CN107550569B

CN107550569B - 一种脊椎微创机器人

Info

Publication number: CN107550569B
Application number: CN201710957283.2A
Authority: CN
Inventors: 康建平; 刘泽
Original assignee: Eaglescope Medical Technology Co ltd
Current assignee: Eaglescope Medical Technology Co ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: WO2019076070A1; CN107550569A

Abstract

本发明涉及一种脊椎微创机器人，包括控制单元，以及设在机架上的预定位机构、精定位机构、操作机构和位置采集系统，所述预定位机构包括驱动件、传动件和定位块，所述驱动件与传动件传动连接，且定位块与传动件固定连接；所述精定位机构包括底盘、顶盘和伸缩杆组件，所述伸缩杆组件包括连接的伸缩杆驱动系统和多个伸缩杆，多个伸缩杆的两端均与底盘和顶盘转动连接，底盘与定位块固定连接，所述伸缩杆驱动系统与控制单元相应的连接端电连接；所述操作机构包括连接杆，所述连接杆的一端与顶盘固定连接；所述位置采集系统包括导航系统和显示器，所述导航系统和显示器分别与控制单元相应的连接端电连接。本发明能够快速对手术器械精确定位。

Description

一种脊椎微创机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种脊椎微创机器人，属于医疗设备技术领域。

背景技术

众所周知，脊椎病就是脊椎的骨质、椎间盘、韧带、肌肉发生病变，进而压迫、牵引刺激脊髓、脊神经、血管、植物神经从而出现复杂多样的症状，脊椎微创手术是针对脊椎病变而进行手术治疗的对人体损伤最小、痊愈周期最短的精准微创手术的总称。脊椎相关疾患包括椎间盘突出症、椎管狭窄、脊椎骨折、脊椎变形移位、脊椎肿瘤等，是常见的多发病，给患者造成极大的痛苦。

传统的开放手术和其它各种微创手术，诸如椎间盘突出切除手术、椎弓根钉矫形固定术、椎间盘融合术等，在手术前期准备中，都需要借助X光机（C臂机）多次拍片观察确认器械与手术部位的相对位置，以保证患者手术过程的安全可靠性。X射线频繁照射的长期积累效应，会对医护人员的健康造成伤害，为了减少射线的伤害，每次拍照前，医护人员需要躲在手术室外进行防护，客观上造成术前准备时间过长，延长了局部麻醉的患者的手术时间。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够快速对手术器械精确定位的脊椎微创机器人。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种脊椎微创机器人，其创新点在于：包括机架、预定位机构、精定位机构、操作机构、位置采集系统和控制单元，所述预定位机构、精定位机构、操作机构和位置采集系统均设在机架上；

所述预定位机构包括驱动件、传动件和定位块，所述驱动件与传动件传动连接，且定位块与传动件固定连接；

所述精定位机构包括底盘、顶盘和伸缩杆组件，所述伸缩杆组件包括伸缩杆驱动系统和多个伸缩杆，所述多个伸缩杆均与伸缩杆驱动系统连接，且多个伸缩杆的两端均与底盘和顶盘转动连接，所述底盘与定位块固定连接，所述伸缩杆驱动系统与控制单元相应的连接端电连接；

所述操作机构包括连接杆，所述连接杆的一端与顶盘固定连接；

所述位置采集系统包括导航系统和显示器，所述导航系统和显示器分别与控制单元相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述机架上还设有手术床锁紧机构包括滑轨、滑座、第二气弹簧组件、第二气弹簧释放系统、按钮、第二电磁铁和夹持固定座，所述滑轨和按钮均与机架固定连接，且滑座与滑轨滑动连接，所述第二气弹簧组件的一端与滑座铰接连接并与第二气弹簧释放系统的一端固定连接，第二气弹簧组件的另一端与夹持固定座铰接连接，所述第二气弹簧释放系统的另一端与第二电磁铁固定连接；所述按钮和第二电磁铁分别与控制单元相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述机架具有预定位机构支架，所述预定位机构安装在机架的预定位机构支架上。

在上述技术方案中，所述预定位机构还包括基座，且传动件为丝杆，驱动件为电机；所述基座安装在预定位机构支架上，所述丝杆的一端与电机的输出轴传动连接，另一端与基座转动连接，定位块通过丝杆与基座滑动配合。

在上述技术方案中，所述预定位机构还包括设在预定位机构支架上的主动轮和从动轮，所述驱动件为电机，传动件为同步带；所述电机的输出轴上装有主动轮，且主动轮通过同步带与从动轮传动连接，所述定位块设在同步带上。

