专利名称：六自由度脊柱手术导引器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械，特别是涉及一种六自由度脊柱手术导引器。
技术背景 随着计算机、微电子技术以及医学科学的迅猛发展，各种计算机辅助医疗技术和设备层出不穷。三维导航引导下的术中导航技术已经开始广泛的使用。医生根据计算机辅助设备给出的图像，来确定手术的位置和姿态。在脊柱手术中，最常见的一种手术操作为椎弓根钉固定术，需要在脊柱两侧的椎弓根部位植入骨钉，用来固定脊柱。植入骨钉之前，需要在椎弓根上钻出钉道。而钻钉道过程对精度和操作安全的要求很高。传统的辅助设备姿态调整困难，且定位不准确，无法保证手术过程的精度和安全要求。
发明内容基于此，有必要针对传统的辅助设备姿态调整困难、定位不准确的问题，提供一种六自由度脊柱手术导引器。—种六自由度脊柱手术导引器，包括位于手术床上方，可与手术床相对滑动的支撑机构；用于定位患者脊柱脊凸，且与支撑机构滑动配合的定位机构；以及六自由度并联姿态调整机构，所述六自由度并联姿态调整机构固定于定位机构上，所述六自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、六个直线副、伸缩杆以及操作套筒，所述六个直线副以两个为一组沿上平台以及下平台均匀设置，每个直线副的上端通过一球形副与上平台连接，每个直线副的下端通过一球形副与下平台连接，所述伸缩杆与所述上平台固定，并向下倾斜延伸后与所述操作套筒连接。在其中一个实施例中，所述六自由度并联姿态调整机构还包括导向套筒，所述的导向套筒与所述伸缩杆连接，并套设于所述操作套筒外。在其中一个实施例中，所述支撑机构包括导轨、两条横梁以及两个用于将横梁锁定于导轨的第一锁定装置，所述导轨设于手术床两侧，所述两条横梁间隔排列，架设于所述导轨上，且横梁与所述导轨滑动配合。在其中一个实施例中，所述定位机构包括定位板、定位钉、用于将定位板锁定于支撑机构的第二锁定装置以及用于锁定定位钉的第三锁定装置，所述定位板的两端设于所述两条横梁上，且与所述横梁滑动配合，所述定位板上设有面向目标脊柱的定位孔，所述定位钉穿过所述定位孔可与目标脊柱的脊凸固定。在其中一个实施例中，所述六自由度并联姿态调整机构可拆卸的固定于定位机构上。在其中一个实施例中，所述的直线副为直线铰链。[0015]在其中一个实施例中，所述的球形副为球形铰链。上述六自由度脊 部分进行定位，由姿态调整机构对不同脊椎段的椎弓根钉道姿态和位置调整和定位，使钉道姿态和位置更精确，更安全可靠。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的六自由度并联姿态调整机构的结构示意图；图3为本实用新型的六自由度并联姿态调整机构及其定位方式示意图；图4为本实用新型处于待机状态的示意图；图5为本实用新型处于调节、定位状态的示意图。
具体实施方式
如图I所示和图3所示，一种六自由度脊柱手术导引器，包括支撑机构110、定位机构120以及六自由度并联姿态调整机构130 ；支撑机构110位于手术床2上方，可与手术床2相对滑动；定位机构120与支撑机构110滑动配合，用于定位患者的脊柱脊凸；支撑机构110可在手术床2上滑动调节，起到粗略定位的作用，并且配合六自由度并联姿态调整机构130，对不同脊椎段的椎弓根钉道进行姿态调整和位置定位，使钉道3的姿态和位置更精确，更安全可靠。六自由度并联姿态调整机构130固定于定位机构120上，该调整机构130由一个6-SPS并联机构结合一个伸缩杆构成共六个自由度，实现脊柱手术钉道3的定位和姿态调
難
iF. O如图2所示，具体地，本实施例的六自由度并联姿态调整机构130包括上平台131、下平台132、六个直线副133、伸缩杆135、导向套筒136以及操作套筒137，所述六个直线副133以两个为一组沿上平台以及下平台均匀设置，每个直线副(P副)133的上端通过一球形副134 (S副)与上平台131连接，每个直线副133的下端通过一球形副134与下平台132连接，所述伸缩杆135与上平台132固定，并向下倾斜延伸后通过导向套筒136与操作套筒137连接，其中导向套筒136与伸缩杆135连接，并套设于操作套筒137外。伸缩杆135的长度和倾斜角度有多重规格，用来适应针对不同脊椎段的手术。可以理解的是，在其中一个实施例中，所述六自由度并联姿态调整机构130可拆卸的固定于定位机构120上，此方式可以通过多种结构来实现，如通过在六自由度并联姿态调整机构130的下平台132下设置快速拆卸装置。基于上述结构，通过直线副133的伸缩以及球形副134的旋转，可以调整上平台131沿x、y、z轴方向移动和旋转，并配合可自动调整长短的伸缩杆135，实现末端操作套筒137对钉道3的姿态调整和位置定位。手术过程中，操作套筒137通过导向套筒136深入患者身体，并抵达椎弓根。医生的手术操作通过操作套筒137进行。可以理解的是，导向套筒136也可以简化掉，伸缩杆135直接与操作套筒137连接。如图I和图3所示，在其中一个实施例中，所述支撑机构110包括导轨111、两条横梁112以及两个用于将横梁112锁定于导轨111的第一锁定装置113，所述导轨111设于手术床2两侧，所述两条横梁112间隔排列，架设于所述导轨111上，且横梁112与所述导轨111滑动配合，实现横梁112在手术床2上方的滑动，起到粗略定位的作用。当然，横梁112在手术床2上的滑动也可以通过其他结构来实现，如横梁112通过滑轮以及手术床2上的滑动槽来实现；此外，横梁112的数量也不限于两根，只要能实现对定位机构120的支撑即可。·如图I和图3所示，在其中一个实施例中，所述定位机构120包括定位板121、定位钉122、用于将定位板121锁定于支撑机构110的第二锁定装置123以及用于锁定定位钉122的第三锁定装置124，所述定位板121的两端设于所述两条横梁112上，且与所述横梁112滑动配合，使定位板121可以灵活调节至患者的脊柱位置，所述定位板121上设有面向目标脊柱的定位孔，所述定位钉122穿过所述定位孔可与目标脊柱的脊凸固定。