CN110893127A - 动物股骨外科手术定位固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动物股骨外科手术定位固定装置，包括股骨定位固定台，股骨定位固定台设有用于夹持动物股骨干的持骨钳、用于固定持骨钳颈项的股骨定位固定面板、和用于固定持骨钳手柄的固定仓；股骨定位固定台用于限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置并固定，形成了股骨手术三维标准位象的手术操作平台。本发明可保证实施股骨骨折、节段性骨缺损、牵张成骨等实验模型的股骨外固定手术标准化，使股骨模型手术技术具有可重复性和数据可靠性。本发明辅以立体三维数字化固定架作为外部固定架，并联动同步激光标示导航单元，给手术操作者提供了其所需要的手术大环境适宜体位并实现准确定位，同时也给手术机器人操作系统提供了所需要的基础环境。

Description

动物股骨外科手术定位固定装置

技术领域

本发明涉及一种医学实验动物模型专用手术器械，具体是为建立实验动物股骨骨折、节段性骨缺损及牵张成骨等模型，实施骨科外固定手术技术，发明的一种动物股骨外科手术激光导航定位固定装置，以实现实验室动物手术标准化和可重复，为股骨外固定的骨固定针经皮穿刺锚定、股骨骨折或节段性骨缺损等定点数字化手术提供可靠保证。

背景技术

目前国际上实验室小动物股骨实验模型外固定技术一直是众多实验室可望不可及的一个技术难题。由于常规手术器械和一般实验室技术背景难以实施标准规范可重复性的小动物骨骼外固定手术，致使世界范围内众多实验室还不能统一标准应用人源化转基因小鼠体内方法学深入进行骨创伤修复和骨再生及骨生物材料的基础科学的研究。实验室小动物骨骼手术的标准化操作是世界范围内阻碍实验室开展小动物实验模型研究的瓶颈。

实验室小动物骨骼手术专用器械的研发，是一个门类稀缺而又有生命科学研究领域需求的事业，国际上已经有瑞士、德国和美国几家研发部门尝试开发，也做出了系列产品。但这些小动物骨骼手术专用器械的研发存在明显的问题，他们器械及配件和实际手术操作的可行性脱节，没有考量实验室真正做手术人群的专业技术背景，研发出来的产品不易实际应用。因此，目前始终没有开发出具有突破性的实验室小动物骨骼手术实用的理想产品。

以目前可用的小动物股骨骨缺损外固定模型为例，因为产品设计和应用产品的手术工作人员应用技术环节的脱节，使用器件的繁杂和难于掌控的操作程序，实际上一般实验室专业人员无法正常实施及完成实验室小动物标准手术。究其主要原因，此类产品均是以标准件螺钉和标准件螺母板为结构配接成骨缺损外固定支架，它们使用的要求是，需要先在被固定的骨头上电钻打孔，其钻孔及拧进孔的标准螺钉必须与骨骼长骨管三维立体轴向绝对标准垂直或平行，且长骨管螺钉钻孔间距及角度与标准件螺母板间距及角度绝对丝毫不差，做到这些才能保证锚定骨头的螺钉端头螺纹丝口咬合于标准固定件螺母板，也就是说整个手术固定技术要求钻的骨孔、拧入的螺钉、和连接的螺母板不能有丝毫的误差才能组合成稳定的外固定支架。但问题是，以这样的操作程序装配一只座钟不难，因为钟表的机械框架可以在固定稳定条件下，并且每个螺钉的孔间距及三维垂直角度也是机器加工出来的标准件，但小鼠的骨头是没有垂直水平方圆规则，特别是手术操作中在没有稳定固定小鼠骨头措施的情况下，以上的操作就很难实施了。

随着生物学性状限定的基因工程动物的建立及模拟人类疾患的重要临床前动物医学模型技术的进步，人类应用人源化转基因动物模型进行“针对性”骨生物工程研究和临床骨修复医学研究有着越来越重要的意义。然而人源化转基因骨研究动物模型目前仅限于小鼠。因为小鼠骨骼太小，加之缺乏可靠的实施实验室小动物骨骼手术专用固定器械，模拟临床的应力骨骨折或节段性骨缺损及牵张成骨等模型的骨固定技术手术不易操作成功；多年来众多实验室均难于拿出转基因小鼠长管骨固定模型标准化和重复性的实验结果。

骨折和骨缺损的骨外固定技术广泛用于整形外科及骨创伤修复手术中。然而，转基因小鼠体积过小，小鼠骨骼外固定材料不足和缺乏适用于小鼠细小骨骼手术操作中的能够稳定骨骼的手术固定支持环境，使得进行小鼠股骨外固定手术难度极高，这直接导致了鲜有研究人员能够成功使用骨外固定技术完成小鼠股骨骨折和节段性骨缺损模型的外固定手术，限制了医学研究使用人源化转基因小鼠股骨模型实施骨研究的能力。

