一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]人體呼吸時(shí)脊柱會(huì)隨著呼吸不斷運(yùn)動(dòng)，脊柱的運(yùn)動(dòng)影響了脊柱手術(shù)機(jī)器人在治療時(shí)對(duì)手術(shù)部位定位的準(zhǔn)確性，了解脊柱隨呼吸運(yùn)動(dòng)變化的狀態(tài)對(duì)于脊柱外科手術(shù)，治療脊柱疾病具有很重要的意義。目前普遍治療脊柱疾病的方法是手術(shù)導(dǎo)航，手術(shù)導(dǎo)航需要預(yù)測(cè)出隨呼吸運(yùn)動(dòng)變化的病灶的位置，提前調(diào)整機(jī)械臂位姿，進(jìn)行精確治療。為了驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的有效性，需要首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但是我們不可能利用真實(shí)的患者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此需要設(shè)計(jì)一種能夠模擬人體真實(shí)脊柱運(yùn)動(dòng)的裝置。目前一些研究者設(shè)計(jì)的脊柱運(yùn)動(dòng)裝置主要是脊柱生物力學(xué)加載裝置或者用于測(cè)量脊柱和椎骨運(yùn)動(dòng)量的模型，只單獨(dú)分析了脊柱的整體構(gòu)造，并沒(méi)有體現(xiàn)出脊柱隨呼吸運(yùn)動(dòng)變化的狀態(tài)，因此，急需研究出一種能夠模擬人體呼吸時(shí)脊柱的三維運(yùn)動(dòng)裝置，并將該裝置應(yīng)用于導(dǎo)航、機(jī)械臂末端操作規(guī)劃中，驗(yàn)證手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的有效性和準(zhǔn)確性。這對(duì)于我國(guó)手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展和提高患者治療的成功率具有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是:提供一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，通過(guò)導(dǎo)入真實(shí)的呼吸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠模擬人體呼吸時(shí)脊柱隨呼吸的運(yùn)動(dòng)變化，將人體呼吸引起的脊柱三維運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)出來(lái)，驗(yàn)證手術(shù)機(jī)器人呼吸跟蹤算法的有效性，將該裝置與脊柱手術(shù)機(jī)器人的呼吸跟蹤結(jié)合，服務(wù)于脊柱手術(shù)機(jī)器人在導(dǎo)航、手術(shù)操作中的呼吸預(yù)測(cè)與補(bǔ)償，用于驗(yàn)證導(dǎo)航技術(shù)的精確性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括工作臺(tái)，設(shè)于所述工作臺(tái)上的模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置，與所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置連接的托板，以及設(shè)于所述托板上的仿真脊柱結(jié)構(gòu);所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置包括設(shè)于所述工作臺(tái)臺(tái)上的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)電連接的控制器，所述托板與所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。
[0005]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述工作臺(tái)上的X向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述X向?qū)к壔_(tái)一端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)一輸出端固定連接的絲桿一，以及設(shè)于所述絲桿一上且隨絲桿一的轉(zhuǎn)動(dòng)而左右移動(dòng)的滑塊一。
[0006]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述滑塊一上的Y向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述Y向?qū)к壔_(tái)一端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)二，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)二輸出端固定連接的絲桿二，以及設(shè)于所述絲桿二上且隨絲桿二的轉(zhuǎn)動(dòng)而前后移動(dòng)的滑塊二。
[0007]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述滑塊二上的Z向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述Z向?qū)к壔_(tái)頂端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)三，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)三輸出端固定連接的絲桿三，以及設(shè)于所述絲桿三上且隨絲桿三的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的滑塊三，所述托板水平設(shè)置并與所述滑塊三固定連接。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三均為步進(jìn)電機(jī)，并與所述控制器電連接。通過(guò)上位機(jī)編程將真實(shí)的呼吸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制器并控制三個(gè)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)托板及托板上的仿真脊柱結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)脊柱隨呼吸運(yùn)動(dòng)的變化的軌跡，再現(xiàn)真實(shí)的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0010]1.本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且通過(guò)導(dǎo)入真實(shí)的呼吸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠模擬人體呼吸時(shí)脊柱隨呼吸的運(yùn)動(dòng)變化，將人體呼吸引起的脊柱三維運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)出來(lái)，驗(yàn)證手術(shù)機(jī)器人呼吸跟蹤算法的有效性，將該裝置與脊柱手術(shù)機(jī)器人的呼吸跟蹤結(jié)合，作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用，服務(wù)于脊柱手術(shù)機(jī)器人在導(dǎo)航、手術(shù)操作中的呼吸預(yù)測(cè)與補(bǔ)償，用于驗(yàn)證導(dǎo)航技術(shù)的精確性。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0013]其中:I工作臺(tái)，2托板，3仿真脊柱結(jié)構(gòu)，41X向?qū)к壔_(tái)，42驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，43絲桿一，44滑塊一，5IY向?qū)к壔_(tái)，52驅(qū)動(dòng)電機(jī)二，53絲桿二，54滑塊二，6IZ向?qū)к壔_(tái)，62驅(qū)動(dòng)電機(jī)三，63絲桿三，64滑塊三。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例:參照?qǐng)D1所示，一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括工作臺(tái)I，設(shè)于工作臺(tái)I上的模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置，與模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置連接的托板2，以及設(shè)于托板2上的仿真脊柱結(jié)構(gòu)3;模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置包括設(shè)于工作臺(tái)臺(tái)上的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)電連接的控制器(圖上未畫(huà)出)，托板2與Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。
