CN110638500A - 一种夹持机构及脊柱椎板磨削手术装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于医疗器械技术领域，提供了一种夹持机构及脊柱椎板磨削手术装置，所述夹持机构包括第一构件，呈内中空结构；第二构件，活动套设于所述第一构件内，且用于夹持骨刀；以及弹性件，套设于所述第一构件与第二构件之间，且一端抵接于所述第一构件的端部，另一端抵接于所述第二构件的端部。本发明通过设计一种夹持机构，该夹持机构包括第一构件、第二构件和弹性件，当骨刀末端与骨组织接触，并随患者呼吸运动上下浮动时，会带动第二构件在第一构件内上下运动，进而挤压或释放弹性件，此时，由于弹性件的存在，使得骨刀与第一构件之间的连接为柔性连接，避免了骨刀末端接触力的突变，为实现骨刀末端接触力的恒定控制奠定了基础。

Description

一种夹持机构及脊柱椎板磨削手术装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种夹持机构及脊柱椎板磨削手术装置。

背景技术

传统脊柱椎板磨削手术，由于手术部位特殊，其对医生的能力要求非常高。手术的质量很大程度上就依赖于医生的临床经验和感觉。而手术操作是否科学正确，也缺少科学规范的判断依据。这就会大大增加手术的风险和病人的损伤。除此之外，在手术进行过程中，病人和医生需要长时间地接触各种放射性比较强的医疗影像设备，会受到较大剂量的辐射，会对病人和医生的健康造成一定地影响，也会增加感染的风险。与此同时，长时间地高度集中精力的手术操作，会使医生感到疲劳，从而影响医生对手术操作的判断和手术精度，造成严重后果。

随着医疗技术的发展，外科对手术精准度及安全性的要求逐渐提高，在加强外科医师手术技能的同时，新型医疗手术器械以其独到的优势，逐步获得手术医师的青睐，传统骨外科手术使用的手动和电动器械，在进行脊柱手术时，损伤血管和神经等重要软组织的风险较大，手术的成功与否完全由医生自身的技术决定，这是由于器械本身的特性造成的。随着超声骨刀的快速发展使用，这一问题得到了解决，超声骨刀作为一种新型、高效的手术器械，因其具有组织选择性、良好的止血性能、对周围血管神经组织损伤小以及低产热、易操作等优势，已在口腔科、耳鼻喉科、神经外科、整形美容外科等领域获得广泛应用。近年来，超声骨刀正在逐步替代传统切骨器械，在脊柱外科领域得到一定范围的应用。然而超声骨刀对于接触力比较敏感，它会影响到切削效果，而现有的外科手术机器人系统中的夹持装置大多是刚性连接，对于接触力的保持效果较差，而人体在手术过程中的呼吸影响无法避免，在刚性机械夹持装置夹持下进行切削时，手术器械与骨组织之间的接触力容易发生突变。尤其是在脊柱椎板磨削手术当中，由于人自身呼吸运动和控制信号延迟的影响，会导致磨削过程中手术器械与椎板刚性接触，造成接触力突变，而这会导致切削效果不稳定，严重时会导致椎板穿透，损伤神经，造成严重后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种夹持机构，旨在解决目前的超声骨刀在夹持装置的夹持下进行切削时容易与骨组织之间容易发生接触力突变的技术问题。

本发明是这样实现的，一种夹持机构，包括：

第一构件，呈内中空结构；

第二构件，活动套设于所述第一构件内，且用于夹持骨刀；以及

弹性件，套设于所述第一构件与第二构件之间，且一端抵接于所述第一构件的端部，另一端抵接于所述第二构件的端部。

在本发明的一个实施例中，所述第一构件包括第一水平部，以及与所述第一水平部连接的第一竖直部，所述第一水平部内开设有第一贯穿孔，所述第一竖直部内开设有与所述第一贯穿孔同轴设置且相互连通的第二贯穿孔，所述第一贯穿孔的横截面尺寸小于所述第二贯穿孔的横截面尺寸，以使所述弹性件的一端抵接于所述第一水平部的端面上，所述第一竖直部远离所述第一水平部的一端沿所述第二贯穿孔的周向设置有限位部。

