基于底托避讓套管式防纏繞微創(chuàng)減壓機械手的骨科手術(shù)機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種骨科手術(shù)機器人，尤其涉及一種基于底托避讓套管式防纏繞微創(chuàng)減壓機械手的骨科手術(shù)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]脊柱微創(chuàng)手術(shù)是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，其方式多種多樣，如頸椎管擴大成形、頸椎人工椎間盤置換、腰椎髓核摘除、腰椎滑脫復(fù)位內(nèi)固定、椎體成形術(shù)等，但其基本手術(shù)方式可以歸納為兩類:一類是經(jīng)椎弓根置入，包括經(jīng)椎弓根穿刺和經(jīng)椎弓根釘置入等;另一類是減壓，即切除各種神經(jīng)致壓物，包括增生的骨贅、肥厚的黃韌帶、突出的椎間盤等。盡管脊柱手術(shù)的治療方式有多種多樣，如脊柱骨折椎弓根釘內(nèi)固定、脊柱滑脫椎弓根釘內(nèi)固定、脊柱側(cè)彎矯形術(shù)、椎體成形術(shù)等，但大多數(shù)都要通過椎弓根這一途徑置入螺釘內(nèi)固定或穿刺方能實現(xiàn)。所謂椎弓根就是連接人椎骨椎體和椎弓較窄的、呈不規(guī)則圓柱狀、半中空的骨性結(jié)構(gòu)，左右側(cè)各有一個，從腰椎到頸椎，其寬度和高度逐漸減小，其周圍是脊髓、血管和臟器等重要組織。毫無疑問，經(jīng)椎弓根置入螺釘內(nèi)固定或穿刺存在一定風(fēng)險，穿透其骨皮質(zhì)即有可能損傷神經(jīng)、血管和臟器，造成癱瘓等災(zāi)難性后果。
[0003]脊柱微創(chuàng)手術(shù)目前仍主要由人工進行，存在失手損傷神經(jīng)、椎體成形骨水泥滲漏造成癱瘓以及射線暴露多等風(fēng)險。微創(chuàng)減壓手術(shù)可分為后路和側(cè)路，主要采用內(nèi)窺鏡技術(shù)實現(xiàn)，后路為MED(micro endoscopic discectomy)，采用空氣介質(zhì)，側(cè)路為椎間孔鏡，采用水介質(zhì)。不論后路還是側(cè)路，減壓手術(shù)都面臨①器械多，需頻繁切換通常需要十至二十種手術(shù)器械(如電刀、髓核鉗、射頻消融刀頭、骨刀、咬骨鉗、刮匙、環(huán)鋸、磨鉆等)；②高速磨削類器械如磨鉆、銑刀等，是目前處理骨組織必不可少的電動器械。這類器械在脊柱外科手術(shù)中應(yīng)用也越來越廣泛，但在也存在磨透骨組織時，磨頭旋轉(zhuǎn)發(fā)生組織纏繞造成神經(jīng)損傷的風(fēng)險。在側(cè)路椎間鏡手術(shù)中，軟組織在水介質(zhì)中往往處于漂浮狀態(tài)，磨鉆四周如無防護措施，更易發(fā)生纏繞;③操作動作繁多(夾、拉、切、磨、鉆、分離、消融等)；④手術(shù)目標(biāo)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜(既有軟組織如肌肉、筋膜、韌帶等，也有骨組織)；⑤手術(shù)空間有限等多種難題;⑥椎間孔鏡還存在較多的X線暴露的缺陷。
[0004]隨著計算機、信息、機械、微創(chuàng)醫(yī)學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，骨科手術(shù)機器人在國內(nèi)外最近形成研究熱點。在脊柱外科領(lǐng)域，目前有多款機器人問世，如SpineAssist、SPINEB0T、BiTESSIKVector-BotJiRobot等。由于脊柱手術(shù)機器人用于脊柱減壓手術(shù)還存在上述諸多技術(shù)瓶頸，盡管通過了FDA和CFDA的認(rèn)證，以SpineAssist為代表的這些脊柱手術(shù)機器人，主要還是用于經(jīng)椎弓根植釘，目前還不能用于脊柱微創(chuàng)減壓，功能單一，臨床應(yīng)用價值有限。
[0005]同時，現(xiàn)有技術(shù)201210108847.2，提供了一種骨科手術(shù)機器人，其包括支架、升降組件、大臂、小臂和旋轉(zhuǎn)臂，升降組件安裝于支架，升降組件與大臂通過第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動連接，大臂與小臂通過第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動連接，小臂與旋轉(zhuǎn)臂通過第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動連接;第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線平行于重力方向；第三關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線垂直于重力方向。升降組件包括絲桿、絲桿螺母、連接件和驅(qū)動機構(gòu)，絲桿螺母旋于絲桿，連接件的一端固定于絲桿螺母，另一端與大臂轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動機構(gòu)安裝于支架，絲桿的一端與驅(qū)動機構(gòu)連接，另一端與支架轉(zhuǎn)動連接。第三關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線平行于小臂的延伸方向。同時，還包括腕部組件，腕部組件通過第四關(guān)節(jié)與旋轉(zhuǎn)臂遠離第三關(guān)節(jié)的一端轉(zhuǎn)動連接。第四關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線垂直于旋轉(zhuǎn)臂的延伸方向。腕部組件包括手術(shù)器械安裝件和俯仰臂，俯仰臂通過第四關(guān)節(jié)與旋轉(zhuǎn)臂相連，手術(shù)器械安裝件安裝于俯仰臂。腕部組件還包括標(biāo)識件，標(biāo)識件安裝于俯仰臂遠離手術(shù)器械安裝件的一端。驅(qū)動機構(gòu)包括聯(lián)軸器、多級減速箱、伺服電機和編碼器，絲杠依次通過聯(lián)軸器、多級減速箱與伺服電機的輸出軸連接，編碼器安裝于伺服電機。編碼器與手術(shù)機器人的控制系統(tǒng)相連接。