突破常规实施小鼠股骨骨折及骨缺损模型外固定技术是对医学科研的一个重大技术挑战。虽经不懈的努力，一种新颖的超细径套管式骨固定针发明问世，实现了针对小动物细小骨骼电动驱动经皮穿刺骨固定针的可能，但是，小鼠股骨尺寸极小，手术操作空间有限，且麻醉后的小鼠机体瘫软，皮毛软组织下的骨骼解剖界定难分，仍限制了骨固定针经皮穿刺锚针操作的可能。实践表明，在不开皮的情况下实施定位穿针或准确手术操作，在没有标准三维手术固定系统装置，仅靠手术助手徒手或手持持骨钳稳定手术骨骼等，是很难实现电动经皮进针穿骨操作的。

所以，使用经皮钻骨锚针技术建立骨外固定手术模型，重中之重是对小鼠手术肢体进行手术立体定位固定。如果能开发一个针对小鼠骨骼的三维立体标准定位的手术固定系统，就可能大大增加实验室小动物骨骼手术的可操作性。也只有这样，才可能实现实验动物骨外科手术模型的标准化和可重复性；也只有手术时小动物骨骼的标准体位三维稳定固定，也才可能引入激光标示导航、解剖显微镜、手术机器人、数控机械臂3D手术操作等现代技术的应用。也应该说，一个手术立体三维的定位固定装置，也是引入现代数字化手术技术实际应用的基础。

本发明的动物股骨外科手术定位固定装置，其核心理念就是开发建立一个立体三维的动物股骨定位固定装置，重点解决小动物股骨手术实施上的可操作性，把实验室动物手术要求的标准化、重复性、可靠性落实在可控实施手术的技术程序上，而最终实际反映在动物实验模型的手术结果上。

本发明动物股骨外科手术定位固定装置解决了实验室小动物股骨手术操作无法固定的技术难题。手术中稳定可靠的小鼠股骨定位固定，激光标记导航，明显提升了实验室小动物手术的可操作性及器械备件手术应用的可实施性；同时，在具体手术实施中，本装置保证了数字化实施操作标准，做到了定点穿刺锚针位置、限定骨折位置、切割骨缺损位置及牵张成骨尺寸大小等，真正实现了实验室小动物手术模型的标准化、重复性和可靠性。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种结构简单，方便实用，能够进行小鼠股骨骨外科手术的手术定位固定器械，可将实验小鼠难以实施的应力骨骨折、节段性骨缺损和牵张成骨等的股骨外固定手术技术，变为一般实验室技术人员可以驾驭开展的手术技术。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述动物股骨外科手术定位固定装置包括股骨定位固定台，所述股骨定位固定台设有用于夹持动物股骨干的持骨钳、用于固定持骨钳颈项的股骨定位固定面板、和用于固定持骨钳手柄的固定仓；股骨定位固定台用于限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置并固定，形成了股骨手术三维标准位象的手术操作平台。

本发明以股骨干解剖学中间位点定位固定动物股骨于股骨定位固定台三维中心点。股骨手术定位固定台限定手术中股骨实体对象的手术标准位置并固定，实现实验室动物股骨骨科手术的三维立体定点手术固定，从而保证实施股骨骨固定针穿刺锚针、骨折和节段性骨缺损实验模型的手术标准化、实验动物股骨模型手术技术的可重复性和数据可靠性。特别针对在实验室转基因小白鼠股骨外科手术操作中，存在着手术对象体型过小、手术视野及操作区域有限、麻醉后的动物机体瘫软、皮毛下软组织血管神经及骨骼难以定位等，本发明使用股骨定位固定台限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置，并将固定了动物股骨的股骨定位固定台作为手术操作的核心平台；具备有三维标准位象的手术小环境操作平台始终为一个不变的稳定环境，在手术大环境的维度发生变化情况下，手术操作者只需要以这个股骨定位固定台环境为标准参照，即可始终把控和矫正股骨手术操作的三维位象和角度。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定台与外部三维固定架连接；所述外部固定架为立体三维可调数字化固定架；立体三维可调固定架使股骨定位固定台具有数字可控的基于垂直和水平轴向的立体三维可变性。在一个具体实施例中，立体三维可调固定架由水平轴、垂直轴和连接水平轴与垂直轴的立体三维调控器组成，立体三维调控器设有垂直升降旋钮和水平移动旋钮。股骨定位固定台设于水平轴的一端。立体三维可调固定架使股骨定位固定台具备立体三维可调功能。通过立体三维可调固定架的三维移动及转角的调节，可随意改变手术操作的核心平台(固定了动物股骨的股骨定位固定台)的位置和角度，用于给手术操作者提供其所需要的手术大环境适宜体位或手术机器人定点定位操作小环境。

