專利名稱：無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人的制作方法
無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人本發(fā)明屬于一種醫(yī)療手術(shù)器械。眾所周知，脊柱疾患的手術(shù)治療方法很多，如椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)、經(jīng)皮椎體成形 術(shù)、經(jīng)皮椎體活檢術(shù)等、經(jīng)皮齒狀突骨折螺釘內(nèi)固定術(shù)等。由于這些術(shù)式涉及內(nèi)植物置入或 注入，就必然涉及不同的穿刺路徑與精度，其中以精確的經(jīng)椎體椎弓根途徑最為重要。不當(dāng) 的經(jīng)椎弓根穿刺可導(dǎo)致神經(jīng)、血管及內(nèi)臟損傷，嚴(yán)重時(shí)可使患者癱瘓甚至危及生命。目前引 導(dǎo)穿刺置入的方法主要包括人工置入、計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)以及有框架微型脊柱手術(shù)機(jī)器 人等，這些方法均存在一定的不足之處如人工置入精度不高，計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)需要借 助昂貴的設(shè)備和特殊的器械，操作程序繁瑣，且存在不能動(dòng)態(tài)監(jiān)測、注冊(cè)匹配失誤等問題， 椎弓根穿刺精度有時(shí)仍不理想。有框架微型脊柱手術(shù)機(jī)器人需先切幾個(gè)小口將一個(gè)框架固 定于人體，攝片后再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像匹配引導(dǎo)置入，不僅增加了創(chuàng)傷，也給醫(yī)生操作帶來 了不便，且同樣存在操作程序繁瑣、注冊(cè)匹配失誤等問題。因此，尋在新的高精度、安全可靠 的經(jīng)椎體椎弓根途徑置入方法是亟待解決的重要課題之一。本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)椎體椎弓根途徑精度高、安全可靠且操作簡便的脊柱 導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的。無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人，由中空機(jī)械手、移 動(dòng)單元和主控系統(tǒng)三部分組成，共七個(gè)自由度。中空機(jī)械手包括機(jī)座板、導(dǎo)針座及升降驅(qū) 動(dòng)電機(jī)、導(dǎo)針及正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。移動(dòng)單元包括手術(shù)臺(tái)車、X方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電 機(jī)、Y方向移動(dòng)導(dǎo)軌和電機(jī)、Z方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)。主控系統(tǒng)由控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)、手 控器、外部場景顯示系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制軟件等組成。導(dǎo)針座有一透視孔，通過該孔用C 型臂X線機(jī)沿椎體椎弓根軸位進(jìn)行透視可見椎弓根投影量近似橢圓形，導(dǎo)針包括針芯和外 套管兩部分，針芯尾部用金屬架或透射線材料增粗并可恰好固定于該孔中，調(diào)整中空機(jī)械 手的位置與角度，使導(dǎo)針的透視投影呈一圓點(diǎn)并位于上述椎弓根近橢圓形投影中心，正反 向旋轉(zhuǎn)并下降導(dǎo)針，即可使導(dǎo)針沿椎弓根軸線準(zhǔn)確打入椎弓根及椎體內(nèi)，其操作步驟是1 手術(shù)前先對(duì)欲置入的目標(biāo)椎體逐一進(jìn)行CT掃描，在側(cè)位像平分椎弓根的椎體橫斷面CT圖 像上，測量椎弓根導(dǎo)針理想軸線與椎體自身矢狀線夾角；2將C型臂X線機(jī)調(diào)整至目標(biāo)椎 體的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位像，移動(dòng)機(jī)械手使導(dǎo)針投影的延長線通過椎弓根投影中心且與椎體上終板平 行，限制機(jī)械手頭尾方向移動(dòng)并鎖定矢狀面傾斜角；3透視確定目標(biāo)椎體的標(biāo)準(zhǔn)正位像，并 以此作為“0點(diǎn)” ；4根據(jù)測量的椎弓根導(dǎo)針理想軸線語椎體自身矢狀線夾角值，由“0”點(diǎn)向 目標(biāo)椎弓根一側(cè)旋轉(zhuǎn)C型臂，使其投射軸線與椎弓根設(shè)計(jì)軸線一致；5調(diào)整機(jī)械手至導(dǎo)針投 影為一圓點(diǎn)并位于椎弓根近橢圓形投影中心(即機(jī)械手軸位，導(dǎo)針軸位)，使機(jī)械手軸線與 椎弓根設(shè)計(jì)軸線一致；6啟動(dòng)機(jī)械手正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)并下降導(dǎo)針，使其經(jīng)椎弓根進(jìn)入椎體內(nèi)一 定深度，實(shí)時(shí)透視監(jiān)測導(dǎo)針置入過程，確保其投影不偏離椎弓根投影中心。此過程無需于 患者身體上安裝定位框架。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)結(jié)合附圖詳述如下。無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人由中空機(jī)械手1、 移動(dòng)單元和主控系統(tǒng)三部分組成，共七個(gè)自由度。中空機(jī)械手包括機(jī)座板2、導(dǎo)針座3及升 降驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、導(dǎo)針5及正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6等。移動(dòng)單元包括手術(shù)臺(tái)車7、X方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)8、Y方向移動(dòng)導(dǎo)軌和電機(jī)9、Z方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)10。主控系統(tǒng) 由控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)、手控器、外部場景顯示系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制軟件等組成。