主控台车及手术导航系统的制作方法

1.本实用新型涉及医疗技术领域，尤其是涉及一种主控台车及手术导航系统。


背景技术：

2.相关技术中，手术导航系统通常包括主控台车、定位跟踪系统、影像系统和机械臂系统，其中，影像系统主要包括ct设备，通常会在定位跟踪系统中设置显示器以实时显示手术导航影像，手术过程中，医生只能通过该显示器的显示影像进行手术，手术过程的设计容易受到显示器位置的限制，导致降低了手术效率。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种主控台车及手术导航系统，通过增加主控台车的显示器以显示手术导航影像以及机械臂系统的控制界面，便于提高手术效率。
4.本实用新型提供一种主控台车，主控台车，包括：工控机、第一显示器、切屏器和机械臂系统；所述切屏器的第一输入接口与所述工控机连接，所述切屏器的第二输入接口与所述机械臂系统连接；所述切屏器的输出接口与所述第一显示器连接；在第一状态下，所述切屏器通过第一输入接口获取所述工控机发送的导航视频数据，并将所述导航视频数据发送至所述第一显示器显示；在第二状态下，所述切屏器通过第二输入接口获取所述机械臂系统发送的控制数据，并将所述控制数据发送至所述第一显示器显示。
5.通过设置切屏器和第一显示器，使得第一显示器可以切换显示两种界面，不仅可以显示手术导航影像，而且在需要时还可以显示机械臂系统的控制界面。应用于相关技术的手术导航系统中，增加了显示手术导航影像的显示器，减少了显示器位置对于手术过程的设计，以及手术过程的限制，提高了手术效率。
6.同时，机械臂系统的控制界面在手术过程中是不常用界面，在需要时通过第一显示器可以显示机械臂系统的控制界面，从而可以省去机械臂系统自带的控制界面显示器，提高了显示器的利用率。
7.可选的，所述主控台车还包括第一无线通信模块，所述工控机与所述第一无线通信模块连接。通过第一无线通信模块可以向外部具有无限通信模块的设备发送信息，也可以接收外部设备通过无线通信模块发送的信息。
8.可选的，所述主控台车还包括第一同屏器；所述第一同屏器与所述工控机连接。
9.可选的，所述主控台车还包括ups电源和电源模块，所述ups电源分别为所述工控机、所述第一显示器、所述电源模块和所述机械臂系统供电。
10.可选的，所述主控台车还包括工具识别模块和第二无线通信模块，所述工具识别模块与所述第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通信连接；所述工控机通过所述第一无线通信模块、所述第二无线通信模块发送工具查询指令至所述工具识别模块；所述工具识别模块，用于识别工具信息，并在接收到工具查询指令
后，将识别到的工具信息通过所述第二无线通信模块、所述第一无线通信模块发送至所述工控机；其中，工具是用于连接于机械臂系统的机械臂末端的。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种手术导航系统，手术导航系统，包括：主控台车和定位跟踪装置；所述主控台车，包括：工控机、第一显示器、切屏器和机械臂系统；所述切屏器的第一输入接口与所述工控机连接，所述切屏器的第二输入接口与所述机械臂系统连接；所述切屏器的输出接口与所述第一显示器连接；在第一状态下，所述切屏器通过第一输入接口获取所述工控机发送的导航视频数据，并将所述导航视频数据发送至所述第一显示器显示；在第二状态下，所述切屏器通过第二输入接口获取所述机械臂系统发送的控制数据，并将所述控制数据发送至所述第一显示器显示；所述定位跟踪装置包括与所述工控机连接的视觉跟踪相机，所述视觉跟踪相机用于获取手术部位的实时图像，并发送至所述工控机；所述机械臂系统与所述工控机连接，所述机械臂系统用于根据所述控制数据定位手术部位，获取实时位置数据并发送至所述工控机；所述工控机处理实时图像和控制数据，以获取导航视频数据。
