图16所示，为本发明提供较佳实施例。
23.一种无源手术支架定位系统，包括支撑系统1和导向系统2，支撑系统1用于提供稳定支撑，导向系统2用于快速置入手术器具。更具体地，导向系统2刚性固连在支撑系统1上。
24.进一步地，支撑系统1包括宏调装置和微调装置3，通过移动微调装置3，使得宏调装置做跟随运动，可以快速实现手术器具位置、方向的粗定位，再通过调节微调装置3，可以实现准确定位。其中，宏调装置包括第一臂结构101和第二臂结构103，第一臂结构101与第二臂结构103之间通过连接部102连接，第一臂结构101与第二臂结构103可以对末端负载（即手术器具）实现位置、方向的调整和固定。在其他实施例中，宏调装置可由更多个臂结构组成以实现更多位置或方向的需求。
25.本实施例中，宏调装置存在两种状态，第一种状态为可调整状态，具体为：将扭力扳手调整到第一阈值，扳动连接部102的锁紧螺栓10202直到出现打滑，此时锁紧螺栓10202为第一锁紧状态，该状态下操作人员可在工作范围内调整微调装置3至任意位置，宏调结构做跟随运动，实现快速粗定位，支撑系统1可保持实时位置，此时不能承受负载；第二种状态为锁紧状态，具体为：将扭力扳手调整到第二阈值，扳动锁紧螺栓10202直至出现打滑，此时锁紧螺栓10202为第二锁紧状态，该状态下支撑系统1不仅可以保持该位置，而且可以承受正常植入手术器具过程中产生的力或力矩。值得注意的是，第一阈值范围小于第二阈值范围，故锁紧螺栓10202的第一锁紧状态所产生的锁紧力要小于第二锁紧状态所产生的锁紧力。
26.本实施例中，第一臂结构101一端设有夹紧螺栓10106、活动板10105以及c型板10104，夹紧螺栓10106与c型板10104下端为螺旋配合；活动板10105下端面与夹紧螺栓10106活动连接，通过旋转夹紧螺栓10106，可调整活动板10105与c型板10104另一端的距离，当处于临界夹紧状态时，活动板10105与安装基面之间保持静止，夹紧螺栓10106可相对活动板10105旋转，由此可将安装基面（如手术床边框）夹紧在活动板10105与c型板10104之间。
27.进一步地，第一臂结构101还包括第一球头螺栓10103，c型板10104通过第一球头螺栓10103与第一球座10102活动连接。其中，第一球头螺栓10103与c型板10104为螺纹连
接。
28.进一步地，第一球座10102连接第一连杆10101一端，且第一连杆10101内部设有第一锁紧杆10108，第一连杆10101套设在第一锁紧杆10108外部。当支撑系统1处于可调整状态时，第一球头螺栓10103、第一球座10102、第一锁紧杆10108组成球面约束，在无外部干涉的情况下，第一连杆10101可绕第一球头螺栓10103在任一方向上摆动，并可绕自身轴线自转，实现多方位位置调整。
29.更进一步地，第一连杆10101另一端连接连接部102。连接部102还包括第一锁紧柱10201、第二锁紧柱10204以及第一锁紧螺母10203，通过旋转第一锁紧螺母10203，使支撑系统1从可调整状态转变成锁紧状态。
30.具体的，锁紧螺栓10202贯穿第一锁紧柱10201及第二锁紧柱10204，且与第一锁紧螺母10203螺纹连接。同时，锁紧螺栓10202贯穿第一连杆10101端部的第一通孔10109，其中，第一通孔10109的轴线与第一锁紧杆10108的轴线垂直。
31.当对第一锁紧螺母10203施加锁紧力矩时，第一锁紧柱10201与第二锁紧柱10204在第一锁紧螺母10203的压力下相互靠拢，第一锁紧柱10201与第一锁紧杆10108接触面包括第一锁紧斜面10205，第一锁紧柱10201通过第一锁紧斜面10205挤压第一锁紧杆10108，锁紧力在第一锁紧斜面10205上具有分力f1z，分力f1z使得第一锁紧杆10108向第一球头螺栓10103的球头运动，从而使得第一球头螺栓10103的球头紧压在第一锁紧杆10108与第一球座10102的部分圆球面之间，从而达到完全锁紧第一连杆10101与c型板10104的目的。
32.进一步地，第二臂结构103包括第二连杆10301、第二球座10302以及第二球头螺栓10303，第二连杆10301与第二球座10302连接，优选为螺纹连接，且第二球头螺栓10303与第二球座10302卡接，使得第二球座10302与第二连杆10301均与第二球头螺栓10303活动连接。