在本发明的一个实施例中，所述限位部为沿所述第一竖直部的圆周方向均匀分布的多个限位螺钉，每一所述限位螺钉垂直贯穿所述第一竖直部。

在本发明的一个实施例中，所述第二构件包括第二水平部和第二竖直部，所述第二水平部固定连接于所述第二竖直部远离所述第一水平部的一端外，所述弹性件远离所述第一水平部的一端抵接于所述第二水平部的端面上，所述第二竖直部内开设有第三贯穿孔，所述第二水平部内开设有与所述第三贯穿孔连通的第四贯穿孔，所述第三贯穿孔的横截面尺寸大于所述第四贯穿孔的横截面尺寸。

在本发明的一个实施例中，所述第二构件还包括固定连接于所述第二水平部远离所述第二竖直部的一侧的第一固定块，以及与所述第一固定块可拆卸连接的第二固定块，所述第一固定块与第二固定块围合形成第五贯穿孔。

在本发明的一个实施例中，所述第二竖直部的外壁上沿其轴向设置有多个定位凸起，所述第一贯穿孔的周向设置有多个与所述定位凸起匹配的定位凹槽。

在本发明的一个实施例中，所述第四贯穿孔的横截面包括与所述骨刀适配的第一圆弧，以及与所述第一圆弧相对设置的第二圆弧，所述第二圆弧所在圆的半径大于所述第一圆弧所在圆的半径。

在本发明的一个实施例中，所述夹持机构还包括：

支撑环，与所述第一构件固定连接；

力传感器，连接于所述支撑环远离所述第一构件的一侧；以及

连接板，连接于所述力传感器远离所述支撑环的一侧。

在本发明的一个实施例中，所述支撑环包括第三水平部和第三竖直部，所述第三水平部套设于所述第一竖直部外且与所述第一水平部固定连接，所述第三竖直部紧贴所述第一竖直部的外壁设置。

本发明的另一目的在于提供一种脊柱椎板磨削手术装置，其包括：

机械臂；

夹持机构，连接于所述机械臂的末端，所述夹持机构为如上任一实施例所述的夹持机构；以及

控制器，分别与所述机械臂和夹持机构电性连接。

实施本发明的一种夹持机构，具有以下有益效果：其通过设计一种夹持机构，该夹持机构包括呈内中空结构的第一构件，活动套接于第一构件内且用于夹持骨刀的第二构件，以及套设于第一构件与第二构件之间且一端抵接于第一构件的端部、另一端抵接于第二构件的端部的弹性件，当骨刀末端与骨组织接触，并随患者呼吸运动上下浮动时，会带动第二构件在第一构件内上下运动，进而挤压或释放弹性件，此时，由于弹性件的存在，使得骨刀与第一构件之间的连接为柔性连接，避免了骨刀末端接触力的突变，为实现骨刀末端接触力的恒定控制奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的夹持机构夹持骨刀的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的夹持机构夹持骨刀的侧视图；

图3是本发明实施例提供的夹持机构夹持骨刀的剖视图；

图4是本发明实施例提供的第一构件的立体结构示意图一；

图5是本发明实施例提供的第一构件的立体结构示意图二；

图6是本发明实施例提供的第二构件的部分立体结构示意图一；

图7是本发明实施例提供的第二构件的部分立体结构示意图二；

图8是本发明实施例提供的第二构件的部分立体结构示意图三；

图9是本发明实施例提供的支撑环的立体结构示意图；

图10是本发明实施例提供的脊柱椎板磨削手术装置的立体结构示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

10-夹持机构；11-第一构件；111-第一水平部；1111-第一贯穿孔；1112-定位凹槽；112-第一竖直部；1121-第二贯穿孔；113-限位螺钉；12-第二构件；121-第二竖直部；1211-第三贯穿孔；1212-定位凸起；122-第二水平部；1221-第四贯穿孔；1222-第一圆弧；1223-第二圆弧；123-第一固定块；124-第二固定块；13-弹性件；14-支撑环；141-第三水平部；142-第三竖直部；15-力传感器；16-连接板；20-骨刀；30-机械臂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