在上述技术方案中，所述精定位机构还包括第一电磁铁，且伸缩杆组件的伸缩杆驱动系统为第一气弹簧释放系统，伸缩杆为第一气弹簧，所述多个第一气弹簧均与第一气弹簧释放系统连接，且多个第一气弹簧的两端分别通过相应的球轴承与底盘和顶盘转动连接，所述第一电磁铁与第一气弹簧释放系统连接，且第一电磁铁与控制单元相应的连接端电连接；所述操作机构还包括操作按钮，且操作按钮安装在连接杆上并与控制单元相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述操作机构还包括医疗器械夹持件，所述医疗器械夹持件与连接杆的另一端可拆卸连接；所述连接杆的一端具有连接头，所述连接杆的连接头与顶盘固定连接。

在上述技术方案中，所述位置采集系统的导航系统包括导航仪、定位器和用来设在人体上的人体定位器，所述导航仪设在机架上，定位器固定在连接杆上，且导航仪接收定位器和人体定位器发出的定位信号，且导航仪与控制单元相应的连接端电连接。

在上述技术方案中，所述机架具有位置采集系统支架，所述位置采集系统支架包括固定基座和连接臂，所述连接臂的一端与固定基座铰接连接，所述导航仪与连接臂的另一端转动连接，且导航仪位于精定位机构的上方。

本发明所具有的积极效果是：采用本发明的脊椎微创机器人后，由于本发明包括机架、预定位机构、精定位机构、操作机构、位置采集系统和控制单元，所述预定位机构、精定位机构、操作机构和位置采集系统均设在机架上；

所述位置采集系统包括导航系统和显示器，所述导航系统和显示器分别与控制单元相应的连接端电连接；

使用时，将所述机架与X光机的手术床刚性连接，确保本发明在使用过程中不会出现移动，患者趴在X光机的手术床上，所述控制单元预先存储该患者拍摄的CT照片，手术器械安装在操作机构的连接杆的另一端，所述预定位机构的驱动件控制传动件传动使得定位块位于患者上方合适的高度，所述位置采集系统的导航系统采集患者的脊椎位置信息并将采集到的内容送至控制单元，所述控制单元根据采集到的内容结合患者的CT照片，确定患者脊椎的手术位置，并在显示器上显示，然后所述控制单元输出相应的控制指令控制伸缩杆驱动系统驱动伸缩杆进行精定位，医生根据显示器显示进行手术。本发明特别适合于脊椎微创手术（也适用于其它微创手术辅助精确定位），初始定位与精确定位的结合，大大提高了定位效率，并有利于手术中安全避让患者健康组织。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明的预定位机构的立体结构示意图；

图3是本发明的精定位机构的立体结构示意图；

图4是图3的另一方向视图；

图5是本发明的操作机构的立体结构示意图；

图6是本发明的手术床锁紧机构的立体结构示意图；

图7是本发明的使用状态立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种脊椎微创机器人，包括机架1、预定位机构2、精定位机构3、操作机构4、位置采集系统5和控制单元7，所述预定位机构2、精定位机构3、操作机构4和位置采集系统5均设在机架1上；

所述预定位机构2包括驱动件21、传动件221和定位块222，所述驱动件21与传动件221传动连接，且定位块222与传动件221固定连接；

所述精定位机构3包括底盘31、顶盘32和伸缩杆组件33，所述伸缩杆组件33包括伸缩杆驱动系统331和多个伸缩杆332，所述多个伸缩杆332均与伸缩杆驱动系统331连接，且多个伸缩杆332的两端均与底盘31和顶盘32转动连接，所述底盘31与定位块222固定连接，所述伸缩杆驱动系统331与控制单元7相应的连接端电连接；

所述操作机构4包括连接杆41，所述连接杆41的一端与顶盘32固定连接；

所述位置采集系统5包括导航系统和显示器53，所述导航系统和显示器53分别与控制单元7相应的连接端电连接。

如图6所示，为了便于本发明使用时与手术床实现刚性连接，防止出现移动的情况，所述机架1上还设有手术床锁紧机构6包括滑轨61、滑座62、第二气弹簧组件63、第二气弹簧释放系统64、按钮65、第二电磁铁66和夹持固定座67，所述滑轨61和按钮65均与机架1固定连接，且滑座62与滑轨61滑动连接，所述第二气弹簧组件63的一端与滑座62铰接连接并与第二气弹簧释放系统64的一端固定连接，第二气弹簧组件63的另一端与夹持固定座67铰接连接，所述第二气弹簧释放系统64的另一端与第二电磁铁66固定连接；所述按钮65和第二电磁铁66分别与控制单元7相应的连接端电连接。当然，本发明所述手术床锁紧机构并不局限于此，也可以采用其它结构，例如，所述手术床锁紧机构包括连接杆和U型固定座，所述连接杆的一端与机架1铰接连接，另一端与U型固定座转动连接，所述U型固定座上设有紧固螺钉。