33.更进一步地，第二连杆10301内设有第二锁紧杆10305，第二连杆10301套设在第二锁紧杆10305外部。当支撑系统1处于可调整状态下，第二球头螺栓10303、第二球座10302以及第二锁紧杆10305组成球面约束，在无外部干涉的情况下，第二连杆10301可以绕第二球头螺栓10303的球头做任意方向的摆动，并可绕自身轴线自转。
34.同时，锁紧螺栓10202贯穿第二连杆10301端部的第二通孔10306，第二通孔10306的轴线与第二锁紧杆10305的轴线垂直。
35.其中，第一锁紧柱10201与第二锁紧柱10204的轴线均与锁紧螺栓10202轴线重合，第一连杆10101可绕第一锁紧柱10201轴线旋转，第二连杆10301可绕第二锁紧柱10204轴线旋转。
36.具体的，当对第一锁紧螺母10203施加锁紧力矩时，第二锁紧柱10204与第二锁紧杆10308之间接触面包括第二锁紧斜面10206，第二锁紧柱10204通过第二锁紧斜面10206挤压第二锁紧杆10305，锁紧力在第二锁紧斜面10206上具有分力f2z，分力f2z使得第二锁紧杆10305向第二球头螺栓10303的球头运动，从而使得第二球头螺栓10303的球头紧压在第二锁紧杆10305和第二球座10302的部分圆球表面，达到完全锁紧第二连杆10301和第二球头螺栓10303的目的。
37.值得注意的是，锁紧力在第一锁紧斜面10205上还具有分力f1c，分力f1c与分力f1z相互垂直，分力f1c通过第一锁紧杆10108的外圆传递至第一连杆10101的内孔上，第二
锁紧杆10305斜面受到的分力f2c通过第二锁紧杆10305的外圆传递到第二连杆10301的内孔上，使得第一连杆10101和第二连杆10301的端面受到压力，当第一连杆10101与第二连杆10301之间有产生相互运动的趋势时，端面压力可转为摩擦力，阻止相互运动的发生，从而实现第一连杆10101与第二连杆10301的相互锁紧。
38.优选的，本实施例中，第一球座10102上设置有第一极限缺口10107，第二球座10302上设置有第二极限缺口10304，通过设置第一极限缺口10107与第二极限缺口10304，可增大第一连杆10101与第二球头螺栓10303的活动范围，应用范围更广。
39.参照图9至图16，本实施例中，微调装置3包括滑槽301，第二球头螺栓10303通过滑槽301上的螺孔302与微调装置3连接，进而将第二臂结构103与微调装置3连接在一起。优选的，滑槽301设有伸出部3011，螺孔302贯通于伸出部3011上下两侧。
40.进一步地，微调装置3上设有多个调节机构303，包括x轴调节机构3031、y轴调节机构3032、z轴调节机构3033以及水平调节机构3034，以实现六个自由度方向的调节。其中，水平调节机构3034用于调整微调装置3的水平度。
41.参照图9至图15，具体地，z轴调节机构3033包括z轴调节螺杆30331及z轴调节螺母30332，z轴调节螺杆30331与z轴调节螺母30332为可自锁的螺旋配合，z轴调节螺母30332与滑槽301刚性固连，本实施例中为嵌于滑槽301内部。
42.微调装置3设有外框304、基座305及导向结构322，z轴方向上，基座305位于外框304一侧，且通过水泡调整螺杆30341与外框304连接。参照图11，z轴调节螺杆30331与基座305为有间隙的孔轴配合，z轴调节螺杆30331的轴肩抵接基座305的右侧面，并且采用弹性挡圈309抵接基座305左侧面。滑槽301与基座305之间接触面包括第一底面3221和第一斜面3222，第一斜面3222立于第一底面3221两侧，且第一底面3221与第一斜面3222形成v型面配合，对x、y轴方向的位移进行限制，进而形成z轴直线导向结构，即导向结构322组成内容。旋转z轴调节螺杆30331可以实现基座305及其负载在z轴方向上的直线往复运动。z轴调节方式为本技术的优选实施例，在其他实施例中，也可用其他直线驱动（如齿轮齿条驱动或钢丝拉动）和直线导向结构（如光轴和直线导轨等）配合，此处不做限制。