目前，外科手术机器人末端的手术器械夹持装置多为刚性连接，使用关节处的力学传感器进行力调节，然而该种方法对于力的控制不稳定，在手术过程中，小幅度的呼吸运动就会产生手术器械与骨组织之间接触力的突变，而接触力对外科手术器械超声骨刀的切削效果影响很大，现有的夹持装置不利于超声骨刀的推广和使用。为了解决术中手术器械与骨组织之间接触力容易突变这一缺点，本发明设计了一种夹持机构，将刚性连接改为柔性连接，使得手术器械能在病人呼吸作用的影响下依然保持与骨组织良好的接触力，从而保证切削效果，便于超声骨刀的推广和使用。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请一并参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种夹持机构10，该夹持机构10包括第一构件11、第二构件12和弹性件13。其中，第一构件11呈内中空结构，第二构件12活动套设于第一构件11内，第二构件12也呈内中空结构，并且用于夹持骨刀20，弹性件13套设于第一构件11与第二构件12之间，且弹性件13的一端抵接于第一构件11的端部，弹性件13的另一端抵接于第二构件12的端部。具体地，第一构件11与第二构件12围合形成用于容置弹性件13的容置空间；第二构件12的一端的外壁抵接于第一构件11的内壁上，并可沿着第一构件11的内壁上下移动，进而改变容置空间的高度，从而改变弹性件13的变形量。

本发明新型实施例通过设计一种夹持机构10，该夹持机构10包括呈内中空结构的第一构件11，活动套接于第一构件11内且用于夹持骨刀20的第二构件12，以及套设于第一构件11与第二构件12之间且一端抵接于第一构件11的端部、另一端抵接于第二构件12的端部的弹性件13，当骨刀20末端与骨组织接触，并随患者呼吸运动上下浮动时，会带动第二构件12在第一构件11内上下运动，进而挤压或释放弹性件13，此时，由于弹性件13的存在，使得骨刀20与第一构件11之间的连接为柔性连接，避免了骨刀20末端接触力的突变，为实现骨刀20末端接触力的恒定控制奠定了基础。

在具体应用中，弹性件13可以是橡胶件或者弹簧，优选为弹簧，该弹簧套设于第二构件12外，并位于上述容置空间内。骨刀20优选为超声骨刀，超声骨刀的使用降低了手术中的医源损伤概率。另外，第一构件11与第二构件12同轴设置。

在本发明的一个实施例中，请一并结合图4和图5，第一构件11包括第一水平部111和第一竖直部112。其中，第一竖直部112与第一水平部111固定连接，优选为一体成型，以便于简化结构并节约成本。在第一水平部111内开设有第一贯穿孔1111，该第一贯穿孔1111沿第一水平部111的厚度方向贯穿设置。在第一竖直部112内开设有第二贯穿孔1121，该第二贯穿孔1121沿第一竖直部112的轴向贯穿设置，该第二贯穿孔1121与第一贯穿孔1111同轴设置且相互连通，以便于装配第二构件12。在本实施例中，第一贯穿孔1111的横截面尺寸小于第二贯穿孔1121的横截面尺寸，以使弹性件13的一端抵接于第一水平部111与第一竖直部112连接的一端的端面上。优选地，第一水平部111呈圆盘状，第一竖直部112呈柱状，第一贯穿孔1111和第二贯穿孔1121均为圆孔，第一贯穿孔1111的直径小于第二贯穿孔1121的尺直径。另外，在第一竖直部112远离第一水平部111的一端沿第二贯穿孔1121的周向设置有限位部，该限位部用于限制第二构件12沿其轴向的位移，进而限制弹性件13远离第一水平部111的一端的位移。

在本发明的一个实施例中，限位部为沿第一竖直部112的圆周方向均匀布置的多个限位螺钉113，其中，每一限位螺钉113垂直贯穿第一竖直部112。此时，在第一竖直部112远离第一水平部111的一端沿周向开设有多个螺纹孔，每一限位螺钉113与对应的螺纹孔配合连接，并部分穿过螺纹孔，以限制第二构件12沿其轴向向下的位移。在本实施例中，设置限位螺钉113便于拆装，进而便于将第二构件12装配于第一构件11内。在实际装配过程中，将第二构件12由第一竖直部112远离第一水平部111的一端插入第二贯穿孔1121内，并进一步插入第一贯穿孔1111，进而将第二构件12装入第一构件11内，然后再装上限位螺钉113。

在本发明的一个实施例中，请一并结合图6至图8，第二构件12包括第二水平部122和第二竖直部121。其中，第二竖直部121与第二水平部122固定连接，优选为一体成型，以便于简化结构并节约成本。并且，第二水平部122固定连接于第二竖直部121远离第一水平部111的一端外，此时，弹性件13远离第一水平部111的一端抵接于第二水平部122的一端的端面上，第二水平部122的外侧壁抵接于第一竖直部112的内侧壁上并可在第一竖直部112的内侧壁上上下移动。在第二竖直部121内开设有第三贯穿孔1211，该第三贯穿孔1211沿第二竖直部121的轴向贯穿设置。在第二水平部122内开设有第四贯穿孔1221，该第四贯穿孔1221沿第二水平部122的厚度方向贯穿设置，且与第三贯穿孔1211连通。在本实施例中，第三贯穿孔1211的横截面尺寸大于第四贯穿孔1221的横截面尺寸，以便于适应骨刀20的外形。