通过定位板121和定位钉122，使定位板121与患者的相对固定，达到精确定位的目的，可避免手术中患者体位变化造成的导航不准确问题；并且给姿态调整机构130提供了一个定位、调整的基准坐标系，通过计算机导航信息给出钉道路径，并最终驱动姿态调整机构130末端的导向套筒136调整到给定的钉道3的路径。当然，定位钉122的数量可以是一个或者多个，具体根据手术需要调整。在其中一个实施例中，所述直线副133为直线铰链。当然，也可以通过其他结构来配合球形副134实现上平台131在x、y、z轴方向的移动。在其中一个实施例中，所述球形副134为球形铰链。当然，也可以通过其他结构来配合直线副133,以实现上平台30在X轴、Y、z轴方向的转动。六自由度脊柱手术导引器的工作过程如下如图4所示，手术前，横梁112和定位板121处于待机位置，即横梁112位于床侧导轨111的一侧，定位板121位于横梁112的一侧。开始手术时，将病人放置在手术床2上，并固定。如图I、图3以及图5所示，导引器此时为调节、定位状态，将横梁112沿床侧导轨111滑动至手术部位，即需要手术的脊柱段；将定位板121调整至脊柱部位上方，利用定位钉122，穿过表皮切口，固定于脊柱脊凸部位上，实现精确定位；然后通过定位板121上用于锁定定位钉122的第三锁定装置124将二者固定，并将用于锁定定位板121与横梁112的第二锁定装置123，及用于锁定横梁112与床侧导轨111的第一锁定装置113锁紧。从而将整个定位板121与患者固定，并支撑起来。然后，利用术中CT或C型X光机对定位板121固定的脊椎段进行术中扫描，建立脊椎段与定位板的图像坐标，得到脊椎段的三维图像以及定位板121的位置，并通过三维图像确定植钉的角度和位置。之后，在定位板121上安装六自由度并联姿态调整机构130，利用上述已知的定位信息，使六自由度并联姿态调整机构130自动调整至特定定位位置。当然，六自由度并联姿态调整机构130的直线副133的伸缩长度、球形副134的旋转角度以及伸缩杆135的伸缩长度也可以是被动式的，由手动调整。[0044]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，包括 位于手术床上方，可与手术床相对滑动的支撑机构； 用于定位患者脊柱脊凸，且与支撑机构滑动配合的定位机构；以及 六自由度并联姿态调整机构，所述六自由度并联姿态调整机构固定于定位机构上，所述六自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、六个直线副、伸缩杆以及操作套筒，所述六个直线副以两个为一组沿上平台以及下平台均匀设置，每个直线副的上端通过一球形副与上平台连接，每个直线副的下端通过一球形副与下平台连接，所述伸缩杆与所述上平台固定，并向下倾斜延伸后与所述操作套筒连接。
2.根据权利要求I所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述六自由度并联姿态调整机构还包括导向套筒，所述的导向套筒与所述伸缩杆连接，并套设于所述操作套筒外。
3.根据权利要求2所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述支撑机构包括导轨、两条横梁以及两个用于将横梁锁定于导轨的第一锁定装置，所述导轨设于手术床两侧，所述两条横梁间隔排列，架设于所述导轨上，且横梁与所述导轨滑动配合。
4.根据权利要求3所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述定位机构包括定位板、定位钉、用于将定位板锁定于支撑机构的第二锁定装置以及用于锁定定位钉的第三锁定装置，所述定位板的两端设于所述两条横梁上，且与所述横梁滑动配合，所述定位板上设有面向目标脊柱的定位孔，所述定位钉穿过所述定位孔可与目标脊柱的脊凸固定。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述六自由度并联姿态调整机构可拆卸的固定于定位机构上。
6.根据权利要求I所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述的直线副为直线铰链。
7.根据权利要求I所述的六自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述的球形副为球形铰链。
专利摘要一种六自由度脊柱手术导引器，包括支撑机构、定位机构以及六自由度并联姿态调整机构，所述六自由度并联姿态调整机构固定于定位机构上，所述六自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、六个直线副、伸缩杆以及操作套筒，所述六个直线副以两个为一组沿上平台以及下平台均匀设置，每个直线副的上端通过一球形副与上平台连接，每个直线副的下端通过一球形副与下平台连接，所述伸缩杆与所述上平台固定，并向下倾斜延伸后与所述操作套筒连接。上述六自由度脊柱手术导引器，通过支撑机构来支撑姿态调整机构的重量，通过定位机构对人体脊柱的脊凸部分进行定位，由姿态调整机构对不同脊椎段的椎弓根钉道姿态和位置调整和定位，使钉道姿态和位置更精确，更安全可靠。
文档编号A61B17/90GK202776527SQ20122023718
公开日2013年3月13日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者胡颖, 张朋, 田伟, 靳海洋, 刘亚军, 高鹏, 张建伟 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院