專利名稱：六自由度脊柱手術(shù)導引器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)療器械，特別是涉及一種六自由度脊柱手術(shù)導引器。
技術(shù)背景 隨著計算機、微電子技術(shù)以及醫(yī)學科學的迅猛發(fā)展，各種計算機輔助醫(yī)療技術(shù)和設備層出不窮。三維導航引導下的術(shù)中導航技術(shù)已經(jīng)開始廣泛的使用。醫(yī)生根據(jù)計算機輔助設備給出的圖像，來確定手術(shù)的位置和姿態(tài)。在脊柱手術(shù)中，最常見的一種手術(shù)操作為椎弓根釘固定術(shù)，需要在脊柱兩側(cè)的椎弓根部位植入骨釘，用來固定脊柱。植入骨釘之前，需要在椎弓根上鉆出釘?shù)馈６@釘?shù)肋^程對精度和操作安全的要求很高。傳統(tǒng)的輔助設備姿態(tài)調(diào)整困難，且定位不準確，無法保證手術(shù)過程的精度和安全要求。
發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要針對傳統(tǒng)的輔助設備姿態(tài)調(diào)整困難、定位不準確的問題，提供一種六自由度脊柱手術(shù)導引器?！N六自由度脊柱手術(shù)導引器，包括位于手術(shù)床上方，可與手術(shù)床相對滑動的支撐機構(gòu)；用于定位患者脊柱脊凸，且與支撐機構(gòu)滑動配合的定位機構(gòu)；以及六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)固定于定位機構(gòu)上，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括上平臺、下平臺、六個直線副、伸縮桿以及操作套筒，所述六個直線副以兩個為一組沿上平臺以及下平臺均勻設置，每個直線副的上端通過一球形副與上平臺連接，每個直線副的下端通過一球形副與下平臺連接，所述伸縮桿與所述上平臺固定，并向下傾斜延伸后與所述操作套筒連接。在其中一個實施例中，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)還包括導向套筒，所述的導向套筒與所述伸縮桿連接，并套設于所述操作套筒外。在其中一個實施例中，所述支撐機構(gòu)包括導軌、兩條橫梁以及兩個用于將橫梁鎖定于導軌的第一鎖定裝置，所述導軌設于手術(shù)床兩側(cè)，所述兩條橫梁間隔排列，架設于所述導軌上，且橫梁與所述導軌滑動配合。在其中一個實施例中，所述定位機構(gòu)包括定位板、定位釘、用于將定位板鎖定于支撐機構(gòu)的第二鎖定裝置以及用于鎖定定位釘?shù)牡谌i定裝置，所述定位板的兩端設于所述兩條橫梁上，且與所述橫梁滑動配合，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，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)可拆卸的固定于定位機構(gòu)上。在其中一個實施例中，所述的直線副為直線鉸鏈。[0015]在其中一個實施例中，所述的球形副為球形鉸鏈。上述六自由度脊 部分進行定位，由姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)對不同脊椎段的椎弓根釘?shù)雷藨B(tài)和位置調(diào)整和定位，使釘?shù)雷藨B(tài)和位置更精確，更安全可靠。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)及其定位方式示意圖；圖4為本實用新型處于待機狀態(tài)的示意圖；圖5為本實用新型處于調(diào)節(jié)、定位狀態(tài)的示意圖。
具體實施方式
如圖I所示和圖3所示，一種六自由度脊柱手術(shù)導引器，包括支撐機構(gòu)110、定位機構(gòu)120以及六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130 ；支撐機構(gòu)110位于手術(shù)床2上方，可與手術(shù)床2相對滑動；定位機構(gòu)120與支撐機構(gòu)110滑動配合，用于定位患者的脊柱脊凸；支撐機構(gòu)110可在手術(shù)床2上滑動調(diào)節(jié)，起到粗略定位的作用，并且配合六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130，對不同脊椎段的椎弓根釘?shù)肋M行姿態(tài)調(diào)整和位置定位，使釘?shù)?的姿態(tài)和位置更精確，更安全可靠。六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130固定于定位機構(gòu)120上，該調(diào)整機構(gòu)130由一個6-SPS并聯(lián)機構(gòu)結(jié)合一個伸縮桿構(gòu)成共六個自由度，實現(xiàn)脊柱手術(shù)釘?shù)?的定位和姿態(tài)調(diào)
難