作为本发明的一种优选方案，所述动物股骨外科手术立体定位装置还包括同步激光标示导航单元，同步激光标示导航单元通过三维固定架与股骨定位固定台联动，可以发射激光标示线，以引导手术操作者在动物股骨准确的位置实施经皮穿刺，用于骨固定针经皮穿刺的三维定点定位标示导航。固定后的小动物股骨，肉眼无法辨认皮下股骨位置，经股骨定位固定台立体定位固定后的股骨，确定有标准的立体三维位置，此条件下引入激光标记导航技术，直接经皮标记引导电钻穿骨锚针，起到进针锚针的准确定位作用。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定台包括固定台甲板、手术动物仰卧托板、股骨定位固定面板、持骨钳和持骨钳手柄固定仓；手术动物仰卧托板和股骨定位固定面板设于固定台甲板一侧，持骨钳手柄固定仓设于固定台甲板另一侧；股骨定位固定面板上设有用于固定持骨钳颈项的嵌槽；持骨钳呈卧位，持骨钳的颈项固定于股骨定位固定面板的嵌槽内，持骨钳的手柄固定于持骨钳手柄固定仓。设有嵌槽的股骨定位固定面板和持骨钳手柄固定仓一起构成持骨钳定位固定单元。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定面板设有嵌槽扣盖。持骨钳颈项位于股骨定位固定面板的嵌槽内并由嵌槽扣盖扣紧锁定。

作为本发明的一种优选方案，在股骨定位固定面板上嵌槽的两侧设有骨固定针穿刺限位框。骨固定针穿刺限位框用于在用电动骨固定针穿刺股骨时，限定骨固定针的穿刺位置。

作为本发明的一种优选方案，所述持骨钳手柄固定仓由强有力的弹性仓壁组成；弹性仓壁之间的夹持力度能防止持骨钳手柄发生转动或移动。

作为本发明的一种优选方案，所述持骨钳为羊眼圈鸭嘴横纹齿持骨钳，钳嘴呈羊眼圈形、扁鸭嘴式，其内基底面有横纹齿。持骨钳由夹持部、弹性长柄和手柄组成，夹持部最前端设有呈羊眼圈形的扁鸭嘴式钳嘴，钳嘴内基底面设有横纹齿；羊眼圈扁嘴横纹齿保证夹持股骨干的垂直与平行。持骨钳钳嘴咬紧股骨干中心段，钳嘴颈项嵌顿于股骨定位固定面板上的嵌槽内，同时持骨钳手柄固定于持骨钳手柄固定仓内。

在一个具体实施例中，持骨钳为长柄分级弹性锁扣钳，通过长柄机械弹性及不同级别弹性，适度柔性咬合夹持直径不一的股骨干。

在一个具体实施例中，持骨钳根据钳嘴内径大小共设有1、2、3三型，以满足不同体型大小的动物股骨干咬合固定。例如，嘴径1适用于体重在15-25克之间的小鼠，嘴径2适用于体重在26-35克范围的小鼠，嘴径3适用于体重大于36克的成年小鼠。持骨钳咬合固定股骨干并固定股骨干于股骨定位固定台上；进一步地，持骨钳手柄上设有三级弹性咬紧齿扣，可选择性咬紧股骨干。

股骨干的中间段，属机体骨骼管状骨皮质骨最厚实部位，并且股骨的中间段为传统骨折或节段性骨缺损模型的常规认定的手术部位。持骨钳拟长柄止血钳弹性夹持的工作原理，将其扁鸭嘴尖改制成羊眼圈式的咬骨嘴，利用其所特有的长柄机械弹性夹持股骨骨干段；因为具有止血钳式的夹持弹性，即完全可以为追求夹持稳固而加大弹性咬紧力度，同时，至少具有2毫米宽度的扁鸭嘴基底面平行横纹齿及羊眼圈形钳嘴适形周圈均等咬合股骨干，故此处持骨钳咬合把持固定股骨，做到了位向平稳，固定牢固。

具有鸭嘴式羊眼圈型平行横纹齿的咬骨嘴(钳嘴)，再以持骨钳弹性长柄三级弹性咬紧齿扣，可以将股骨干与持骨钳牢牢固定成一体。咬合有股骨干的持骨钳作为第一固定锁紧单元，与设有嵌槽的股骨定位固定面板和持骨钳手柄固定仓，共同完成股骨手术标准的定位和固定。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定面板与垂直面呈30°左右夹角；咬合有股骨干的持骨钳横向垂直卧入嵌槽和持骨钳手柄固定仓，横向位钳嘴上仰，与固定台甲板约为15°左右仰角。固定面板倾角与持骨钳横位仰角的二角相交的股骨干径向偏角的固定位，可保证从股骨定位固定面板经皮穿刺骨固定针水平方向进针时，避免骨固定针刺伤股骨下坐骨神经及股动静脉血管丛。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定台通过三维固定架的水平轴与手术定位立体三维调控器连接。动物股骨定位固定台可作为一个手术操作的核心平台，可以任意地由立体三维可调固定架调整手术操作的核心平台的三维位置和角度，这样可以方便满足手术操作者的不同手术操作体位的要求，比如手术解剖显微镜下的操作等；同时可将固定有动物股骨的手术操作核心平台数字对应于手术机器人或数控机械臂等3D手术操作系统，即以数字化提供以股骨定位固定台为手术操作平台的垂直、水平及转角为基准的位置改变，根据对应的调控数据变化，提供手术机器人或数控机械臂等3D手术操作跟进改变三维位置和角度，以方便引入手术机器人或数控机械臂的3D手术精准操作。

