五自由度脊柱手術導引器的製作方法
2023-08-07 07:56:56
專利名稱：五自由度脊柱手術導引器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療器械，特別是涉及ー種五自由度脊柱手術導引器。
背景技術：
隨著計算機、微電子技術以及醫學科學的迅猛發展，各種計算機輔助醫療技術和設備層出不窮。三維導航引導下的術中導航技術已經開始廣泛的使用。醫生根據計算機輔助設備給出的圖像，來確定手術的位置和姿態。在脊柱手術中，最常見的一種手術操作為椎弓根釘固定術，需要在脊柱兩側的椎弓根部位植入骨釘，用來固定脊柱。植入骨釘之前，需要在椎弓根上鑽出釘道。而鑽釘道過程對精度和操作安全的要求很高。 傳統的輔助設備姿態調整困難，且定位不準確，無法保證手術過程的精度和安全要求。
發明內容基於此，有必要針對傳統的輔助設備姿態調整困難、定位不準確的問題，提供ー種五自由度脊柱手術導引器。—種五自由度脊柱手術導引器，包括位於手術床上方，可與手術床相對滑動的支撐機構；用於定位患者脊柱脊凸，且與支撐機構滑動配合的定位機構；以及五自由度並聯姿態調整機構，所述五自由度並聯姿態調整機構設於定位機構上，所述五自由度並聯姿態調整機構包括上平臺、下平臺、旋轉平臺、三個直線副、三個球形副、三個旋轉副、伸縮杆以及操作套筒，每個直線副的上端通過所述球形副與所述上平臺連接，每個直線副的下端通過所述旋轉副與所述下平臺連接，所述旋轉平臺位於所述下平臺底部，並將下平臺間接固定於定位機構上，所述伸縮杆與所述上平臺固定，井向下傾斜延伸後與所述操作套筒連接。在其中一個實施例中，所述五自由度並聯姿態調整機構還包括導向套筒，所述導向套筒與伸縮杆連接，並套設於操作套筒外。在其中一個實施例中，所述支撐機構包括導軌、兩條橫梁以及兩個用於將橫梁鎖定於導軌的第一鎖定裝置，所述導軌設於手術床兩側，所述兩條橫梁間隔排列，架設於導軌上，且橫梁與導軌滑動配合。在其中一個實施例中，所述定位機構包括定位板、定位釘、用於將定位板鎖定於支撐機構的第二鎖定裝置以及用於鎖定定位釘的第三鎖定裝置，所述定位板的兩端設於兩條橫梁上，且與橫梁滑動配合，所述定位板上設有面向目標脊柱的定位孔，所述定位釘穿過所述定位孔可與目標脊柱的脊凸固定。在其中一個實施例中，所述五自由度並聯姿態調整機構可拆卸的固定於定位機構上。[0014]在其中一個實施例中，所述的直線副為直線鉸鏈。在其中一個實施例中，所述的球形副為球形鉸鏈。在其中一個實施例中，所述的旋轉副為旋轉鉸鏈。上述五自由度脊柱手術導引器，通過支撐機構來支撐姿態調整機構的重量，通過定位機構對人體脊柱的脊凸部分進行定位，由姿態調整機構對不同脊椎段的椎弓根釘道姿態和位置調整和定位，使釘道姿態和位置更精確 ，更安全可靠。
圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的五自由度並聯姿態調整機構的原理圖；圖3為本實用新型的五自由度並聯姿態調整機構的結構示意圖；圖4為本實用新型的五自由度並聯姿態調整機構及其定位方式示意圖；圖5為本實用新型處於待機狀態的示意圖；圖6為本實用新型處於調節、定位狀態的示意圖。
具體實施方式
如圖I和圖4所示，ー種五自由度脊柱手術導引器，包括支撐機構110、定位機構120以及五自由度並聯姿態調整機構130 ；支撐機構110位於手術床2上方，可與手術床2相對滑動；定位機構120與支撐機構110滑動配合，用於定位患者的脊柱脊凸；支撐機構可在手術床上滑動調節，起到粗略定位的作用，並且配合五自由度並聯姿態調整機構130，可對不同脊椎段椎弓根釘道進行姿態調整和位置定位，使釘道3的姿態和位置更精確，更安全可靠。五自由度並聯姿態調整機構130設於定位機構120上，該調整機構130由ー個3-RPS並聯機構結合一個旋轉平臺和一個伸縮杆構成共五個自由度，實現脊柱手術釘道3的姿態調整和位置定位。