专利名称：防神经损伤脊柱微创手术机器人的制作方法
防神经损伤脊柱微创手术机器人 本发明属于一种医疗手术器械。 众所周知，脊柱疾患是常见病、多发病，如脊柱骨折、脊柱肿瘤、脊柱侧弯、椎间盘 突出、椎管狭窄、脊柱滑脱等，其手术治疗方法很多，如传统的开放手术以及近年来发展起 来的各种微创手术(如化学溶核术、经皮椎间盘切除术、激光椎间盘切除术、等离子射频髓 核成形术、内镜下椎间盘手术)等。尽管这些方法有其各自的优点，但不论是传统的开放手 术还是微创手术，均面临一个同样的风险，即手术可能发生神经损伤、造成灾难性的后果。
本发明的目的是提供一种脊柱手术时能有效防止神经损伤的、既安全高效且创伤 又小的脊柱微创手术机器人。 本发明的技术方案是这样实现的。防神经损伤脊柱微创手术机器人由机械臂、移 动单元和主控系统三部分组成。机械臂包括机座板、工作通道、吸引器及上下移动传动机 构和电机、神经牵开器及上下移动传动机构和电机、手术器械座、手术器械上下移动及旋转 传动机构和电机、内窥镜及人体内部组织结构显示系统等。移动单元包括手术台车、x方向 移动和旋转导轨和电机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和旋转导轨和电机。主控系统 由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统、电机驱动器、控制软件等组成。以腰椎间盘 突出手术为例，手术时，先于患者腰部后正中作一长约1.5cm的小切口，再由手控器发出指 令，移动机械臂使工作通道由切口进入人体内，再沿棘突左或右侧下降至椎板表面并轻轻 压紧，以防止肌肉组织进入工作通道内。继续由手控器控制吸引器以及手术器械的姿态和 进入深度，当手术器械(如钻头)的端部轻轻触碰椎板表面某一点时，启动主控系统由控 制软件生成的"区域防护"功能，即以该触碰点为中心形成一个手术器械在其内可自由运动 但不能逾越其四周和底面的区域，触碰点到该区域底面的深度以及区域四周的距离均可设 定，例如设定触碰点到该区域底面的深度略大于术前CT测量的椎板厚度，这样钻头开"骨 窗"钻透椎板时可顺利突破椎板骨质，但不可能进入椎管太深而触压神经或者略为触压也 在神经允许受压的范围内，不致于使神经受到损伤。由于神经为近圆形结构，该"防护区域" 位于其切线位置，触碰点到该区域底面的深度为最小，手术器械由触碰点向该区域四周运 动即"扩大骨窗"时，距离神经组织也就越远，如此也就更加安全。"区域防护"大小的设定 随欲保护神经表面情况的不同而有所不同，即表面较平坦时"区域防护"范围可以大一些、 深一点；表面起伏变化较大时(如神经根起始部)"区域防护"范围要小一些、浅一点。主 控系统也可以取贴近神经表面的多个点为参照点形成一个与神经外形相近的"区域防护网 或屏障"，手术器械可以在该"区域防护网或屏障"上自由运动但不能向下逾越该网或屏障， 同样也可防止损伤神经，确保神经安全。对有可能伤及神经的每一步手术，操作前必须如此 作防护设定，这样即可在保护下清除黄韧带、显露硬脊膜、神经根和切除突出的椎间盘，从 而避免损伤神经、保证神经的安全。此外，手术器械旋转工作时采用小角度正反转的方式， 以防缠绕损伤神经，确保神经的安全。 同理，控制手术器械进入椎间隙的深度，使其不能越过椎体前缘，即可防止损伤腹 腔内大血管。 本发明的结构结合附图详述如下。
脊柱微创手术机器人由机械臂2、移动单元3和主控系统4三部分组成。机械臂包 括机座板12、工作通道9、吸引器7及上下移动传动机构和电机、神经牵开器8及上下移动 传动机构和电机、手术器械座11 、手术器械10上下移动及旋转传动机构和电机、内窥镜6及 人体内部组织结构显示系统等。移动单元包括手术台车1、X方向移动和a角旋转导轨和 电机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和13角旋转(推杆14推动机座板12绕回转轴13 转动)导轨和电机。主控系统4由控制台5控制台、计算机、手控器15、外部场景显示系统 16、电机驱动器以及控制软件等组成。以腰椎间盘突出手术为例，手术时，先于患者腰部后 正中作一长约1. 5cm的小切口 ，再由手控器发出指令，移动机械臂2使工作通道9由切口进 入人体内，再沿棘突左或右侧下降至椎板表面并轻轻压紧，以防止肌肉组织进入工作通道9 内。继续由手控器控制吸引器7以及手术器械10的姿态和进入深度，当手术器械IO(如钻 头)的端部轻轻触碰椎板表面某一点时，启动主控系统4由控制软件生成的"区域防护"功 能，即以该触碰点为中心形成一个手术器械IO在其内可自由运动但不能逾越其四周和底 面的区域，触碰点到该区域底面的深度以及区域四周的距离均可设定，例如设定触碰点到 该区域底面的深度略大于术前CT测量的椎板厚度，这样钻头开"骨窗"钻透椎板时可顺利 突破椎板骨质，但不可能进入椎管太深而触压神经或者略为触压也在神经允许受压的范围 内，不致于使神经受到损伤。