本发明的动物股骨外科手术定位固定装置可以配备手控升降台一起使用，在股骨定位固定台手术小环境操作平台随着手术大环境升降变动后，手控升降台可以托举动物股骨定位固定台跟进升降变动。

本发明动物股骨外科手术定位固定装置具备三个方面的基本功能：1、实施手术时动物股骨固定平稳，定位定点；手术操作简单化，程序标准可重复；股骨固定上位便捷微创，手术完毕后很容易从固定装置上无伤害退下分离。2、对于经皮定点穿刺骨固定针、限位骨折和节段性骨缺损大小位置等手术操作起到标定限制作用，或可数字化定点制衡动物股骨的手术标准，对于锚定外固定针以及执行骨折、节段性骨缺损或牵张成骨范围均可标准量化。3、手术对象固定在三维定点标准位置的小环境平台，实现激光引导立体标识位象的定点手术操作；同时，股骨定位固定台(小环境平台)可由立体三维可调固定架做数字化垂直、水平及转角为基准的位置改变，允许固定有动物肢体的股骨定位固定台的手术平台顺应手术大环境三维位置需求，方便对接多元手术操作中数字化手术定位要求。

本发明至少具有以下有益效果：

1、实现了生命科学骨研究领域小动物股骨外固定模型的实际应用。原本小白鼠股骨的超小体积和手术定位的不确定性，在本发明固定装置的定位固定下，给出了一个标准化的、具有三维定位的、稳定固定了的股骨的手术环境，解除了多年来没有小动物肢体的良好手术固定、做不出可重复性的手术结果的困扰。同时，改变了即使已经有了系列的为小动物手术研制的精致手术器械(比如电动穿刺超细径骨固定针)，在动物肢体没有固定装置的情况下，仍是不能正常进行骨固定针经皮穿刺操作的历史。

2、保证实验动物模型实验数据的可靠性和可重复性。本发明动物股骨外科手术定位固定装置，使得手术操作者能够自如应对实验室小动物手术环境；只要以固定装置为手术核心环境，以局部股骨定位固定台的手术小环境，应对手术大环境，依据股骨定位固定台自成一体的三维标识系统，就能确定找到手术体三维立体空间的准确位置；即本装置可以在不开皮情况下，使超小的转基因小鼠股骨有一个标准的三维立体定位，从而保证手术的准确实施，做到动物模型实验数据的可靠和可重复。

3、满足数字化多元手术技术实施要求。在本装置固定下的动物股骨手术，因为具有独成一体的三维手术平台的定位定点保证，因此可以满足手术操作者不同的体位和不同视野要求下的手术精准操作，比如可以满足在手术显微镜下、手术机器人数控定位操作、或视频记录仪下的特殊环境的手术要求。实现了每组实验动物及组间实验动物的数字化标准控制，达到实验动物骨研究模型的数字化程序操作要求，确保了手术实施程序可控及手术标准统一。

4、符合可靠微创的实验动物手术稳定固定要求。应用手术卡尺，找出股骨的中间段，皮肤切开3mm长的线性切口，伸入持骨钳夹牢股骨干，既便安放在手术定位固定台上。长柄弹性持骨钳及鸭嘴羊眼圈横纹齿咬合固定，提供手术过程中微创稳定不变的手术固定条件，做到了手术固定无伤害的手术固定要求。

5、降低了实验动物模型手术难度和实验动物的成本投入。小动物股骨外科手术定位固定装置的应用，保证了外科手术过程中动物股骨的标准稳定固定，使手术操作容易掌握，使得原本复杂的手术明显简化，手术技术变得实用可靠，更多的研究人员能够掌握动物股骨外科手术，减少手术失败；同时，该装置下的稳定的手术体位固定，手术操作人员能够安全，有效和独立地进行股骨外科手术，改变以往小动物手术实施中常需要高度配合的助手或全程离不开扶持固定动物作用的助手，提高了手术成功率，并减少了人员投入成本。