導(dǎo)針座有一 透視孔11，通過該孔用C型臂X線機(jī)沿椎體椎弓根軸位進(jìn)行透視可見椎弓根投影呈近似橢 圓形，導(dǎo)針5括針芯13和外套管14兩部分，針芯13尾部用金屬架12或透射線材料增粗并 可恰好固定于該孔11中，調(diào)整中空機(jī)械手1的位置與角度，使導(dǎo)針5的透視投影呈一圓點(diǎn) 并位于上述椎弓根近橢圓形投影中心，正反向旋轉(zhuǎn)并下降導(dǎo)針5，即可使導(dǎo)針沿椎弓根軸線 準(zhǔn)確打入椎弓根及椎體內(nèi)，其操作步驟是1手術(shù)前先對(duì)欲置入的目標(biāo)椎體逐一進(jìn)行CT掃 描，在側(cè)位像平分椎弓根的椎體橫斷面CT圖像上，測量椎弓根導(dǎo)針理想軸線與椎體自身矢 狀線夾角；2將C型臂X線機(jī)調(diào)整至目標(biāo)椎體的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位像，移動(dòng)機(jī)械手使導(dǎo)針投影的延長 線通過椎弓根投影中心且與椎體上終板平行，限制機(jī)械手頭尾方向移動(dòng)并鎖定矢狀面傾斜 角；3透視確定目標(biāo)椎體的標(biāo)準(zhǔn)正位像，并以此作為“0點(diǎn)”;4根據(jù)測量的椎弓根導(dǎo)針理想軸 線語椎體自身矢狀線夾角值，由“0”點(diǎn)向目標(biāo)椎弓根一側(cè)旋轉(zhuǎn)C型臂，使其投射軸線與椎弓 根設(shè)計(jì)軸線一致；5調(diào)整機(jī)械手至導(dǎo)針投影為一圓點(diǎn)并位于椎弓根近橢圓形投影中心(即 機(jī)械手軸位，導(dǎo)針軸位)，使機(jī)械手軸線與椎弓根設(shè)計(jì)軸線一致；6啟動(dòng)機(jī)械手正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 并下降導(dǎo)針，使其經(jīng)椎弓根進(jìn)入椎體內(nèi)一定深度，實(shí)時(shí)透視監(jiān)測導(dǎo)針置入過程，確保其投影 不偏離椎弓根投影中心。此過程無需于患者身體上安裝定位框架。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、精度高，穩(wěn)定性好；2、安全可靠；3、能降低醫(yī)生的工作強(qiáng) 度；4、便于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)；5、可進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)。適用于多種脊柱手術(shù)，如引導(dǎo)置入椎弓根螺釘、 椎體成形術(shù)等。說明書


1.中空機(jī)械手2.機(jī)座板3.導(dǎo)針座4.升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)5.導(dǎo)針 6.正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7.手術(shù)臺(tái)車8. X方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)9.方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌 和電機(jī)10. Z方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)11.透視孔12.金屬架13.導(dǎo)針針芯14.導(dǎo)針外 套管。圖1 無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人側(cè)視示意圖；圖2 中空機(jī)械手側(cè)面示意圖；圖3 導(dǎo)針結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
一種無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人，由中空機(jī)械手、移動(dòng)單元和主控系統(tǒng)三部分組成，共七個(gè)自由度。中空機(jī)械手包括機(jī)座板、導(dǎo)針座及升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)、導(dǎo)針及正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。移動(dòng)單元包括手術(shù)臺(tái)車、X方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)、Y方向移動(dòng)導(dǎo)軌和電機(jī)、Z方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)。主控系統(tǒng)由控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)、手控器、外部場景顯示系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制軟件等組成。其特征在于該機(jī)器人沒有需固定于人體的定位用框架。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人，其特征在于中空機(jī)械手的導(dǎo) 針座有一透視孔，通過該孔用射線透視，可見椎弓根與導(dǎo)針的投影分別呈近似橢圓形和一 圓點(diǎn)，調(diào)整中空機(jī)械手使該圓點(diǎn)位于椎弓根近橢圓形投影的中心，正反向旋轉(zhuǎn)并下降導(dǎo)針， 即可使導(dǎo)針沿椎弓根軸線準(zhǔn)確打入椎弓根。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人，其特征在于其所用導(dǎo)針座包 括針芯和外套管兩部分，針芯尾部用金屬架或透射線材料增粗可恰好固定于孔中。
全文摘要
一種無框架脊柱導(dǎo)航手術(shù)機(jī)器人，它由中空機(jī)械手、移動(dòng)單元和主控系統(tǒng)三部分組成，共七個(gè)自由度。中空機(jī)械手包括機(jī)座板、導(dǎo)針座及升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)、導(dǎo)針及正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。移動(dòng)單元包括手術(shù)臺(tái)車、X方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)、Y方向移動(dòng)導(dǎo)軌和電機(jī)、Z方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌和電機(jī)。主控系統(tǒng)由控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)、手控器、外部場景顯示系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制軟件等組成。其特征在于中空機(jī)械手的導(dǎo)針座有一透視孔，通過該孔用射線透視，可見椎弓根與導(dǎo)針的投影分別呈近似橢圓形和一圓點(diǎn)，調(diào)整中空機(jī)械手使該圓點(diǎn)位于椎弓根近橢圓形投影的中心，正反向旋轉(zhuǎn)并下降導(dǎo)針，即可使導(dǎo)針沿椎弓根軸線準(zhǔn)確打入椎弓根。置針過程無需在人體上安裝定位用的框架，該機(jī)器人具有精度高、安全可靠、操作簡便、能降低醫(yī)生的工作強(qiáng)度、便于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、可進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)等優(yōu)勢，可用于引導(dǎo)置入椎弓根螺釘、椎體成形術(shù)等脊柱手術(shù)。
文檔編號(hào)A61B17/00GK101904757SQ200910141599
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者張春霖 申請(qǐng)人:張春霖