12.可选的，所述主控台车还包括所述第一无线通信模块，所述工控机与所述第一无线通信模块连接；所述定位跟踪装置还包括第三无线通信模块，所述视觉跟踪相机与所述第三无线通信模块连接；通过所述第一无线通信模块与所述第三无线通信模块的无线连接，以实现所述工控机与所述视觉跟踪相机之间的无线连接。
13.可选的，所述主控台车还包括第一同屏器；所述第一同屏器与所述工控机连接；所述定位跟踪装置还包括第二显示器和第二同屏器，所述第二显示器与所述第二同屏器连接；所述第一同屏器与所述第二同屏器连接，以使所述导航视频数据依次经过所述工控机、所述第一同屏器、所述第二同屏器转发至所述第二显示器显示。
14.可选的，所述主控台车还包括ups电源和电源模块，所述ups电源分别为所述工控机、所述第一显示器、所述电源模块和所述机械臂系统供电；和/或，所述定位跟踪装置还包括网电源，所述网电源至少为定位导航系统的部分供电。
15.可选的，所述主控台车还包括工具识别模块和第二无线通信模块，所述工具识别模块与所述第二无线通信模块连接，所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通信连接；所述工控机通过所述第一无线通信模块、所述第二无线通信模块发送工具查询指令至工具识别模块；所述工具识别模块，用于识别工具信息，并在接收到工具查询指令后，将所述工具信息通过所述第二无线通信模块、所述第一无线通信模块发送至所述工控机；其中，工具是用于连接于机械臂系统的机械臂末端的。
16.可选的，手术导航系统还包括影像系统，所述影像系统包括ct设备以及与所述ct设备连接的第四无线模块。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为本实施例提供的主控台车的第一种结构示意图；
20.图2为本实施例提供的主控台车的第二种结构示意图(机械臂收起状态)；
21.图3为本实施例提供的主控台车的第三种结构示意图(机械臂展开状态)；
22.图4为本实施例提供的定位跟踪系统的结构示意图；
23.图5为本实施例提供的影像设备的结构示意图；
24.图6为本实施提供的一种手术导航界面。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的一种主控台车及手术导航系统。
27.参照图1，本实施例提供的主控台车包括：工控机、第一显示器、切屏器和机械臂系统；
28.切屏器的第一输入接口与工控机连接，切屏器的第二输入接口与机械臂系统连接；切屏器的输出接口与第一显示器连接；在第一状态下，切屏器通过第一输入接口获取工控机发送的导航视频数据，并将导航视频数据发送至第一显示器显示；在第二状态下，切屏器通过第二输入接口获取机械臂系统发送的控制数据，并将控制数据发送至第一显示器显示。
29.切屏器可以具备两个输入接口，分别是第一输入接口和第二输入接口，可以通过切换切屏器的状态，即第一状态和第二状态之间的切换，以使当前第一输入接口和第二输入接口中的一者有效，另一者无效，也就实现切屏器从有效的接口处获得相应的数据。在第一状态下，切屏器的第一输入接口有效，第二输入接口无效，工控机可以通过有效的第一输入接口将导航视频数据发送至切屏器，而机械臂系统无法通过第二输入接口将其控制数据发送至切屏器；在第二状态下，切屏器的第二输入接口有效，第一输入接口无效，机械臂系统可以通过有效的第二输入接口将控制数据发送至切屏器，工控机无法通过第一输入接口发送至切屏器。
30.基于上述实施例，通过设置切屏器，切换切屏器的状态，使得切屏器可以获得工控机发送的导航视频数据，或可以获得机械臂系统发送的控制数据，并发送至第一显示器显示，从而实现在第一显示器上可以根据需要切换显示手术导航界面和机械臂的控制界面。
31.本技术方案应用于相关技术的手术导航系统中，增加了显示手术导航影像的显示器，减少了显示器位置对于手术过程的设计，以及手术过程的限制，提高了手术效率。
32.同时，机械臂系统的控制界面在手术过程中是不常用界面，在需要时通过第一显示器可以显示机械臂系统的控制界面，从而可以省去机械臂系统自带的控制界面显示器，提高了显示器的利用率。而且实现在整个手术过程