6、支持多项目的实验动物实验设计规划。本发明的动物股骨外科手术定位固定装置支持多个相关的骨研究方法学计划，例如，实施实验室小鼠股骨骨折或节段性骨缺损模型的经皮穿刺外固定针的外固定，因为经皮穿针外固定创伤小，失血极少，可迅速而容易将骨折固定，允许使用人工生物骨材料或生骨细胞作为测试材料，一次性手术时引入它们(用于急性节段性骨缺损)；又因为便于处理骨缺损创面而不干扰骨折复位固定，允许在初始骨缺损手术后，当骨头断端已经封闭或假关节形成(用于慢性骨不连接或骨不愈合模式)，继续二次手术植入实验材料；还因为穿骨针外固定不影响实验块血循环，不引起局部肌肉肿胀，并且易于无伤害卸除固定物，而能够到位表征人工合成骨材料和移植成骨细胞的工作状况；还特别有助于功能性修复重建肢体骨缺损及大范围临界骨缺损牵张成骨实验等多途径科研记录演绎实验全程骨的修复结果。

7、开拓多种类实验设计的动物股骨模型手术实施应用。本发明不仅实现了转基因小鼠股骨外固定模型的实际应用，同样可以延伸至大鼠等其他实验动物的股骨外固定模型，实施骨折和节段性骨缺损实验研究的标准化技术应用。如本发明技术可以实现多种类动物实验模型的标准化不开皮股骨外固定手术，建立模拟临床的封闭性股骨骨折实验模型；慢性限定性节段骨缺损复次手术实验模型(二次、甚至多次重复手术)；股骨骨折刚性或柔性外固定实验模型；急慢性骨缺陷骨不愈合人工材料植入实验等多种类实验设计的动物股骨手术。

8、遵循国际实验动物的“替代，减少和优化”三R动物福利伦理原则(Replacement\Reduction\Refinement)。由于小动物手术实施做到了简单标准可重复，手术失败率下降，手术结果稳定可靠，甚至可以零故障率取得动物实验结果。所以，使用小动物替代大动物；手术的成功率和实验的可重复性减少了动物使用的数量；优化的实验动物手术实施技术程序，得以响应国际实验动物的“替代，减少和优化”的实验动物的应用原则及人道主义的实验动物福利伦理原则。