在本发明的一个实施例中，请一并结合图1和图3，第二构件12还包括第一固定块123和第二固定块124。其中，第一固定块123固定连接于第二水平部122远离第二竖直部121的一侧，优选为与第二水平部122一体成型，以便于简化结构并节约成本。第二固定块124与第一固定块123可拆卸连接，以便于安装并紧固骨刀20；并且，第二固定块124与第一固定块123围合形成第五贯穿孔，此时，第三贯穿孔1211、第四贯穿孔1221和第五贯穿孔依次连通，骨刀20的末端依次穿过第三贯穿孔1211、第四贯穿孔1221和第五贯穿孔后与骨组织接触。在具体应用中，第一固定块123和第二固定块124的横截面均呈半圆形，分别在第一固定块123和第二固定块124上开设有螺纹孔，螺钉的一端穿过第一固定块123后固定于第二固定块124上，进而将骨刀20夹紧于第一固定块123与第二固定块124之间。

在本发明的一个实施例中，请一并结合图4和图6，为了便于装配第一构件11和第二构件12，并防止第二构件12相对第一构件11沿圆周方向的转动，在第二竖直部121的外壁上设置有多个定位凸起1212，该定位凸起1212沿第二竖直部121的轴向设置；相应地，在第一贯穿孔1111的周向设置有多个定位凹槽1112，该定位凹槽1112与第一贯穿孔1111连通，且与定位凸起1212匹配。在本实施例中，定位凸起1212与定位凹槽1112的配合使得在装配过程中可以为第二构件12进行导向并定位。优选地，定位凸起1212和定位凹槽1112的横截面均呈弧形。在具体应用中，定位凸起1212与定位凹槽1112的个数可根据实际情况进行选择，只需满足两者一一对应即可。

在本发明的一个实施例中，请结合图8，第四贯穿孔1221的横截面包括与骨刀20对应部位适配的第一圆弧1222，以及与第一圆弧1222相对设置的第二圆弧1223。在本实施例中，第二圆弧1223所在圆的半径大于第一圆弧1222所在圆的半径，以便于微调骨刀20末端的倾斜角度。优选地，第二圆弧1223对应的圆心角大于等于180度，第一圆弧1222对应的圆心角小于等于180度。

在本发明的一个实施例中，请一并结合图1至3，为了使得骨刀20末端与骨组织之间的接触力保持恒定，以优化切除效果，夹持机构10还包括支撑环14、力传感器15和连接板16。其中，支撑环14与第一构件11固定连接，力传感器15连接于支撑环14远离第一构件11的一侧，连接板16连接于力传感器15远离支撑环14的一侧，该连接板16用于与机械臂30连接。在本实施例中，力传感器15、支撑环14和第一构件11固定连接在一起，通过力传感器15获取骨刀20末端与骨组织接触力的变化。例如，当骨刀20末端与骨组织接触，并随患者呼吸上下浮动时，弹性件13将位移信息转化为力信号传递给力传感器15，随后可通过控制器控制后端电机转动，带动整体夹持机构10上下移动，从而保证骨刀20与骨组织之间的接触力恒定。本实施例的夹持机构10结构简单，操作简便，能有效保证接触力的稳定，适用于多种应用超声骨刀的手术。

具体地，请结合图9，支撑环14包括第三水平部141和第三竖直部142。其中，第三水平部141呈环状，其套设于第一竖直部112外，并与第一水平部111固定连接，具体可通过紧固件固定连接于第一水平部111上，紧固件可以是螺钉等。第三竖直部142紧贴第一竖直部112的外壁设置，以防止第一构件11相对支撑环14发生径向移动，同时还便于装配力传感器15。优选地，第三竖直部142远离第一构件11的一侧表面为平面，第三竖直部142靠近第一构件11的一侧表面为与第一竖直部112的外表面适配的曲面。

请结合图10，基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种脊柱椎板磨削手术装置，其包括机械臂30、夹持机构10和控制器。其中，夹持机构10连接于机械臂30的末端，该夹持机构10为如上述任意一个实施例所述的夹持机构10；控制器分别与机械臂30和夹持机构10电性连接。