43.参照图9至图14，微调装置3还设有固定座306与第一盖板307，固定座306位于外框304内部，第一盖板307固定连接在外框304上表面。参照图14，y轴调节机构3032包括y轴调节螺杆30321与y轴调节螺母30322，y轴调节螺杆30321与y轴调节螺母30322为可自锁的螺旋配合，y轴调节螺母30322与外框304为刚性固连，且y轴调节螺杆30321与固定座306为有间隙的孔轴配合。y轴调节螺杆30321的轴肩抵接固定座306的下侧面，弹性挡圈309抵接固定座306的上侧面。第一盖板307与固定座306之间接触面包括第二斜面3224，外框304与固定座306接触面包括第二底面3223，第二斜面3224与第二底面3223形成v型面配合，对x、z轴方向的位移进行限制，进而形成y轴直线导向结构，即导向结构322组成内容。旋转y轴调节螺杆30321可以实现固定座306及其负载在y轴方向的直线往复运动。y轴调节方式为本技术的优选实施例，在其他实施例中，也可用其他直线驱动（如齿轮齿条驱动或钢丝拉动）和直线导向结构（如光轴和直线导轨等）配合，此处不做限制。
44.参照图9至图14，微调装置3还设有蜗轮308、压块310、安装座314及压环311，蜗轮308位于外框304内部，且压环311套设于蜗轮308外部并与安装座314固定连接，压块310固定连接于固定座306上表面。x轴调节机构3031包括x轴调节螺杆30311与x轴调节螺母
30312，x轴调节螺杆30311与x轴调节螺母30312为可自锁的螺旋配合，x轴调节螺母30312与固定座306刚性固连，x轴调节螺杆30311与安装座314为有间隙的孔轴配合，x轴调节螺杆30311的轴肩抵接安装座314的外侧面，弹性挡圈309顶住安装座314的内侧面。压块310与压环311接触面包括第三底面3225，安装座314与固定座306接触面包括第三斜面3226，第三斜面3226与第三底面3225之间形成v型面配合，进而形成直线导向结构，即导向结构322组成内容。旋转x轴调节螺杆30311可以实现蜗轮308及其负载在x轴方向的直线往复运动。x轴调节方式为本技术的优选实施例，在其他实施例中，也可用其他直线驱动（如齿轮齿条驱动或钢丝拉动）和直线导向结构（如光轴和直线导轨等），此处不做限制。
45.参照图9至图14，安装座314与蜗轮308转动连接，具体地，蜗轮308底面与安装座314顶面抵接。蜗杆312通过两个杆座313安装在安装座314上，蜗杆312和杆座313之间为孔轴配合，蜗杆312的轴肩抵接在杆座313的端面上，防止轴向位移。压环311与安装座314固定连接，且压环311与蜗轮308之间接触面包括第四环斜面3228，且蜗轮308与安装座314之间接触面第四底面3227，第四底面3227与第四环斜面3228可对蜗轮308做轴向和径向限位，限制其在z轴上的偏移，并且蜗轮308可以绕z轴旋转。旋转与蜗杆312连接的蜗杆旋钮，驱动蜗轮308旋转，可实现蜗轮308绕z轴方向旋转，以实现z轴方向上的旋转微调。蜗杆312的螺旋升角设计为可自锁设计。在其他实施例中，也可以用齿轮、同步带、钢丝等机构与刹车配合来代替蜗轮蜗杆机构。
46.参照图9至图14，调节机构303还包括若干水平调节机构3034，用于进行水平度的调整。水平调节机构3034包括水平调节螺杆30341与水平调节螺母30342。第一水泡316和第二水泡317轴线垂直并且均安装在外框304上表面。水平调节螺杆30341与第二锁紧螺母321为可互换的螺旋配合，水平调节螺母30342与基座305为刚性固连。第二锁紧螺母321锁紧后，与基座305的配合为平面贴合或球面贴合。水平调节螺杆30341与鱼眼轴承315内孔为孔轴配合，弹性挡圈309和水平调节螺杆30341的轴肩将鱼眼轴承315内圈两端卡紧限位，同时鱼眼轴承315的外圈与外框304刚性固连。调整时，将第二锁紧螺母321松开，旋转水平调节螺杆30341，观察水泡位置，当第一水泡316与第二水泡317均居中时，锁紧各第二锁紧螺母321，此时外框304处于水平状态。
47.在其他实施例中，实现水平调整的方式为：当宏调装置处于可调整状态时，将微调装置3端平，观察第一水泡316与第二水泡317，当第一水泡316与第二水泡317处于两条中间线之间后锁紧宏调装置，即可实现微调装置3水平，可应用于精度较低的工作环境。
48.可选的，基座305上表面还安装有第二盖板320，z轴调节螺杆30331贯穿第二盖板320，且基座305与第二盖板320之间通过锁紧件319连接。
49.上述各调节机构303均为可自锁结构，所以当调整到确切位置后，微调装置3可实现整体自锁。
50.进一步地，第一盖板307、压块310、压环311以及蜗轮308表面均刻有游标尺，可以读出调整量，如直线方向或旋转方向位移等，其精度可根据游标尺的刻度数量和间隔值来进行设计。