iF. O如圖2所示，具體地，本實施例的六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130包括上平臺131、下平臺132、六個直線副133、伸縮桿135、導向套筒136以及操作套筒137，所述六個直線副133以兩個為一組沿上平臺以及下平臺均勻設置，每個直線副(P副)133的上端通過一球形副134 (S副)與上平臺131連接，每個直線副133的下端通過一球形副134與下平臺132連接，所述伸縮桿135與上平臺132固定，并向下傾斜延伸后通過導向套筒136與操作套筒137連接，其中導向套筒136與伸縮桿135連接，并套設于操作套筒137外。伸縮桿135的長度和傾斜角度有多重規(guī)格，用來適應針對不同脊椎段的手術(shù)。可以理解的是，在其中一個實施例中，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130可拆卸的固定于定位機構(gòu)120上，此方式可以通過多種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如通過在六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130的下平臺132下設置快速拆卸裝置?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，通過直線副133的伸縮以及球形副134的旋轉(zhuǎn)，可以調(diào)整上平臺131沿x、y、z軸方向移動和旋轉(zhuǎn)，并配合可自動調(diào)整長短的伸縮桿135，實現(xiàn)末端操作套筒137對釘?shù)?的姿態(tài)調(diào)整和位置定位。手術(shù)過程中，操作套筒137通過導向套筒136深入患者身體，并抵達椎弓根。醫(yī)生的手術(shù)操作通過操作套筒137進行?？梢岳斫獾氖牵瑢蛱淄?36也可以簡化掉，伸縮桿135直接與操作套筒137連接。如圖I和圖3所示，在其中一個實施例中，所述支撐機構(gòu)110包括導軌111、兩條橫梁112以及兩個用于將橫梁112鎖定于導軌111的第一鎖定裝置113，所述導軌111設于手術(shù)床2兩側(cè)，所述兩條橫梁112間隔排列，架設于所述導軌111上，且橫梁112與所述導軌111滑動配合，實現(xiàn)橫梁112在手術(shù)床2上方的滑動，起到粗略定位的作用。當然，橫梁112在手術(shù)床2上的滑動也可以通過其他結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如橫梁112通過滑輪以及手術(shù)床2上的滑動槽來實現(xiàn)；此外，橫梁112的數(shù)量也不限于兩根，只要能實現(xiàn)對定位機構(gòu)120的支撐即可?！と鐖DI和圖3所示，在其中一個實施例中，所述定位機構(gòu)120包括定位板121、定位釘122、用于將定位板121鎖定于支撐機構(gòu)110的第二鎖定裝置123以及用于鎖定定位釘122的第三鎖定裝置124，所述定位板121的兩端設于所述兩條橫梁112上，且與所述橫梁112滑動配合，使定位板121可以靈活調(diào)節(jié)至患者的脊柱位置，所述定位板121上設有面向目標脊柱的定位孔，所述定位釘122穿過所述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與患者的相對固定，達到精確定位的目的，可避免手術(shù)中患者體位變化造成的導航不準確問題；并且給姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130提供了一個定位、調(diào)整的基準坐標系，通過計算機導航信息給出釘?shù)缆窂?，并最終驅(qū)動姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130末端的導向套筒136調(diào)整到給定的釘?shù)?的路徑。當然，定位釘122的數(shù)量可以是一個或者多個，具體根據(jù)手術(shù)需要調(diào)整。在其中一個實施例中，所述直線副133為直線鉸鏈。當然，也可以通過其他結(jié)構(gòu)來配合球形副134實現(xiàn)上平臺131在x、y、z軸方向的移動。在其中一個實施例中，所述球形副134為球形鉸鏈。當然，也可以通過其他結(jié)構(gòu)來配合直線副133,以實現(xiàn)上平臺30在X軸、Y、z軸方向的轉(zhuǎn)動。六自由度脊柱手術(shù)導引器的工作過程如下如圖4所示，手術(shù)前，橫梁112和定位板121處于待機位置，即橫梁112位于床側(cè)導軌111的一側(cè)，定位板121位于橫梁112的一側(cè)。開始手術(shù)時，將病人放置在手術(shù)床2上，并固定。如圖I、圖3以及圖5所示，導引器此時為調(diào)節(jié)、定位狀態(tài)，將橫梁112沿床側(cè)導軌111滑動至手術(shù)部位，即需要手術(shù)的脊柱段；將定位板121調(diào)整至脊柱部位上方，利用定位釘122，穿過表皮切口，固定于脊柱脊凸部位上，實現(xiàn)精確定位；然后通過定位板121上用于鎖定定位釘122的第三鎖定裝置124將二者固定，并將用于鎖定定位板121與橫梁112的第二鎖定裝置123，及用于鎖定橫梁112與床側(cè)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，并支撐起來。