基于底托避让套管式防缠绕微创减压机械手的骨科手术机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种骨科手术机器人，尤其涉及一种基于底托避让套管式防缠绕微创减压机械手的骨科手术机器人。
【背景技术】
[0002]脊柱微创手术是近年来发展起来的新技术，其方式多种多样，如颈椎管扩大成形、颈椎人工椎间盘置换、腰椎髓核摘除、腰椎滑脱复位内固定、椎体成形术等，但其基本手术方式可以归纳为两类:一类是经椎弓根置入，包括经椎弓根穿刺和经椎弓根钉置入等;另一类是减压，即切除各种神经致压物，包括增生的骨赘、肥厚的黄韧带、突出的椎间盘等。尽管脊柱手术的治疗方式有多种多样，如脊柱骨折椎弓根钉内固定、脊柱滑脱椎弓根钉内固定、脊柱侧弯矫形术、椎体成形术等，但大多数都要通过椎弓根这一途径置入螺钉内固定或穿刺方能实现。所谓椎弓根就是连接人椎骨椎体和椎弓较窄的、呈不规则圆柱状、半中空的骨性结构，左右侧各有一个，从腰椎到颈椎，其宽度和高度逐渐减小，其周围是脊髓、血管和脏器等重要组织。毫无疑问，经椎弓根置入螺钉内固定或穿刺存在一定风险，穿透其骨皮质即有可能损伤神经、血管和脏器，造成瘫痪等灾难性后果。
[0003]脊柱微创手术目前仍主要由人工进行，存在失手损伤神经、椎体成形骨水泥渗漏造成瘫痪以及射线暴露多等风险。微创减压手术可分为后路和侧路，主要采用内窥镜技术实现，后路为MED(micro endoscopic discectomy)，采用空气介质，侧路为椎间孔镜，采用水介质。不论后路还是侧路，减压手术都面临①器械多，需频繁切换通常需要十至二十种手术器械(如电刀、髓核钳、射频消融刀头、骨刀、咬骨钳、刮匙、环锯、磨钻等)；②高速磨削类器械如磨钻、铣刀等，是目前处理骨组织必不可少的电动器械。这类器械在脊柱外科手术中应用也越来越广泛，但在也存在磨透骨组织时，磨头旋转发生组织缠绕造成神经损伤的风险。在侧路椎间镜手术中，软组织在水介质中往往处于漂浮状态，磨钻四周如无防护措施，更易发生缠绕;③操作动作繁多(夹、拉、切、磨、钻、分离、消融等)；④手术目标组织结构复杂(既有软组织如肌肉、筋膜、韧带等，也有骨组织)；⑤手术空间有限等多种难题;⑥椎间孔镜还存在较多的X线暴露的缺陷。
[0004]随着计算机、信息、机械、微创医学等技术的发展，骨科手术机器人在国内外最近形成研究热点。在脊柱外科领域，目前有多款机器人问世，如SpineAssist、SPINEB0T、BiTESSIKVector-BotJiRobot等。由于脊柱手术机器人用于脊柱减压手术还存在上述诸多技术瓶颈，尽管通过了FDA和CFDA的认证，以SpineAssist为代表的这些脊柱手术机器人，主要还是用于经椎弓根植钉，目前还不能用于脊柱微创减压，功能单一，临床应用价值有限。
[0005]同时，现有技术201210108847.2，提供了一种骨科手术机器人，其包括支架、升降组件、大臂、小臂和旋转臂，升降组件安装于支架，升降组件与大臂通过第一关节转动连接，大臂与小臂通过第二关节转动连接，小臂与旋转臂通过第三关节转动连接;第一关节、第二关节的回转轴线平行于重力方向；第三关节的回转轴线垂直于重力方向。升降组件包括丝杆、丝杆螺母、连接件和驱动机构，丝杆螺母旋于丝杆，连接件的一端固定于丝杆螺母，另一端与大臂转动连接，驱动机构安装于支架，丝杆的一端与驱动机构连接，另一端与支架转动连接。第三关节的回转轴线平行于小臂的延伸方向。同时，还包括腕部组件，腕部组件通过第四关节与旋转臂远离第三关节的一端转动连接。第四关节的回转轴线垂直于旋转臂的延伸方向。腕部组件包括手术器械安装件和俯仰臂，俯仰臂通过第四关节与旋转臂相连，手术器械安装件安装于俯仰臂。腕部组件还包括标识件，标识件安装于俯仰臂远离手术器械安装件的一端。驱动机构包括联轴器、多级减速箱、伺服电机和编码器，丝杠依次通过联轴器、多级减速箱与伺服电机的输出轴连接，编码器安装于伺服电机。编码器与手术机器人的控制系统相连接。