51.值得注意的是，如果将微调装置3的驱动方式由手动改为电机驱动，可形成部分有源的半自动机械手装置。
52.具体地，导向系统2包括导向本体201和金属球203，金属球203安装在导向本体201
上。导向本体201底部具备若干固定特征204，固定特征204与蜗轮308内侧的安装接口318一一对应安装，以此将导向系统2准确地固定在蜗轮308上。
53.进一步地，导向本体201上包括至少一个导向孔202，导向孔202的轴向与控制系统上预定的置钉方向重合。在其他实施例中，导向孔202也可由导向槽代替。
54.更进一步地，金属球203至少有四个以组成一个四面体（或者由四个以上的金属球203组成五面以上的立体），由该四面体可确定一个实物的空间坐标系o1-x1y1z1。由于导向本体201为刚性件，所以导向孔202在o1-x1y1z1中的位置和方向是固定的。通过拍摄的ct可以计算出实物的空间坐标系o-x1y1z1与控制系统预定的空间坐标系o0-x0y0z0在位移和方向上的差值p（矢量），通过微调装置，将该差值p归零，从而实现实物置入手术器具通道和控制系统计算的置入手术器具通道的重合，从而实现辅助手术器具的功能。
55.特别地，金属球203可以替换为反光球，反光球安装在可以被设备识别的地方，工作原理与上述实施例类似，在此不做赘述。导向系统2的位置和姿态可以通过光学导航设备及软件进行监控，也可替换为采用其他导航定位原理的定位介质。
56.本技术中手术定位支架系统为无源设备，成本低，降低患者手术费用，适用人群广；从根本上消除了电磁干扰，极大提高了设备的安全性；将调整量落实到位移和角度的变化量，并通过机械调整的方式实施，通过游标尺的读数反馈调整结果，可靠性高；同时由于机械调整机构的准确度可以通过计量方式定期校准，形成闭环管理，提高精确度。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无源手术支架定位系统，其特征在于，包括支撑系统和导向系统，所述导向系统连接在所述支撑系统上，所述支撑系统用于提供稳定支撑，所述导向系统用于快速置入手术器具；所述支撑系统包括宏调装置和微调装置，所述宏调装置与所述微调装置连接；所述宏调装置包括第一臂结构和第二臂结构，所述第一臂结构与所述第二臂结构之间通过连接部连接，所述第一臂结构与所述第二臂结构用于实现手术器具位置和方向的调整和固定；所述微调装置上设有多个调节机构，用于x、y、z轴的直线位移调整，还用于绕z轴的旋转位移调整以及对xy平面的水平调整，所述导向系统包括导向本体和若干金属球，所述金属球安装在所述导向本体上，若干所述金属球组成的立体可形成空间坐标系，所述导向本体上包括至少一个导向孔，所述导向孔的轴向与所述手术器具的放置方向重合。2.如权利要求1所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述第一臂结构包括第一球头螺栓、第一球座，所述第一球座连接第一连杆，且所述第一连杆内设有第一锁紧杆；所述第一连杆另一端连接所述连接部，所述连接部还包括第一锁紧柱、第二锁紧柱以及第一锁紧螺母，锁紧螺栓贯穿所述第一锁紧柱及所述第二锁紧柱，且与所述第一锁紧螺母螺纹连接；所述第二臂结构包括第二连杆、第二球座以及第二球头螺栓，所述第二连杆与所述第二球座连接，且所述第二球头螺栓与所述第二球座卡接，所述第二连杆内设有第二锁紧杆。3.如权利要求2所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述第一锁紧柱与所述第二锁紧柱的轴线均与所述锁紧螺栓轴线重合，所述第一锁紧柱与所述第一锁紧杆接触面包括第一锁紧斜面，所述第一锁紧柱通过所述第一锁紧斜面压紧所述第一锁紧杆；所述第二锁紧柱与所述第二锁紧杆之间接触面包括第二锁紧斜面，所述第二锁紧柱通过所述第二锁紧斜面压紧所述第二锁紧杆。4.如权利要求2所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述微调装置设有外框和基座，所述基座与所述外框连接并位于所述外框一侧；所述调节机构包括z轴调节机构，所述z轴调节机构包括螺旋配合的z轴调节螺杆与z轴调节螺母，所述z轴调节螺母与滑槽连接，所述z轴调节螺杆与所述基座连接；所述基座与所述第二球头螺栓之间通过所述滑槽连接，所述滑槽与所述基座之间接触面包括第一底面和第一斜面，所述第一底面与所述第一斜面形成v型面配合以进行直线导向。5.