如圖2和圖3所示，具體地，本實施例的五自由度並聯姿態調整機構130包括上平臺131、下平臺132、旋轉平臺133、三個直線副134、三個球形副135、三個旋轉副136、伸縮杆137、導向套筒138以及操作套筒139，每個直線副134的上端通過球形副135與上平臺131連接，每個直線副134的下端通過旋轉副136與下平臺132連接，所述旋轉平臺133為可拆卸設置，位於下平臺132底部，並將下平臺132間接固定於定位機構120上，伸縮杆137與上平臺131固定，井向下傾斜延伸後通過導向套筒138與操作套筒139連接，其中導向套筒138與伸縮杆137連接，並套設於操作套筒139外。伸縮杆36的長度和傾斜角度可以有多重規格，用來適應針對不同脊椎段的手木。可以理解的是，在其中一個實施例中，所述五自由度並聯姿態調整機構130可拆卸的固定於定位機構120上，此方式可以通過多種結構來實現，如通過在五自由度並聯姿態調整機構130的下平臺132下設置快速拆卸裝置。基於上述結構，下平臺132相對固定，通過三個直線副134的伸縮，可調整上平臺131使其沿z軸方向升降，通過球形副135和旋轉副136可使五自由度並聯姿態調整機構130向X軸、y軸方向轉動，通過旋轉平臺133可以使五自由度並聯姿態調整機構130整體沿z軸旋轉，同時通過可以自動調整長短的伸縮杆137，可實現末端操作套筒37對釘道3的定位和姿態調整。手術過程中，操作套筒139通過導向套筒138深入患者身體，並抵達椎弓根。醫生的手術操作通過操作套筒139進行。可以理解的是，導向套筒138也可以簡化掉，伸縮杆137直接與操作套筒139連接。如圖I和圖4所示，在其中一個實施例中，所述支撐機構110包括導軌111、兩條橫梁112以及兩個用於將橫梁112鎖定於導軌111的第一鎖定裝置113，所述導軌111設於手術床2兩側，所述兩條橫梁112間隔排列，架設於導軌111上，且橫梁112與導軌111滑動配合，實現橫梁112在手術床2上方的滑動，起到粗略定位的作用。當然，橫梁112在手術床2上的滑動也可以通過其他結構來實現，如橫梁通過滑輪以及手術床2上的滑動槽來實現；此外，橫梁112的數量也不限於兩根，只要能實現對定位機構的支撐即可。如圖I和圖4所示，在其中一個實施例中，所述定位機構120包括定位板121、定位釘122、用於將定位板121鎖定於支撐機構110的第二鎖定裝置123以及用於鎖定定位釘122的第三鎖定裝置124，所述定位板121的兩端設於兩條橫梁112上，且與橫梁112滑動配合，使定位板121可以靈活調節至患者的脊柱位置，定位板121上設有面向目標脊柱的定位孔，定位釘122穿過定位孔可與目標脊柱的脊凸固定。通過定位板121和定位釘122，使定位板121與患者相對固定，達到精確定位的目的，可避免手術中患者體位變化造成的導航不準確問題；並且給姿態調整機構130提供了ー個定位、調整的基準坐標系，通過計算機導航信息給出釘道3路徑，並最終驅動姿態調整機構130末端的導向套筒138調整到給定的釘道3的路徑。當然，定位釘122的數量可以是ー個或者多個，具體根據手術需要調整。在其中一個實施例中，所述直線副134為直線鉸鏈。當然，也可以通過其他結構來實現上平臺131在z軸方向的移動。在其中一個實施例中，所述球形副135為球形鉸鏈。當然，也可以通過其他結構來配合旋轉副136，以實現上平臺131在X軸、y軸方向的轉動。在其中一個實施例中，所述旋轉副136為旋轉鉸鏈。當然，也可以通過其他結構來配合球形副135，以實現上平臺131在X軸、Y軸方向的轉動。本實施例五自由度脊柱手術導引器的工作過程如下如圖5所示，手術前，橫梁112和定位板121處於待機位置，即橫梁112位於床側導軌111的ー側，定位板121位於橫梁112的ー側。開始手術時，將病人放置在手術床4上，並固定。如圖I、圖4以及圖6所示，導引器此時為調節、定位狀態，將橫梁112沿床側導軌111滑動至手術部位，即需要手術的脊柱段；將定位板121調整至脊柱部位上方，利用定位釘122，穿過表皮切ロ，固定於脊柱脊凸部位上，實現精確定位；然後通過定位板121上用於鎖定定位釘122的第三鎖定裝置124將二者固定，並將用於鎖定定位板121與橫梁112的第二鎖定裝置123，及用於鎖定橫梁112與床側導軌111的第一鎖定裝置113鎖緊。從而將整個定位板121與患者固定並支撐起來。然後，利用術中CT或C型X光機對定位板121固定的脊椎段進行術中掃描，建立脊椎段與定位板121的圖像坐標，得到脊椎段的三維圖像以及定位板121的位置，並通過三維圖像確定植釘的角度和位置。之後，在定位板121上安裝五自由度並聯姿態調整機構130，利用上述已知的定位信息，使五自由度並聯姿態調整機構130自動調整至特定定位位置。五自由度並聯姿態調整機構130的直線副134長度、旋轉平臺133的轉動角度以及伸縮杆137的伸縮長度也可以是被動式的，由手動調整。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。·