然后，利用術(shù)中CT或C型X光機對定位板121固定的脊椎段進行術(shù)中掃描，建立脊椎段與定位板的圖像坐標，得到脊椎段的三維圖像以及定位板121的位置，并通過三維圖像確定植釘?shù)慕嵌群臀恢?。之后，在定位?21上安裝六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130，利用上述已知的定位信息，使六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130自動調(diào)整至特定定位位置。當然，六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)130的直線副133的伸縮長度、球形副134的旋轉(zhuǎn)角度以及伸縮桿135的伸縮長度也可以是被動式的，由手動調(diào)整。[0044]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，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求1.一種六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，包括 位于手術(shù)床上方，可與手術(shù)床相對滑動的支撐機構(gòu)； 用于定位患者脊柱脊凸，且與支撐機構(gòu)滑動配合的定位機構(gòu)；以及 六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)固定于定位機構(gòu)上，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括上平臺、下平臺、六個直線副、伸縮桿以及操作套筒，所述六個直線副以兩個為一組沿上平臺以及下平臺均勻設置，每個直線副的上端通過一球形副與上平臺連接，每個直線副的下端通過一球形副與下平臺連接，所述伸縮桿與所述上平臺固定，并向下傾斜延伸后與所述操作套筒連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)還包括導向套筒，所述的導向套筒與所述伸縮桿連接，并套設于所述操作套筒外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述支撐機構(gòu)包括導軌、兩條橫梁以及兩個用于將橫梁鎖定于導軌的第一鎖定裝置，所述導軌設于手術(shù)床兩側(cè)，所述兩條橫梁間隔排列，架設于所述導軌上，且橫梁與所述導軌滑動配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述定位機構(gòu)包括定位板、定位釘、用于將定位板鎖定于支撐機構(gòu)的第二鎖定裝置以及用于鎖定定位釘?shù)牡谌i定裝置，所述定位板的兩端設于所述兩條橫梁上，且與所述橫梁滑動配合，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(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)可拆卸的固定于定位機構(gòu)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述的直線副為直線鉸鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六自由度脊柱手術(shù)導引器，其特征在于，所述的球形副為球形鉸鏈。
專利摘要一種六自由度脊柱手術(shù)導引器，包括支撐機構(gòu)、定位機構(gòu)以及六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)固定于定位機構(gòu)上，所述六自由度并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括上平臺、下平臺、六個直線副、伸縮桿以及操作套筒，所述六個直線副以兩個為一組沿上平臺以及下平臺均勻設置，每個直線副的上端通過一球形副與上平臺連接，每個直線副的下端通過一球形副與下平臺連接，所述伸縮桿與所述上平臺固定，并向下傾斜延伸后與所述操作套筒連接。上述六自由度脊柱手術(shù)導引器，通過支撐機構(gòu)來支撐姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)的重量，通過定位機構(gòu)對人體脊柱的脊凸部分進行定位，由姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)對不同脊椎段的椎弓根釘?shù)雷藨B(tài)和位置調(diào)整和定位，使釘?shù)雷藨B(tài)和位置更精確，更安全可靠。
文檔編號A61B17/90GK202776527SQ20122023718
公開日2013年3月13日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者胡穎, 張朋, 田偉, 靳海洋, 劉亞軍, 高鵬, 張建偉 申請人:中國科學院深圳先進技術(shù)研究院