[0015]本發(fā)明的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于工作臺(tái)I上的X向?qū)к壔_(tái)41，設(shè)于X向?qū)к壔_(tái)41 一端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一42，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)一42輸出端固定連接的絲桿一43，以及設(shè)于絲桿一43上且隨絲桿一 43的轉(zhuǎn)動(dòng)而左右移動(dòng)的滑塊一 44。
[0016]本發(fā)明的Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于滑塊一44上的Y向?qū)к壔_(tái)51，設(shè)于Y向?qū)к壔_(tái)51—端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)二52，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)二52輸出端固定連接的絲桿二53，以及設(shè)于絲桿二53上且隨絲桿二 53的轉(zhuǎn)動(dòng)而前后移動(dòng)的滑塊二 54。
[0017]本發(fā)明的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于滑塊二54上的Z向?qū)к壔_(tái)61，設(shè)于Z向?qū)к壔_(tái)61頂端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)三62，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)三62輸出端固定連接的絲桿三63，以及設(shè)于絲桿三63上且隨絲桿三63的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的滑塊三64，托板2水平設(shè)置并與滑塊三64固定連接。
[0018]本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一 42、驅(qū)動(dòng)電機(jī)二 52、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三62均為步進(jìn)電機(jī)，并與控制器連接，通過(guò)上位機(jī)編程將真實(shí)的呼吸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制器并控制三個(gè)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)托板2及托板2上的仿真脊柱結(jié)構(gòu)3運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)脊柱隨呼吸運(yùn)動(dòng)的變化的軌跡，再現(xiàn)真實(shí)的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)。
[0019]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，包括工作臺(tái)，設(shè)于所述工作臺(tái)上的模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置，與所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置連接的托板，以及設(shè)于所述托板上的仿真脊柱結(jié)構(gòu)； 所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置包括設(shè)于所述工作臺(tái)臺(tái)上的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)電連接的控制器，所述托板與所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述工作臺(tái)上的X向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述X向?qū)к壔_(tái)一端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)一輸出端固定連接的絲桿一，以及設(shè)于所述絲桿一上且隨絲桿一的轉(zhuǎn)動(dòng)而左右移動(dòng)的滑塊一。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述滑塊一上的Y向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述Y向?qū)к壔_(tái)一端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)二，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)二輸出端固定連接的絲桿二，以及設(shè)于所述絲桿二上且隨絲桿二的轉(zhuǎn)動(dòng)而前后移動(dòng)的滑塊二。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定于所述滑塊二上的Z向?qū)к壔_(tái)，設(shè)于所述Z向?qū)к壔_(tái)頂端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)三，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)三輸出端固定連接的絲桿三，以及設(shè)于所述絲桿三上且隨絲桿三的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)的滑塊三，所述托板水平設(shè)置并與所述滑塊三固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三均為步進(jìn)電機(jī)，并與所述控制器電連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種由呼吸引起的人體脊柱三維運(yùn)動(dòng)模擬裝置，包括工作臺(tái)，設(shè)于所述工作臺(tái)上的模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置，與所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置連接的托板，以及設(shè)于所述托板上的仿真脊柱結(jié)構(gòu)；所述模擬呼吸運(yùn)動(dòng)裝置包括設(shè)于所述工作臺(tái)臺(tái)上的X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及與所述X向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)電連接的控制器，所述托板與所述Z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，其優(yōu)點(diǎn)在于，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且通過(guò)導(dǎo)入真實(shí)的呼吸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠模擬人體呼吸時(shí)脊柱隨呼吸的運(yùn)動(dòng)變化，將人體呼吸引起的脊柱三維運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)出來(lái)，驗(yàn)證手術(shù)機(jī)器人呼吸跟蹤算法的有效性。
【IPC分類】G09B23/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105575240
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610114864
【發(fā)明人】王傳洋, 豆夢(mèng), 郁樹(shù)梅, 孫榮川, 張峰峰, 匡紹龍, 孫立寧
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年3月2日