由于神经为近圆形结构，该"防护区域"位于其切线位置，触碰 点到该区域底面的深度为最小，手术器械10由触碰点向该区域四周运动即"扩大骨窗"时， 距离神经组织也就越远，如此也就更加安全。"区域防护"大小的设定随欲保护神经表面情 况的不同而有所不同，即表面较平坦时"区域防护"范围可大一些、深一点；表面起伏变化较 大时(如神经根起始部)"区域防护"范围要小一些、浅一点。控制软件也可以取贴近神经表 面的多个点为参照点形成一个与神经外形相近的"区域防护网"，手术器械10可以在该"区 域防护网"上自由运动但不能向下逾越该网，同样也可防止损伤神经，确保神经安全。对有 可能伤及神经的每一步手术，操作前必须如此作防护设定，这样即可在保护下清除黄韧带、 显露硬脊膜、神经根和切除突出的椎间盘，从而避免损伤神经、保证神经的安全。此外，手术 器械10旋转工作时采用小角度正反转的方式，以防缠绕损伤神经，确保神经的安全。
同理，控制手术器械进入椎间隙的深度，使其不能越过椎体前缘，即可防止损伤腹 腔内大血管。 —侧手术完成需进行对侧手术时，将机械臂2转动Y角，即可完成换向进行对侧 手术操作。 手术器械10包括"蘑菇头"钳子17、磨钻头等，由于其件数少、转换快，且为连续工 作(不必反复进出工作通道9)，故可提高手术效率，縮短手术时间。
本发明具有以下优点1、安全可靠；2、精度高，稳定性好；3、效率高，可以縮短手 术时间；4、能降低医生的工作强度；5、便于医学培训；6、可进行远程手术。适用于多种脊柱 疾病如脊柱骨折、脊柱肿瘤、脊柱侧弯、椎间盘突出、椎管狭窄、脊柱滑脱等的微创减压手术 治疗，也可以用于置入椎弓根螺钉及椎体成形术。
说明书
1.手术台车2.机械臂3.移动单元4.主控系统5.控制台6.内窥镜7.吸引器 8.神经牵开器9.工作通道IO.手术器械ll.手术器械座12.机座板13.回转轴14.推杆 15.手控器16外部场景显示系统17 "蘑菇头"钳子
图1 :脊柱微创手术机器人侧视图 图2 :脊柱微创手术机器人端视图 图3 :脊柱微创手术机器人俯视图 图4 :为图1的机械臂的局部放大图及测试图 图5:主控系统示意图 图6 :"蘑菇头"钳子顶端示意图
权利要求
一种防神经损伤脊柱微创手术机器人，它由机械臂、移动单元和主控系统组成。机械臂包括机座板、工作通道、吸引器及上下移动传动机构和电机、神经牵开器及上下移动传动机构和电机、手术器械座、手术器械上下移动及旋转传动机构和电机、内窥镜及人体内部组织结构显示系统等。移动单元包括手术台车、X方向移动和旋转导轨和电机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和旋转导轨和电机。主控系统由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统、电机驱动器以及控制软件等组成。其特征在于主控系统可由控制软件生成“区域防护”功能，即以距神经某一点为中心形成一个区域，手术器械在该区域内可自由运动但不能逾越其四周和底面，设定该点到该区域底面的深度与该点到神经表面的最短距离相等或略大于后者，即可防止损伤神经，确保神经安全。主控系统也可以取贴近神经表面的多个点为参照点形成一个与神经外形相近的“区域防护网或屏障”，手术器械可以在该“区域防护网或屏障”上自由运动但不能向下逾越该网或屏障，同样也可防止损伤神经，确保神经安全。
2. 根据权力要求1所述的防神经损伤脊柱微创手术机器人，其特征在于其工作通道 为内外两层，内层的内壁上有两个槽，可容两个神经牵开器通过。
3. 根据权力要求1所述的防神经损伤脊柱微创手术机器人，其特征在于"蘑菇头"钳 子内柱前端呈圆形膨大，内柱外有一套管。
全文摘要
一种防神经损伤脊柱微创手术机器人，它由机械臂、移动单元和主控系统组成。其特征在于该机器人具有“区域防护”或“区域防护网”功能，前者即以距神经某一点为中心形成一个区域，手术器械在该区域内可自由运动但不能逾越其四周和底面，设定该点到该区域底面的深度与该点到神经表面的最短距离相等或略大于后者，即可防止损伤神经；后者即以贴近神经表面的多个点形成一个与神经外形相近的“区域防护网”，手术器械可以在该网之上自由运动但不能向下逾越，同样也可防止损伤神经。它具有安全可靠、精度高、效率高、能降低医生的工作强度、便于医学培训、可进行远程手术等优势，适用于多种脊柱疾病如脊柱骨折、脊柱肿瘤等的微创减压手术治疗。
文档编号A61B17/00GK101744656SQ20081018415
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者张春霖 申请人:张春霖