33.实际应用中，对机械臂系统的控制不仅需要通过控制数据对应的界面进行设置，还需要偶尔参考导航视频数据。通过切屏器第一状态和第二状态的切换，实现机械臂控制装置界面，和导航视频界面的切换，实现对机械臂系统进行控制时，使得第一显示器的界面在控制界面和导航视频界面之间灵活的切换，从而便于对机械臂系统进行控制。
34.一种实施方式中，参照图2和图3，主控台车可以包括机箱11，工控机、第一显示器
4、切屏器和机械臂系统，第一显示器4和机械臂系统的机械臂2可以固定于机箱1上方，该机箱1可移动，机械臂可展开，并且可折叠于机箱1上。通过该实施方式，工控机、显示器、机械臂系统集中于一体，方便，简单，灵活。
35.机箱1的下方设有可移动的车轮，用于移动主控台车，另外，在机箱1的下方设有只有电动推杆，当需要固定主控台车时，升起电动推杆可以抬起主控台车，使车轮离地，通过电动推杆的支承可以实现对主控台车的固定。例如，电动推杆的数量可以为3个或四个，多个电动推杆采用同动方式，有效保证整个系统在运行过程中的稳定性。
36.为了保证在机械臂运动的过程中整个设备的平稳性，还可以将机箱1内的部件设置尽量设置在远离机械活动区域的一侧。
37.继续参照图2和图3，主控台车还包括用于固定连接第一显示器4和机箱1的可调节连接件3，第一显示器4具有安装座41，该连接件3包括连接板31、第一连杆32、第二连杆33、第三连杆34、第四连杆35，第一连杆32、第二连杆33、第三连杆34和第四连杆35端部依次铰接，第一连杆32和第二连杆33在水平面内相对转动，使得可以在某一水平面内调节第一显示器4的位置。通过连杆之间的铰接，实现第一显示器1在多个位置的调节，便于根据手术过程的需要调节第一显示器1的位置。另外一种实施方式中，可调节连接件3可以为购买件，例如，爱格升公司的显示器万向支架，如型号为45-486-224的一款支架。
38.主控台车还包括第一无线通信模块，工控机与第一无线通信模块连接。无线通信模块可以为wifi模块，蓝牙模块等。设置无线通信实现工控机与外部设备，或主控台车内部其他模块之间的无线通信，实现双向数据传输。
39.主控台车还包括第一同屏器；第一同屏器与工控机连接，通过第一同屏器的设置，可以是将导航视频数据发送至外部同屏器，以使与外部同屏器相连的显示器显示导航视频数据。这样设置可以实现将导航视频数据显示在外部的显示器上，且不受有线连接的限制，便于操作人员在主控台车之外的其他位置观察导航视频数据。从而提高设备设计的灵活性，以及空间布置的有效性。
40.主控台车还包括ups电源(uninterruptible power supply,不间断电源)和电源模块，ups电源分别为工控机、第一显示器、电源模块和机械臂系统供电。其中，不间断电源ups是一种含有储能装置的不间断电源，主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。其中，第一同屏器可有电源模块供电。
41.主控台车还包括工具识别模块和第二无线通信模块，工具识别模块与第二无线通信模块连接，第一无线通信模块与第二无线通信模块通信连接；工控机通过第一无线通信模块、第二无线通信模块发送工具查询指令至工具识别模块；
42.工具识别模块，用于识别工具信息，并在接收到工具查询指令后，将工具信息通过第二无线通信模块、第一无线通信模块发送至工控机；其中，工具是用于连接于机械臂系统的机械臂末端的。
43.具体的，工具末端设置唯一确定工具型号的二维码，可以为条形码，工具识别模块包括红外扫描仪和cpu，cpu由机械臂的io口供电且分别与红外扫描仪的传感器和第二无线模块相连。当工具靠近自动识别装置的红外扫描仪时，红外扫描仪将工具信息传入cpu中进行处理；工控机通过第一无线通信模块发送工具识别指令至第二无线通信模块并传入cpu中，cpu接收到指令后将工具信息通过第二无线通信模块发送至第一无线通信模块。