權利要求1.ー種五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，包括 位於手術床上方，可與手術床相對滑動的支撐機構； 用於定位患者脊柱脊凸，且與支撐機構滑動配合的定位機構；以及 五自由度並聯姿態調整機構，所述五自由度並聯姿態調整機構設於定位機構上，所述五自由度並聯姿態調整機構包括上平臺、下平臺、旋轉平臺、三個直線副、三個球形副、三個旋轉副、伸縮杆以及操作套筒，每個直線副的上端通過所述球形副與所述上平臺連接，每個直線副的下端通過所述旋轉副與所述下平臺連接，所述旋轉平臺位於所述下平臺底部，並將下平臺間接固定於定位機構上，所述伸縮杆與所述上平臺固定，井向下傾斜延伸後與所述操作套筒連接。
2.根據權利要求I所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在幹，所述五自由度並聯姿態調整機構還包括導向套筒，所述導向套筒與伸縮杆連接，並套設於操作套筒外。
3.根據權利要求I或2所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述支撐機構包括導軌、兩條橫梁以及兩個用於將橫梁鎖定於導軌的第一鎖定裝置，所述導軌設於手術床兩側，所述兩條橫梁間隔排列，架設於導軌上，且橫梁與導軌滑動配合。
4.根據權利要求3所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述定位機構包括定位板、定位釘、用於將定位板鎖定於支撐機構的第二鎖定裝置以及用於鎖定定位釘的第三鎖定裝置，所述定位板的兩端設於兩條橫梁上，且與橫梁滑動配合，所述定位板上設有面向目標脊柱的定位孔，所述定位釘穿過所述定位孔可與目標脊柱的脊凸固定。
5.根據權利要求I至4中任意一項所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述五自由度並聯姿態調整機構可拆卸的固定於定位機構上。
6.根據權利要求I至5中任意一項所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述的直線副為直線鉸鏈。
7.根據權利要求I至6中任意一項所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述的球形副為球形鉸鏈。
8.根據權利要求I至7中任意一項所述的五自由度脊柱手術導引器，其特徵在於，所述的旋轉副為旋轉鉸鏈。
專利摘要本實用新型涉及一種五自由度脊柱手術導引器，包括支撐機構、定位機構；以及五自由度並聯姿態調整機構，所述五自由度並聯姿態調整機構設於定位機構上，所述五自由度並聯姿態調整機構包括上平臺、下平臺、旋轉平臺、三個直線副、三個球形副、三個旋轉副、伸縮杆以及操作套筒，每個直線副的上端通過所述球形副與所述上平臺連接，每個直線副的下端通過所述旋轉副與所述下平臺連接，所述旋轉平臺位於所述下平臺底部，並將下平臺間接固定於定位機構上，所述伸縮杆與所述上平臺固定，並向下傾斜延伸後與所述操作套筒連接。上述五自由度脊柱手術導引器，使釘道姿態和位置更精確，更安全可靠。
文檔編號A61B17/90GK202589638SQ201220237190
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者張朋, 田偉, 胡穎, 劉亞軍, 陶曉輝, 靳海洋, 張建偉 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院