附图说明

图1是本发明动物股骨外科定位固定激光导航手术装置整体结构示意图。

图2是本发明装置的股骨定位固定台三维调控单元示意图。

图3是本发明装置的股骨定位固定台基础结构示意图。

图4是图3股骨定位固定台中放入持骨钳的示意图。

图5是图4放入持骨钳的股骨定位固定面板上扣入嵌槽扣盖示意图。

图6是图5的正视图。

图7是图5的右侧视图。

图8是图5的俯视图。

图9是嵌槽扣盖三维透视结构示意图。

图10是图9所示的嵌槽扣盖的前倾90°视图。

图11是股骨定位固定面板局部视图。

图12是持骨钳平面视图。

图13是图12持骨钳的三维立体视图。

图14是股骨定位固定台正面三维立体视图。

图15示出了图14局部放大图。

图16示出了放置了小鼠后肢在股骨定位固定面板前被固定到位的示意图，透视示出持骨钳咬合股骨干中段固定于嵌槽。

图17示出了图15小鼠后肢固定在股骨定位固定台后，预准备行股骨穿刺用的套管式骨固定螺纹针。

图18示出了固定了小鼠后肢在股骨定位固定台后，激光标记导航单元打在股骨固定面板及小鼠后肢皮面的激光标示线。

图19示出了在小鼠后肢定位固定后，取出装有套管式骨固定螺纹针的迷你无绳驱动电机。

图20示出了在固定的小鼠后肢及激光标示线上手持迷你无绳驱动电机经皮穿刺套管式骨固定螺纹针。

图21示出了套管式骨固定螺纹针前部刺入股骨干。图中已移除了迷你无绳驱动电机。

图22示出了可拆卸的套管式骨固定螺纹针助力套管已从骨固定针部分释放；脱离了助力套管的骨固定针针尖部分已经穿透小鼠股骨，骨固定针根端螺纹部分尚未入骨。

图23示出了使用持针钳推送及旋拉后的骨固定针根端螺纹部分已经锚定到位骨组织中。

图24示出了六根骨固定针螺纹端部全部锚定就位于股骨干二端。

图25示出了关闭激光标示线的六根骨固定针螺纹端部锚定就位于股骨的全貌。

图26示出了移除了股骨定位固定台定位面板上持骨钳嵌槽扣盖。

图27示出了移除了股骨定位固定台的小鼠后肢。

图28示出了图26移除了股骨定位固定台的小鼠后肢转动90°视角。

图29示出了伸出皮肤的骨固定针外段已经彼此朝向股骨中间位折弯搭成框架。

图30示出了已经施加有光固化可流动复合物，而后被LED固化灯固化成形。

图31示出了使用本发明动物股骨外科手术定位固定装置，在小鼠股骨节段性骨缺损外固定手术中的应用示意图。

图32示出了使用本发明的小鼠股骨节段性骨缺损外固定手术架的小鼠术后示意图。

图33示出了使用刚性外固定架的小鼠股骨骨折手术示意图。

图34示出了使用柔性外固定架的小鼠股骨骨折手术示意图。

附图标记：股骨定位固定台100；三维固定架200；激光标示导航单元300；手术台升降托架400；股骨定位固定面板110；嵌槽114；嵌槽扣栓116；固定针穿刺限位框118；嵌槽扣盖120；嵌槽扣盖栓眼122；固定台甲板130；固定台侧舷板132；定位固定台中线后准星凹134；持骨钳手柄固定仓136；弹性仓壁138；手术动物仰卧托板140；动物托板间隙142；持骨钳150；钳嘴152；横纹齿154；持骨钳颈项156；持骨钳手柄158；持骨钳扣齿160；立体三维调控器202；平面移动旋钮204；垂直升降旋钮206；三维调控连接轴208；三维调控连接轴螺母210；套管骨固定针220；骨固定螺纹针222；螺纹针助力套管224；迷你无绳驱动电机226；激光标示线230；光固化可流动复合材料240；动物股骨250。

具体实施方式

下面结合附图对本发明动物股骨外科立体定位固定激光导航手术装置作详细说明。

实施例1

如图1-15所示的动物股骨外科手术定位固定装置，包括股骨定位固定台100，股骨定位固定台100连接于外部三维固定架200，外部三维固定架200同时连接有激光标示导航单元300，另外，还配有手术升降托架400，与股骨定位固定台100配套使用。外部三维固定架为立体三维可调固定架。立体三维可调固定架由水平轴、垂直轴和连接水平轴与垂直轴的立体三维调控器202组成，股骨定位固定台100通过三维调控连接轴208与立体三维可调固定架连接。股骨定位固定台100由固定台甲板130、手术动物仰卧托板140、股骨定位固定面板110、持骨钳150和持骨钳手柄固定仓136组成。手术动物仰卧托板140和股骨定位固定面板110设于固定台甲板130一侧，持骨钳手柄固定仓136设于固定台甲板130另一侧；股骨定位固定面板110上设有用于固定持骨钳颈项156的嵌槽114；持骨钳150呈卧位，持骨钳颈项156固定于股骨定位固定面板的嵌槽114内，持骨钳的手柄158固定于持骨钳手柄固定仓136内。股骨外科立体定位固定激光导航手术装置用于限定动物股骨手术中股骨的手术标准位置并固定，实现股骨手术三维标准位象及激光导航手术操作环境。

如图2所示，立体三维调控器202连接并锁定立体三维可调固定架的水平轴和垂直轴，通过垂直升降旋钮206和平面移动旋钮204操控股骨定位固定台100，可以数字化的改变股骨定位固定台100对应手术大环境的立体三维位置和角度。立体三维可调固定架使股骨定位固定台具有稳定的基于垂直和水平轴向的立体三维可变性，用于给手术操作者提供其所需要的手术大环境适宜体位；同时可应对手术机器人或数控手术机械臂手术操作及手术显微镜下对位操作时的位距调控和倾角调控。

如图3-11所示，股骨定位固定面板与垂直面呈30°倾角。持骨钳150横向垂直卧入嵌槽114和持骨钳手柄固定仓136，与固定台甲板130呈15°仰角；股骨定位固定面板110垂直位倾角与持骨钳150卧位仰角，以其双角度之交的角度固定平卧股骨，使固定后的股骨干水平径向面与股骨定位固定台甲板130平面有了15°周向转角。此角度保证了从股骨定位固定面板经皮穿刺骨固定针水平进针时，避免骨固定针刺伤股骨下坐骨神经及股动静脉血管丛。

嵌槽114设定于股骨定位固定面板110中点，嵌槽宽度与持骨钳颈项156宽度一致；在嵌槽114的两侧各设有固定针穿刺限位框118，嵌槽114和固定针穿刺限位框118之间、以及固定针穿刺限位框118两侧共形成有4个凸起的于嵌槽扣栓116。固定针穿刺限位框118可以提供手术操作者实施穿刺骨固定螺纹针222时穿针锚针的限位作用。

持骨钳手柄固定仓136与固定台甲板130垂直，由强有力的弹性仓壁138组成；弹性仓壁138之间的夹持力度能防止持骨钳手柄发生转动或移动。

将持骨钳150垂直横卧于固定台甲板130，持骨钳手柄158卡入持骨钳手柄固定仓136，持骨钳颈项156嵌入股骨定位固定面板110上的嵌槽114內，再使用嵌槽扣盖120滑扣在股骨定位固定面板110上。嵌槽扣盖120由弯曲而成的弹性金属片组成，呈U型，对应于嵌槽扣栓116处设有四个嵌槽扣盖栓眼122；利用嵌槽扣盖120金属片弹性，以及嵌槽扣栓116与嵌槽扣盖栓眼122的配合，可将持骨钳颈项紧紧锁定于嵌槽114内。