如图1所示，为了使得本发明结构更加合理、紧凑，以及便于组装，所述机架1具有预定位机构支架11，所述预定位机构2安装在机架1的预定位机构支架11上。

如图2所示，为了能够实现直线移动，所述预定位机构2还包括基座223，且传动件221为丝杆，驱动件21为电机；所述基座223安装在预定位机构支架11上，所述丝杆的一端与电机的输出轴传动连接，另一端与基座223转动连接，定位块222通过丝杆与基座223滑动配合。所述基座223、丝杆和定位块构成的直线模组，也可以选择市售品，所述用来驱动丝杆运行的驱动件也可以是手柄，通过旋转手柄实现丝杆转动。

当然，上述所述预定位机构2的结构并不局限于此，也可以选用其它结构，例如，所述预定位机构2还包括设在预定位机构支架11上的主动轮和从动轮，所述驱动件21为电机，传动件221为同步带；所述电机的输出轴上装有主动轮，且主动轮通过同步带与从动轮传动连接，所述定位块222设在同步带上。当然，所述驱动件21也可以是手柄。

如图3、4所示，所述精定位机构3还包括第一电磁铁34，且伸缩杆组件33的伸缩杆驱动系统331为第一气弹簧释放系统，伸缩杆332为第一气弹簧，所述多个第一气弹簧均与第一气弹簧释放系统连接，且多个第一气弹簧的两端均通过相应的球轴承与底盘31和顶盘32转动连接，所述第一电磁铁34与第一气弹簧释放系统连接，且第一电磁铁34与控制单元7相应的连接端电连接；所述操作机构4还包括操作按钮43，且操作按钮43安装在连接杆41上并与控制单元7相应的连接端电连接。使用时，医生手持连接杆42另一端的手术器械，并按下操作按钮43，此时，所述第一电磁铁34输出开关信号至控制单元7，并由控制单元7输出相应的控制信号控制气弹簧释放系统驱动气弹簧动作，实现对手术器械进行精准定位，当医生释放操作按钮43，此时，手术器械位于患者手术位置上方，而且在此过程中手术器械不会发生移位的情况。

如图4所示，为了便于安装电磁铁，所述精定位机构3还包括电磁铁安装座342，所述第一电磁铁34通过电磁铁安装座342与定位块连接。

如图5所示，为了便于固定以及更换不同类型的手术器械，所述操作机构4还包括医疗器械夹持件42，所述医疗器械夹持件42与连接杆41的另一端可拆卸连接；所述连接杆41的一端具有连接头411，所述连接杆41的连接头411与顶盘32固定连接。

如图1所示，为了便于采集患者的脊椎位置信息，所述位置采集系统5的导航系统包括导航仪51、定位器52和用来设在人体上的人体定位器54，所述导航仪51设在机架1上，定位器52固定在连接杆41上，且导航仪51接收定位器52和人体定位器54发出的定位信号，且导航仪51与控制单元7相应的连接端电连接。使用时，将所述人体定位器54安放在患者脊椎的尾部，作为采集患者手术位置信息的原点，为了更加精准获得患者的手术位置信息，所述控制单元7采集定位器52相对人体定位器54的位置信息。

如图1所示，为了便于安装位置采集系统，所述机架1具有位置采集系统支架12，所述位置采集系统支架12包括固定基座121和连接臂122，所述连接臂122的一端与固定基座121铰接连接，所述导航仪51与连接臂122的另一端转动连接，且导航仪51位于精定位机构3的上方。

所述控制单元包括电连接的微处理器和电机驱动器，且电机与电机驱动器电连接，所述电磁铁、按钮、气弹簧释放系统和导航仪分别与微处理器相应的连接端电连接。

本发明的工作过程：将所述机架与X光机的手术床刚性连接，确保本发明在使用过程中不会出现移动，患者趴在X光机的手术床上，所述控制单元预先存储该患者拍摄的CT照片，手术器械安装在操作机构的连接杆的另一端，所述预定位机构的驱动件控制传动件传动使得定位块位于患者上方适合操作的高度，所述位置采集系统的导航系统采集患者的脊椎位置信息并将采集到的内容送至控制单元，所述控制单元根据采集到的内容结合患者的CT照片，确定患者脊椎的手术位置，并在显示器上显示，然后所述控制单元输出相应的控制指令控制伸缩杆驱动系统驱动伸缩杆进行精定位，医生根据显示器显示进行手术。本发明特别适合于脊椎微创手术（也适用于其它微创手术辅助精确定位），初始定位与精确定位的结合，大大提高了定位效率，并有利于手术中安全避让患者健康组织。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种脊椎微创机器人，其特征在于：包括机架（1）、预定位机构（2）、精定位机构（3）、操作机构（4）、位置采集系统（5）和控制单元（7），所述预定位机构（2）、精定位机构（3）、操作机构（4）和位置采集系统（5）均设在机架（1）上，所述机架（1）上还设有手术床锁紧机构（6）；