[0006]但是，该技术的有点仅仅是多关节，即通过第一关节、第二关节的回转轴线平行于重力方向，通过转动第一关节和第二关节以及移动升降组件调整大臂和小臂的位置，可以使手术时，骨科手术器械覆盖所有需要进行手术操作的位置，提高了手术空间利用率。无法实现单纯刀具与钳式结构之间的功能自如切换。
[0007]还有一现有技术，201310495949.9提供了一种微创骨科手术机器人，其特点是，微创骨科手术机器人由机器人本体、X线透视设备、主控系统、线配准器、十字配准器、双置入机器手和单置入机器手部分组成，主控系统由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统以及电机驱动器组成，所述外部场景显示系统的显示器采用液晶显示器，其中，将设定在人椎骨内的虚拟标识和体外配准器上同样的虚拟标识通过X线进行配准，引导经椎弓根置入或穿刺。虚拟标识可以为虚拟线段或其他虚拟形式。机器人本体包括手术台车和两个六自由度移动单元，可分别使机器人本体连接器和X线透视设备沿Χ、γ、ζ方向移动和旋转。机器人本体连接器左右各有一个，方便机器手插接。线配准器的定位滑块可成各种形状，其外径大于定位器的定位杆的外径。两定位杆尖端间的距离与后弓弧形骨线上选取的两点长度相等。十字配准器金属配准球也可以为其他各种形状的、不透射线的材料所制成。
[0008]由此可见，该机器人实际的作用仅仅是定位精度提升，不需要多坐标系相互匹配，操作简便，能降低医生的工作强度，适用于多种脊柱手术。同样，其无法实现单纯刀具与钳式结构之间的功能自如切换，亦无法填补可能在操作过程中出现的间隙。
[0009]此外，另有一现有技术，201110401551.5，其提供了一种外科手术机器人，其特点是，包括:支架;直线运动单元，固定于所述支架上;第一旋转关节，固定于所述直线运动单元上;第一连杆，与所述第一旋转关节固定连接;第二旋转关节，固定于所述第一连杆上;第二连杆，与所述第二旋转关节固定连接;第三旋转关节，固定于所述第二连杆上;第三连杆，与所述第三旋转关节固定连接;及末端旋转关节，固定于所述第三连杆上;所述第一旋转关节与第二旋转关节的旋转轴与直线运动单元的运动方向平行，末端旋转关节包括第四旋转关节与第五旋转关节，所述第四旋转关节与所述第五旋转关节的旋转轴线正交。所述直线运动单元采用丝杆传动或者带传动。所述直线运动单元、第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节上装设有位置探测装置。所述第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节中的部分或者全部为有源驱动旋转关节。所述有源驱动旋转关节包括上级连杆、下级连杆、动力源、减速装置和制动装置，所述动力源、减速装置和制动装置固定在上级连杆与下级连杆之间。所述动力源为电动装置、气动装置或者液动装置。所述第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节中的部分或者全部为无源驱动旋转关节。所述无源驱动旋转关节包括上级连杆、下级连杆及固定在上级连杆与下级连杆之间的制动装置。所述末端旋转关节上设置有光学标志点。所述末端旋转关节上固定有一个平移运动单元。
[0010]通过研读其全文后发现，该发明实际的有点在于让机器人拥有一个移动自由度以及五个旋转自由度，提高实际实施的便利，减少重力对机器人影响，满足可靠性的同时，尽量避免与病人身体接触，免去二次伤害。但是，上述优点也只是缓解了较为复杂的手术过程中的一部分，对于需要单纯刀具、钳式结构相互介入操作的使用过程来看，没有起到任何技术启示。
[0011]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于底托避让套管式防缠绕微创减压机械手的骨科手术机器人，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0012]为解决