具体地，机械臂30为标准的UR机械臂，其具体结构在此不作详细说明；机械臂30的末端通过夹持机构10的连接板16和力传感器15与夹持机构10固定连接在一起；控制器分别与力传感器15和机械臂30电性连接，其用于接收力传感发送的信号并反馈给机械臂30，进而控制机械臂30动作。例如，当骨刀20末端与骨组织接触，并随患者呼吸运动上下移动时，弹性件13被压缩或释放，弹性件13将位移信息转化为力信号传递给力传感器15，力传感器15将接收到的信号反馈给控制器，控制器控制机械臂30各关节电机带动夹持机构10上下移动，从而通过改变弹性件13的变形长度来控制骨刀20与骨组织之间的接触力，进而能够保持骨刀20与骨组织接触力的恒定。

综上所述，本发明实施例通过采用弹性件13连接来解决刚性连接容易产生接触力突变的技术问题，并通过力传感器15控制来实现接触力恒定，其可针对医疗手术器械超声骨刀20的手术设备，使得骨刀20与骨组织之间的接触力变化幅度小，并且可以实现实时控制接触力的技术。夹持机构10采用串联结构，通过弹性件13连接将刚性接触转化为柔性接触，消除了接触力因为微小位移的改变而产生突变的问题。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种夹持机构，其特征在于，包括：

第一构件，呈内中空结构；

第二构件，活动套设于所述第一构件内，且用于夹持骨刀；以及

弹性件，套设于所述第一构件与第二构件之间，且一端抵接于所述第一构件的端部，另一端抵接于所述第二构件的端部。

2.如权利要求1所述的夹持机构，其特征在于，所述第一构件包括第一水平部，以及与所述第一水平部连接的第一竖直部，所述第一水平部内开设有第一贯穿孔，所述第一竖直部内开设有与所述第一贯穿孔同轴设置且相互连通的第二贯穿孔，所述第一贯穿孔的横截面尺寸小于所述第二贯穿孔的横截面尺寸，以使所述弹性件的一端抵接于所述第一水平部的端面上，所述第一竖直部远离所述第一水平部的一端沿所述第二贯穿孔的周向设置有限位部。

3.如权利要求2所述的夹持机构，其特征在于，所述限位部为沿所述第一竖直部的圆周方向均匀分布的多个限位螺钉，每一所述限位螺钉垂直贯穿所述第一竖直部。

4.如权利要求2所述的夹持机构，其特征在于，所述第二构件包括第二水平部和第二竖直部，所述第二水平部固定连接于所述第二竖直部远离所述第一水平部的一端外，所述弹性件远离所述第一水平部的一端抵接于所述第二水平部的端面上，所述第二竖直部内开设有第三贯穿孔，所述第二水平部内开设有与所述第三贯穿孔连通的第四贯穿孔，所述第三贯穿孔的横截面尺寸大于所述第四贯穿孔的横截面尺寸。

5.如权利要求4所述的夹持机构，其特征在于，所述第二构件还包括固定连接于所述第二水平部远离所述第二竖直部的一侧的第一固定块，以及与所述第一固定块可拆卸连接的第二固定块，所述第一固定块与第二固定块围合形成第五贯穿孔。

6.如权利要求4所述的夹持机构，其特征在于，所述第二竖直部的外壁上沿其轴向设置有多个定位凸起，所述第一贯穿孔的周向设置有多个与所述定位凸起匹配的定位凹槽。

7.如权利要求4所述的夹持机构，其特征在于，所述第四贯穿孔的横截面包括与所述骨刀适配的第一圆弧，以及与所述第一圆弧相对设置的第二圆弧，所述第二圆弧所在圆的半径大于所述第一圆弧所在圆的半径。

8.如权利要求2至7任一项所述的夹持机构，其特征在于，所述夹持机构还包括：

支撑环，与所述第一构件固定连接；

力传感器，连接于所述支撑环远离所述第一构件的一侧；以及

连接板，连接于所述力传感器远离所述支撑环的一侧。

9.如权利要求8所述的夹持机构，其特征在于，所述支撑环包括第三水平部和第三竖直部，所述第三水平部套设于所述第一竖直部外且与所述第一水平部固定连接，所述第三竖直部紧贴所述第一竖直部的外壁设置。

10.一种脊柱椎板磨削手术装置，其特征在于，包括：

机械臂；

夹持机构，连接于所述机械臂的末端，所述夹持机构为如权利要求1至9任一项所述的夹持机构；以及

控制器，分别与所述机械臂和夹持机构电性连接。

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