所述预定位机构（2）包括驱动件（21）、传动件（221）和定位块（222），所述驱动件（21）与传动件（221）传动连接，且定位块（222）与传动件（221）固定连接；

所述精定位机构（3）包括底盘（31）、顶盘（32）和伸缩杆组件（33），所述伸缩杆组件（33）包括伸缩杆驱动系统（331）和多个伸缩杆（332），所述多个伸缩杆（332）均与伸缩杆驱动系统（331）连接，且多个伸缩杆（332）的两端均与底盘（31）和顶盘（32）转动连接，所述底盘（31）与定位块（222）固定连接，所述伸缩杆驱动系统（331）与控制单元（7）相应的连接端电连接；

所述操作机构（4）包括连接杆（41）和医疗器械夹持件（42），所述连接杆（41）的一端与顶盘（32）固定连接，所述医疗器械夹持件（42）与连接杆（41）的另一端可拆卸连接；

所述位置采集系统（5）包括导航系统和显示器（53），所述导航系统和显示器（53）分别与控制单元（7）相应的连接端电连接；

所述导航系统包括导航仪（51）、定位器（52）和用来设在人体上的人体定位器（54），所述导航仪（51）设在机架（1）上，定位器（52）固定在连接杆（41）上，且导航仪（51）接收定位器（52）和人体定位器（54）发出的定位信号，且导航仪（51）与控制单元（7）相应的连接端电连接。

2.根据权利要求1所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述手术床锁紧机构（6）包括滑轨（61）、滑座（62）、第二气弹簧组件（63）、第二气弹簧释放系统（64）、按钮（65）、第二电磁铁（66）和夹持固定座（67），所述滑轨（61）和按钮（65）均与机架（1）固定连接，且滑座（62）与滑轨（61）滑动连接，所述第二气弹簧组件（63）的一端与滑座（62）铰接连接并与第二气弹簧释放系统（64）的一端固定连接，第二气弹簧组件（63）的另一端与夹持固定座（67）铰接连接，所述第二气弹簧释放系统（64）的另一端与第二电磁铁（66）固定连接；所述按钮（65）和第二电磁铁（66）分别与控制单元（7）相应的连接端电连接。

3.根据权利要求1所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述机架（1）具有预定位机构支架（11），所述预定位机构（2）安装在机架（1）的预定位机构支架（11）上。

4.根据权利要求3所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述预定位机构（2）还包括基座（223），且传动件（221）为丝杆，驱动件（21）为电机；所述基座（223）安装在预定位机构支架（11）上，所述丝杆的一端与电机的输出轴传动连接，另一端与基座（223）转动连接，定位块（222）通过丝杆与基座（223）滑动配合。

5.根据权利要求3所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述预定位机构（2）还包括设在预定位机构支架（11）上的主动轮和从动轮，所述驱动件（21）为电机，传动件（221）为同步带；所述电机的输出轴上装有主动轮，且主动轮通过同步带与从动轮传动连接，所述定位块（222）设在同步带上。

6.根据权利要求1所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述精定位机构（3）还包括第一电磁铁（34），且伸缩杆组件（33）的伸缩杆驱动系统（331）为第一气弹簧释放系统，伸缩杆（332）为第一气弹簧，所述多个第一气弹簧均与第一气弹簧释放系统连接，且多个第一气弹簧的两端分别通过相应的球轴承与底盘（31）和顶盘（32）转动连接，所述第一电磁铁（34）与第一气弹簧释放系统连接，且第一电磁铁（34）与控制单元（7）相应的连接端电连接；所述操作机构（4）还包括操作按钮（43），且操作按钮（43）安装在连接杆（41）上并与控制单元（7）相应的连接端电连接。

7.根据权利要求1所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述连接杆（41）的一端具有连接头（411），所述连接杆（41）的连接头（411）与顶盘（32）固定连接。

8.根据权利要求1所述的脊椎微创机器人，其特征在于：所述机架（1）具有位置采集系统支架（12），所述位置采集系统支架（12）包括固定基座（121）和连接臂（122），所述连接臂（122）的一端与固定基座（121）铰接连接，所述导航仪（51）与连接臂（122）的另一端转动连接，且导航仪（51）位于精定位机构（3）的上方。