专利名称：五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，特别是涉及ー种五自由度脊柱手术导引器。
背景技术：
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，提供ー种五自由度脊柱手术导引器。—种五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；以及五自由度并联姿态调整机构，所述五自由度并联姿态调整机构设于定位机构上，所述五自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、旋转平台、三个直线副、三个球形副、三个旋转副、伸缩杆以及操作套筒，每个直线副的上端通过所述球形副与所述上平台连接，每个直线副的下端通过所述旋转副与所述下平台连接，所述旋转平台位于所述下平台底部，并将下平台间接固定于定位机构上，所述伸缩杆与所述上平台固定，井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，所述五自由度并联姿态调整机构还包括导向套筒，所述导向套筒与伸缩杆连接，并套设于操作套筒外。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，架设于导轨上，且横梁与导轨滑动配合。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两条横梁上，且与横梁滑动配合，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，所述五自由度并联姿态调整机构可拆卸的固定于定位机构上。[0014]在其中一个实施例中，所述的直线副为直线铰链。在其中一个实施例中，所述的球形副为球形铰链。在其中一个实施例中，所述的旋转副为旋转铰链。上述五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。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的五自由度并联姿态调整机构的原理图；图3为本实用新型的五自由度并联姿态调整机构的结构示意图；图4为本实用新型的五自由度并联姿态调整机构及其定位方式示意图；图5为本实用新型处于待机状态的示意图；图6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和图4所示，ー种五自由度脊柱手术导引器，包括支撑机构110、定位机构120以及五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；支撑机构可在手术床上滑动调节，起到粗略定位的作用，并且配合五自由度并联姿态调整机构130，可对不同脊椎段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。五自由度并联姿态调整机构130设于定位机构120上，该调整机构130由ー个3-RPS并联机构结合一个旋转平台和一个伸缩杆构成共五个自由度，实现脊柱手术钉道3的姿态调整和位置定位。如图2和图3所示，具体地，本实施例的五自由度并联姿态调整机构130包括上平台131、下平台132、旋转平台133、三个直线副134、三个球形副135、三个旋转副136、伸缩杆137、导向套筒138以及操作套筒139，每个直线副134的上端通过球形副135与上平台131连接，每个直线副134的下端通过旋转副136与下平台132连接，所述旋转平台133为可拆卸设置，位于下平台132底部，并将下平台132间接固定于定位机构120上，伸缩杆137与上平台131固定，井向下倾斜延伸后通过导向套筒138与操作套筒139连接，其中导向套筒138与伸缩杆137连接，并套设于操作套筒139外。伸缩杆36的长度和倾斜角度可以有多重规格，用来适应针对不同脊椎段的手木。可以理解的是，在其中一个实施例中，所述五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，如通过在五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，下平台132相对固定，通过三个直线副134的伸縮，可调整上平台131使其沿z轴方向升降，通过球形副135和旋转副136可使五自由度并联姿态调整机构130向X轴、y轴方向转动，通过旋转平台133可以使五自由度并联姿态调整机构130整体沿z轴旋转，同时通过可以自动调整长短的伸缩杆137，可实现末端操作套筒37对钉道3的定位和姿态调整。手术过程中，操作套筒139通过导向套筒138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139进行。可以理解的是，导向套筒138也可以简化掉，伸缩杆137直接与操作套筒139连接。如图I和图4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，架设于导轨111上，且横梁112与导轨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的支撑即可。如图I和图4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的两端设于两条横梁112上，且与横梁112滑动配合，使定位板121可以灵活调节至患者的脊柱位置，定位板121上设有面向目标脊柱的定位孔，定位钉122穿过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提供了ー个定位、调整的基准坐标系，通过计算机导航信息给出钉道3路径，并最终驱动姿态调整机构130末端的导向套筒138调整到给定的钉道3的路径。当然，定位钉122的数量可以是ー个或者多个，具体根据手术需要调整。在其中一个实施例中，所述直线副134为直线铰链。当然，也可以通过其他结构来实现上平台131在z轴方向的移动。在其中一个实施例中，所述球形副135为球形铰链。当然，也可以通过其他结构来配合旋转副136，以实现上平台131在X轴、y轴方向的转动。在其中一个实施例中，所述旋转副136为旋转铰链。当然，也可以通过其他结构来配合球形副135，以实现上平台131在X轴、Y轴方向的转动。本实施例五自由度脊柱手术导引器的工作过程如下如图5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的ー侧，定位板121位于横梁112的ー侧。开始手术时，将病人放置在手术床4上，并固定。如图I、图4以及图6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，穿过表皮切ロ，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121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上安装五自由度并联姿态调整机构130，利用上述已知的定位信息，使五自由度并联姿态调整机构130自动调整至特定定位位置。五自由度并联姿态调整机构130的直线副134长度、旋转平台133的转动角度以及伸缩杆137的伸缩长度也可以是被动式的，由手动调整。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.ー种五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 五自由度并联姿态调整机构，所述五自由度并联姿态调整机构设于定位机构上，所述五自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、旋转平台、三个直线副、三个球形副、三个旋转副、伸缩杆以及操作套筒，每个直线副的上端通过所述球形副与所述上平台连接，每个直线副的下端通过所述旋转副与所述下平台连接，所述旋转平台位于所述下平台底部，并将下平台间接固定于定位机构上，所述伸缩杆与所述上平台固定，井向下倾斜延伸后与所述操作套筒连接。
2.根据权利要求I所述的五自由度脊柱手术导引器，其特征在干，所述五自由度并联姿态调整机构还包括导向套筒，所述导向套筒与伸缩杆连接，并套设于操作套筒外。
3.根据权利要求I或2所述的五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，架设于导轨上，且横梁与导轨滑动配合。
4.根据权利要求3所述的五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两条横梁上，且与横梁滑动配合，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中任意一项所述的五自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述五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至5中任意一项所述的五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至6中任意一项所述的五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。
8.根据权利要求I至7中任意一项所述的五自由度脊柱手术导引器，其特征在于，所述的旋转副为旋转铰链。
专利摘要本实用新型涉及一种五自由度脊柱手术导引器，包括支撑机构、定位机构；以及五自由度并联姿态调整机构，所述五自由度并联姿态调整机构设于定位机构上，所述五自由度并联姿态调整机构包括上平台、下平台、旋转平台、三个直线副、三个球形副、三个旋转副、伸缩杆以及操作套筒，每个直线副的上端通过所述球形副与所述上平台连接，每个直线副的下端通过所述旋转副与所述下平台连接，所述旋转平台位于所述下平台底部，并将下平台间接固定于定位机构上，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。上述五自由度脊柱手术导引器，使钉道姿态和位置更精确，更安全可靠。
文档编号A61B17/90GK202589638SQ201220237190
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者张朋, 田伟, 胡颖, 刘亚军, 陶晓辉, 靳海洋, 张建伟 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院