在股骨定位固定台100还设有固定台侧舷板132，以提供手术操作者实施安放及取出持骨钳150等操作中，托举支承双侧手腕；同时也起到手持股骨定位固定台100的把手作用。

股骨定位固定台100设有基座，基座用于提供持骨钳手柄158进入持骨钳手柄固定仓136底部的延伸空间，另外，也是股骨定位固定台100安放三维调控连接轴208的基础。在基座和固定台甲板之间，留有动物托板间隙142，作为手术动物仰卧托板140的插槽。手术动物仰卧托板140至少设计配备三种型号，为满足不同大小动物的需要。

在股骨定位固定台100后壁上缘中点，设有定位固定台中线后准星凹134，其与股骨定位固定面板110上四个嵌槽扣栓116的中心位凹构成一线，构成股骨定位固定台100正中标示线。

如图12、13所示，持骨钳150设有能稳定夹持股骨干的扁鸭嘴羊眼圈形钳嘴152，钳嘴内基底面设有横纹齿154，持骨钳手柄上158设有三级弹性持骨钳扣齿160。利用长柄止血钳所特有的长柄机械弹性力度夹持股骨骨干，辅以至少具有2毫米宽度的平行横纹齿的钳嘴咬合作用，选用三级持骨钳扣齿160适当力度，就能够确定平稳准直牢固咬合股骨干。

如图14-16所示，联动立体三维调控器202上的平面移动旋钮204和升降移动旋钮206，可调控股骨定位固定台100处于手术环境适合体位；小鼠麻醉后，依据解剖学股骨部位，选股骨中段位置，沿股骨平行外侧缘线形切开约3毫米皮肤开口，伸入持骨钳钳嘴152，平行准直咬合中心点股骨干，继而将已咬合把持住股骨干的持骨钳，就位于股骨定位固定台100上嵌槽114和持骨钳手柄固定仓136，盖紧嵌槽扣盖120，完成股骨手术定位固定台的用于限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置和固定。

如图17-30所示，是利用本发明动物股骨外科手术定位固定装置的股骨定位固定台100建立小鼠股骨模型外固定架示意图，用于解释本发明固定装置在小鼠股骨外固定手术中的使用方法和流程。

如图17所示，是本发明选定的一款骨外固定专用的套管骨固定针220的全貌。图中背景为股骨外科手术定位固定装置的股骨定位固定台100局部及股骨定位固定面板110正前视野，动物后肢已固定摆放在本发明固定装置的标准位置，并以透视图示出了小鼠后肢解剖位置定点固定和固定针穿刺限位框118的关系。

如图18所示，固定到位的小鼠后肢上，由三维调控单元200上的激光标示导航单元300直接标定激光标示线230于小鼠后肢表皮，皮下即为动物股骨250所在位置。

如图19所示，操作人员手持电机握柄，拇指控制触键开关，即可方便使用驱动电机226实施骨固定针经皮穿刺钻进入骨。

如图20所示，为被定位固定后的小鼠后肢，在股骨外科手术定位固定装置的激光标示线230导引下，即可准确定位地在迷你无绳驱动电机226驱动下将套管骨固定针220针尖部经皮钻入小鼠股骨中。

如图21所示，移除了迷你无绳驱动电机226的套管骨固定针220针尖部已经穿透股骨。

如图22所示，骨固定针助力套管224已从骨固定螺纹针222上移除。脱离了助力套管的骨固定针仅仅是针尖部穿透小鼠股骨，此时可以清晰看到骨固定针的尾部根端的根段螺纹。

如图23所示，使用了一种专用圆柄持针钳旋推和旋拉将钻入穿透小鼠股骨的骨固定螺纹针222施放到位。骨固定针的根端螺纹部分已完全锚定在骨组织中，而骨固定针前段部分已经穿出后肢皮肤。