44.另一种实施方式中，工具末端设置唯一确定工具型号的rfid标签，工具识别模块包括rfid读卡器和cpu，cpu由机械臂的io口供电且分别与rfid读卡器和第二无线模块相连。当工具靠近自动识别装置的rfid读卡器时，rfid读卡器将工具信息传入cpu中进行处理；工控机通过第一无线通信模块发送工具识别指令至第二无线通信模块并传入cpu中，cpu接收到指令后将工具信息通过第二无线通信模块发送至第一无线通信模块。
45.基于与上述主控台车实施例相同的发明构思，本实用新型实施例提供了一种手术导航系统。
46.参照图2、图4和图5，本实施例提供的一种手术导航系统，包括：主控台车和定位跟踪装置；主控台车，包括：工控机、第一显示器、切屏器和机械臂系统；切屏器的第一输入接口与工控机连接，切屏器的第二输入接口与机械臂系统连接；切屏器的输出接口与第一显示器连接；在第一状态下，切屏器通过第一输入接口获取工控机发送的导航视频数据，并将导航视频数据发送至第一显示器显示；在第二状态下，切屏器通过第二输入接口获取机械臂系统发送的控制数据，并将控制数据发送至第一显示器显示；定位跟踪装置包括与工控机连接的视觉跟踪相机，视觉跟踪相机用于获取手术部位的实时图像，并发送至工控机；机械臂系统与工控机连接，机械臂系统用于根据控制数据定位手术部位，获取实时位置数据并发送至工控机；工控机处理实时图像和控制数据，以获取导航视频数据。
47.具体应用时，主控台车和定位跟踪装置可以分开设置，提高了设备设计的灵活性。工控机的导航视频数据是工控机根据获得视觉跟踪相机拍摄的实时图像以及机械臂的位置数据处理而得。切屏器具备两个输入接口，分别是第一输入接口和第二输入接口，可以通过切换切屏器的状态，即第一状态和第二状态之间的切换，以使当前第一输入接口和第二输入接口中的一者有效，另一者无效，也就实现切屏器从有效的接口处获得相应的数据。在第一状态下，切屏器的第一输入接口有效，第二输入接口无效，工控机可以通过有效的第一输入接口将导航视频数据发送至切屏器，而机械臂系统无法通过第二输入接口将其控制数据发送至切屏器；在第二状态下，切屏器的第二输入接口有效，第一输入接口无效，机械臂系统可以通过有效的第二输入接口将控制数据发送至切屏器，工控机无法通过第一输入接口发送至切屏器。
48.基于上述实施例，通过设置切屏器，切换切屏器的状态，使得切屏器可以获得工控机发送的导航视频数据，或可以获得机械臂系统发送的控制数据，并发送至第一显示器显示，从而实现在第一显示器上可以根据需要切换显示控制导航数据和控制数据。例如，导航视频数据可以通过如图6所示的手术导航软件操作界面显示。
49.实际应用中，对机械臂系统的控制不仅需要通过控制数据对应的界面进行设置，还需要偶尔参考导航视频数据。通过切屏器第一状态和第二状态的切换，实现机械臂控制装置界面，和导航视频界面的切换，实现对机械臂系统进行控制时，使得第一显示器的界面在控制界面和导航视频界面之间灵活的切换，从而便于对机械臂系统进行控制。
50.一种实施方式中，主控台车还包括第一无线通信模块，工控机与第一无线通信模块连接；定位跟踪装置还包括第三无线通信模块，视觉跟踪相机与第三无线通信模块连接；通过第一无线通信模块与第三无线通信模块的无线连接，以实现工控机与视觉跟踪相机之间的无线连接。通过主控台车的第一无线通信模块与定位跟踪装置的第三无线通信模块的连接，实现了主控台车与定位跟踪装置的无线连接，即无线数据的传输。这样设置可以减小
主控台车与定位跟踪装置设置位置的显示，提高了设计的灵活性。
51.进一步的，主控台车还包括第一同屏器；第一同屏器与工控机连接，；
52.定位跟踪装置还包括第二显示器和第二同屏器，第二显示器与第二同屏器连接；第一同屏器与第二同屏器连接，以使导航视频数据依次经过工控机、第一同屏器、第二同屏器转发至第二显示器显示。这样设置可以实现将导航视频数据显示在定位跟踪装置的第二显示器上，且不受有线连接的限制，便于操作人员在主控台车之外的其他位置观察导航视频数据。从而提高设备设计的灵活性，以及空间布置的有效性。