[0006]但是，該技術(shù)的有點僅僅是多關(guān)節(jié)，即通過第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線平行于重力方向，通過轉(zhuǎn)動第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)以及移動升降組件調(diào)整大臂和小臂的位置，可以使手術(shù)時，骨科手術(shù)器械覆蓋所有需要進行手術(shù)操作的位置，提高了手術(shù)空間利用率。無法實現(xiàn)單純刀具與鉗式結(jié)構(gòu)之間的功能自如切換。
[0007]還有一現(xiàn)有技術(shù)，201310495949.9提供了一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機器人，其特點是，微創(chuàng)骨科手術(shù)機器人由機器人本體、X線透視設(shè)備、主控系統(tǒng)、線配準(zhǔn)器、十字配準(zhǔn)器、雙置入機器手和單置入機器手部分組成，主控系統(tǒng)由控制臺、計算機、手控器、外部場景顯示系統(tǒng)以及電機驅(qū)動器組成，所述外部場景顯示系統(tǒng)的顯示器采用液晶顯示器，其中，將設(shè)定在人椎骨內(nèi)的虛擬標(biāo)識和體外配準(zhǔn)器上同樣的虛擬標(biāo)識通過X線進行配準(zhǔn)，引導(dǎo)經(jīng)椎弓根置入或穿刺。虛擬標(biāo)識可以為虛擬線段或其他虛擬形式。機器人本體包括手術(shù)臺車和兩個六自由度移動單元，可分別使機器人本體連接器和X線透視設(shè)備沿Χ、γ、ζ方向移動和旋轉(zhuǎn)。機器人本體連接器左右各有一個，方便機器手插接。線配準(zhǔn)器的定位滑塊可成各種形狀，其外徑大于定位器的定位桿的外徑。兩定位桿尖端間的距離與后弓弧形骨線上選取的兩點長度相等。十字配準(zhǔn)器金屬配準(zhǔn)球也可以為其他各種形狀的、不透射線的材料所制成。
[0008]由此可見，該機器人實際的作用僅僅是定位精度提升，不需要多坐標(biāo)系相互匹配，操作簡便，能降低醫(yī)生的工作強度，適用于多種脊柱手術(shù)。同樣，其無法實現(xiàn)單純刀具與鉗式結(jié)構(gòu)之間的功能自如切換，亦無法填補可能在操作過程中出現(xiàn)的間隙。
[0009]此外，另有一現(xiàn)有技術(shù)，201110401551.5，其提供了一種外科手術(shù)機器人，其特點是，包括:支架;直線運動單元，固定于所述支架上;第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，固定于所述直線運動單元上;第一連桿，與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定連接;第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，固定于所述第一連桿上;第二連桿，與所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定連接;第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，固定于所述第二連桿上;第三連桿，與所述第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定連接;及末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，固定于所述第三連桿上;所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸與直線運動單元的運動方向平行，末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線正交。所述直線運動單元采用絲桿傳動或者帶傳動。所述直線運動單元、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上裝設(shè)有位置探測裝置。所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的部分或者全部為有源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。所述有源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括上級連桿、下級連桿、動力源、減速裝置和制動裝置，所述動力源、減速裝置和制動裝置固定在上級連桿與下級連桿之間。所述動力源為電動裝置、氣動裝置或者液動裝置。所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的部分或者全部為無源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。所述無源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括上級連桿、下級連桿及固定在上級連桿與下級連桿之間的制動裝置。所述末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上設(shè)置有光學(xué)標(biāo)志點。所述末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上固定有一個平移運動單元。
[0010]通過研讀其全文后發(fā)現(xiàn)，該發(fā)明實際的有點在于讓機器人擁有一個移動自由度以及五個旋轉(zhuǎn)自由度，提高實際實施的便利，減少重力對機器人影響，滿足可靠性的同時，盡量避免與病人身體接觸，免去二次傷害。但是，上述優(yōu)點也只是緩解了較為復(fù)雜的手術(shù)過程中的一部分，對于需要單純刀具、鉗式結(jié)構(gòu)相互介入操作的使用過程來看，沒有起到任何技術(shù)啟示。
[0011]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種基于底托避讓套管式防纏繞微創(chuàng)減壓機械手的骨科手術(shù)機器人，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為解決