如图24所示，六根骨固定针穿刺全部锚定就位。

如图25所示，移除了激光标示线230。小鼠后肢锚定有六根骨固定针清晰可见。

如图26所示，移除了股骨定位固定台定位面板110上的持骨钳嵌槽扣盖120。

如图27所示，是移除了股骨定位固定台100装置的小鼠后肢。

如图28所示，锚定有六根骨固定针的小鼠后肢转动90°视角后的位置。

如图29所示，已经将伸出皮肤的六根骨固定针远端使用折弯钳彼此朝向小鼠股骨中间段折弯搭桥成框，构成股骨外固定架的基形。

如图30所示，已经施加有光固化可流动复合物240在六根骨固定针搭成的桥形连接框上，而后被LED固化灯固化成一体的刚性骨外固定架。

如图31所示，是小鼠股骨节段性骨缺损骨外固定手术步骤示意图。六个骨固定针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；锚钉的骨固定针外部段彼此平行朝股骨中心向弯曲；以形成六根针连肩搭桥；搭桥采用光固化可流动复合材料涂裹填充；复合材料用LED灯固化；进行3mm的节段缺损去骨；骨缺损处植入接种有细胞的人工材料填充；几周后外固定架的固化部分被贴近固化体切断固定针后卸除；然后旋转拔除所有剩余的骨固定针针脚。

如图32所示，是小鼠股骨节段性骨缺损骨外固定手术后小鼠手术部位透视示意图。

实施例2

如图33所示，是使用刚性外固定架的小鼠股骨骨折手术示意图。六个针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；股骨两端各三根针外部段彼此平行向中心折弯形成连肩搭桥；用断骨器生成股骨断裂；采用光固化可流动复合材料涂裹填充搭桥；复合材料用LED灯固化；几周后外固定架的固化部分被切断针后移除；然后旋转拔除所有剩余的针脚。

实施例3

如图34所示，是使用柔性外固定架的小鼠股骨骨折手术示意图。六个针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；三个股骨远端针和三个股骨近端针分别以各自端的三根针平行地朝向彼此折弯，以形成两个端部簇搭桥；再将它们各自涂上光固化可流动复合材料并用LED灯固化；放置二根弹性销并分步连接两头两个簇，即通过光固化可流动复合材料分步连接固化二端的各左端和各右端各一个位点；右侧弹性销用于连接两个簇的右端面，但暂时仅固化近端；左侧弹性销用于连接两个簇的左端面，但暂时仅固化远端；这两个弹性销注意粘固平行，以此作为完整骨断裂前的原来位参考；然后使用断骨器将骨折断，这会使得两个本平行的弹性销会相对移位；重新对位弹性销于骨断裂前的平行粘固位置，即返回到完整骨时原来的位相；再将弹性销两端簇未粘固的两个点通过复合材料连结并固化；几周后外固定架的固化部分被切断并移除；最后旋转拔除所有剩余的针脚。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述动物股骨外科手术定位固定装置包括股骨定位固定台，所述股骨定位固定台设有用于夹持动物股骨干的持骨钳、用于固定持骨钳颈项的股骨定位固定面板、和用于固定持骨钳手柄的固定仓；股骨定位固定台用于限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置并固定，形成了股骨手术三维标准位象的手术操作平台。

2.根据权利要求1所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述股骨定位固定台与外部三维固定架连接；所述外部三维固定架为立体三维可调固定架，使股骨定位固定台具有稳定的基于垂直和水平轴向的立体三维数字化可变性，用于给手术操作者提供其所需要的手术大环境适宜体位或手术机器人定点定位操作小环境。

3.根据权利要求1所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述动物股骨外科手术定位固定装置还包括同步激光标示导航单元，同步激光标示导航单元通过三维固定架与股骨定位固定台联动，用于骨固定针经皮穿刺的三维定点定位标示导航。

4.根据权利要求1所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述股骨定位固定台包括固定台甲板、手术动物仰卧托板、股骨定位固定面板、持骨钳和持骨钳手柄固定仓；手术动物仰卧托板和股骨定位固定面板设于固定台甲板一侧，持骨钳手柄固定仓设于固定台甲板另一侧；股骨定位固定面板上设有用于固定持骨钳颈项的嵌槽；持骨钳呈卧位，持骨钳的颈项固定于股骨定位固定面板的嵌槽内，持骨钳的手柄固定于持骨钳手柄固定仓。

5.根据权利要求4所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述股骨定位固定面板设有嵌槽扣盖，持骨钳颈项位于股骨定位固定面板的嵌槽内并由嵌槽扣盖扣紧锁定。

6.根据权利要求4所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，在股骨定位固定面板上嵌槽的两侧设有骨固定针穿刺限位框。

7.根据权利要求4所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述持骨钳手柄固定仓由强有力的弹性仓壁组成；弹性仓壁之间的夹持力度能防止持骨钳手柄发生转动或移动。

8.根据权利要求1所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述持骨钳为羊眼圈鸭嘴横纹齿持骨钳，钳嘴呈羊眼圈形、扁鸭嘴式，其内基底面有横纹齿；羊眼圈扁嘴横纹齿保证夹持股骨干的垂直与平行。

9.根据权利要求1所述的动物股骨外科手术定位固定装置，其特征在于，所述持骨钳为长柄分级弹性锁扣钳，通过长柄机械弹性及不同级别弹性，柔性适度咬合直径不同的股骨干。

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