53.进一步的，主控台车还包括ups电源和电源模块，ups电源分别为工控机、第一显示器、电源模块和机械臂系统供电；其中，不间断电源ups是一种含有储能装置的不间断电源，主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备提供不间断的电源。
54.可选的，定位跟踪装置还包括网电源，网电源至少为定位导航系统的部分供电。
55.一种实施方式中，主控台车还包括工具识别模块和第二无线通信模块，工具识别模块与第二无线通信模块连接，第一无线通信模块与第二无线通信模块通信连接；工控机通过第一无线通信模块、第二无线通信模块发送工具查询指令至工具识别模块；工具识别模块，用于识别工具信息，并在接收到工具查询指令后，将工具信息通过第二无线通信模块、第一无线通信模块发送至工控机；其中，工具是用于连接于机械臂系统的机械臂末端的。工具末端设置唯一确定工具型号的二维码，可以为条形码，工具识别模块包括红外扫描仪和cpu，cpu由机械臂的io口供电且分别与红外扫描仪的传感器和第二无线模块相连。当工具靠近自动识别装置的红外扫描仪时，红外扫描仪将工具信息传入cpu中进行处理；工控机通过第一无线通信模块发送工具识别指令至第二无线通信模块并传入cpu中，cpu接收到指令后将工具信息通过第二无线通信模块发送至第一无线通信模块。
56.另外一种实施方式中，工具末端设置唯一确定工具型号的rfid标签，工具识别模块包括rfid读卡器和cpu，cpu由机械臂的io口供电且分别与rfid读卡器和第二无线模块相连。当工具靠近自动识别装置的rfid读卡器时，rfid读卡器将工具信息传入cpu中进行处理；工控机通过第一无线通信模块发送工具识别指令至第二无线通信模块并传入cpu中，cpu接收到指令后将工具信息通过第二无线通信模块发送至第一无线通信模块。
57.手术导航系统还包括影像系统，影像系统包括ct设备以及与ct设备连接的第四无线模块。通过第四无线模块，ct设备可以将其拍摄的数据发送至工控机。
58.一种实施例中，手术导航系统的各系统间实现如下功能：
59.步骤1.机械臂夹持指定工具，并将机械臂、患者移动至视觉跟踪相机的视觉范围内，视觉跟踪相机能够获取机械臂末端和夹持在患者身体的反光小球的(特殊材料制成，便于视觉跟踪相机识别)位置数据。
60.步骤2.利用ct系统拍摄机械臂末端陶瓷小球(特殊材料制成，便于ct系统识别)、患者创伤的相对位置数据。
61.步骤3.将步骤1、2数据通过第三无线模块和第四无线模块(如wifi)传输至工控机，工具自动识别系统识别机械臂末端所放置工具型号并通过第二无线模块(如蓝牙)发送至工控机。
62.步骤4.根据步骤3所获得数据，该数据可以包括ct数据、导航系统数据和工具数据，通过操作图6所示导航系统操作界面(点击就位)，使机械臂运动至患者创伤位置，并开
启实时跟踪。
63.步骤5.当术中任意情况下导致患者位置发生变化时，视觉跟踪相机通过读取患者身体的反光小球位置数据并通第二无线模块(如wifi)传入工控机，进而根据反光小球位置获取患者创伤位置的对应关系指导机械臂运动至新的患者位置。
64.在上述步骤使用过程中，若出现相关紧急情况(如机械臂报警等)，或售后维护时，通过切换器将上述导航系统操作界面(显示在第一显示器上)切换至机械臂控制界面，消除警报。为了保证医生始终能查看导航系统操作界面，在定位跟综系统设置第二显示器，导航系统操作界面对应的导航视频数据通过第一同屏器发送至第二同屏器，并始终显示在第二显示器上。
65.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
66.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
68.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。