如权利要求4所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述微调装置还包括固定座和第一盖板，所述固定座位于所述外框内部，所述第一盖板固定连接在所述外框上表面；所述调节机构还包括y轴调节机构，所述y轴调节机构包括螺旋配合的y轴调节螺杆与y轴调节螺母，所述y轴调节螺母与所述外框为刚性固连，且所述y轴调节螺杆与所述固定座连接；所述第一盖板与所述固定座之间接触面包括第二斜面，所述外框与所述固定座接触面包括第二底面，所述第二斜面与所述第二底面形成v型面配合以进行直线导向。6.如权利要求5所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述微调装置还包括蜗轮、安装座、压块及压环，所述蜗轮位于所述外框内部，所述安装座与所述蜗轮转动连接，且所述压环套设于所述蜗轮外部并与安装座固定连接，所述压块固定连接于所述固定座上表面；x轴调节机构包括螺旋配合的x轴调节螺杆与x轴调节螺母，所述x轴调节螺母与所述固定座刚性固连，所述x轴调节螺杆与所述安装座连接；所述压块与所述压环接触面包括第三
底面，所述安装座与所述固定座接触面包括第三斜面，所述第三斜面与所述第三底面之间形成v型面配合以进行直线导向。7.如权利要求6所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述微调装置还设有蜗杆，所述蜗杆安装在所述安装座上；所述压环与所述安装座固定连接，且所述压环与所述蜗轮之间接触面包括第四环形斜面，所述蜗轮与所述安装座之间接触面为第四底面，所述第四底面与所述第四环形斜面可对所述蜗轮做轴向限位。8.如权利要求7所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述调节机构还包括若干水平调节机构、第一水泡和第二水泡，所述水平调节机构包括水平调节螺杆与水平调节螺母，所述第一水泡和所述第二水泡轴线垂直并且均安装在所述外框上表面，所述水平调节螺母与所述基座为刚性固连，所述水平调节螺杆与鱼眼轴承连接，所述鱼眼轴承与所述外框刚性固连。9.如权利要求8所述的无源手术支架定位系统，其特征在于，所述导向本体底部具备若干固定特征，所述固定特征与所述蜗轮上的安装接口一一对应安装。10.一种无源手术支架定位方法，应用于如权利要求1至9任一所述无源手术支架定位系统，其特征在于，具体步骤为：移动所述宏调装置进行粗定位；调节所述微调装置实现x、y、z轴的直线定位，和z轴的旋转定位以及xy平面的水平定位；利用至少四个所述金属球组成的立体确定空间坐标系o-x1y1z1，通过拍摄ct计算出支架空间坐标系o-x1y1z1与控制系统预定空间坐标系o0-x0y0z0在位移和方向上的差值；调节所述微调装置将该差值归零，实现置入手术器具通道和预定路线的重合，实现最终定位。11.一种无源手术支架定位方法，应用于如权利要求9所述无源手术支架定位系统，其特征在于，具体步骤为：移动所述宏调装置进行粗定位；调节所述微调装置实现x、y、z轴的直线定位和z轴的旋转定位；使所述宏调装置处于可调节状态，将所述微调装置端平，观察所述第一水泡和所述第二水泡处于两条中间线之间后锁紧所述宏调装置，使所述宏调装置处于锁紧状态，以此实现xy平面的水平定位；利用至少四个所述金属球组成的立体确定空间坐标系o-x1y1z1，通过拍摄ct计算出支架空间坐标系o-x1y1z1与控制系统预定空间坐标系o0-x0y0z0在位移和方向上的差值；调节所述微调装置将该差值归零，实现置入手术器具通道和预定路线的重合，实现最终定位。

技术总结
本发明涉及医疗器械领域，公开了一种无源手术支架定位系统及定位方法，本申请设置支撑系统和导向系统，支撑系统用于提供稳定支撑，导向系统用于快速置入手术器具；支撑系统包括宏调装置和微调装置，用于实现位置和方向的调整和固定；微调装置上设有多个调节机构，用于X、Y、Z轴的直线调整，还用于绕Z轴的旋转调整以及对XY平面做水平调整；导向系统包括导向本体，导向本体上包括至少一个导向孔，导向孔的轴向与手术器具的放置方向重合。这样设置成本低且操作方便，同时由于是无源设备，不存在电磁干扰，极大提高了可靠性和精确度。极大提高了可靠性和精确度。极大提高了可靠性和精确度。


技术研发人员：王勇 吴天驰
受保护的技术使用者：博志生物科技（深圳）有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/12