CN112494097B - 脊柱椎板磨削深度调节装置及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种脊柱椎板磨削深度调节装置及具有该装置的手术机器人。脊柱椎板磨削深度调节装置包括安装架、安装于安装架的骨刀、滑动安装于安装架的连接杆、滑动驱动机构，以及与连接杆相连的保护套；骨刀包括安装于安装架的主体部，以及与主体部相连的磨头部；保护套环绕磨头部设置。可通过滑动驱动机构调节保护套的位置，使得骨刀的磨头部远离骨刀的主体部的一端伸出保护套的长度，等于需要在骨组织上磨削的深度。由于保护套的作用，磨头部磨削一定的深度后，保护套与骨组织接触，此时磨头部无法再继续磨削骨组织，不会出现磨削过度的情况，不会造成高速旋转的磨头与脊柱中软组织或神经接触，进而避免了损伤软组织及神经。

Description

脊柱椎板磨削深度调节装置及手术机器人

技术领域

本申请涉及医疗手术器械领域，尤其涉及一种脊柱椎板磨削深度调节装置及具有该装置的手术机器人。

背景技术

传统脊柱椎板切除手术，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。

随着现代科技的快速发展，医疗手术机器人越来越多地参与到脊柱椎板磨削手术当中。然而，现阶段，由于人自身呼吸运动和控制信号延迟的影响，手术磨削深度控制不够精确，磨削过程中会出现磨削过度的情况，高速旋转的磨头与脊柱中软组织或神经接触，从而损伤软组织或者神经，造成严重后果。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种脊柱椎板磨削深度调节装置，旨在解决现有技术中，脊柱椎板切除手术的磨削过程中容易出现磨削过度的情况，造成高速旋转的磨头与脊柱中软组织或神经接触，从而损伤软组织或者神经的问题。

为达此目的，本申请实施例采用以下技术方案：

脊柱椎板磨削深度调节装置，包括安装架、安装于所述安装架的骨刀、滑动安装于所述安装架的连接杆、用于驱动所述连接杆相对所述安装架滑动的滑动驱动机构，以及与所述连接杆相连的保护套；所述骨刀包括安装于所述安装架的主体部，以及与所述主体部相连的磨头部；所述保护套环绕所述磨头部设置。

在一个实施例中，所述保护套上设有连接块，所述连接块上开设有第一螺纹孔，所述连接杆上开设有第一连接通孔，所述连接块与所述连接杆之间设有第一连接螺钉，所述第一连接螺钉贯穿所述第一连接通孔并与所述第一螺纹孔螺纹连接。

在一个实施例中，所述第一连接通孔为腰型孔，所述保护套为圆筒状。

在一个实施例中，所述连接杆包括滑动安装于所述安装架的竖直部，以及与所述竖直部相连的倾斜部；所述倾斜部与所述竖直部之间呈预设角度，所述倾斜部远离所述竖直部的一端与所述保护套相连。

在一个实施例中，所述安装架包括夹板、与所述夹板相对且间隔设置的固定板，以及连接于所述夹板与所述固定板之间的第二连接螺钉；所述主体部位于所述夹板与所述固定板之间。

在一个实施例中，所述连接杆滑动安装于所述固定板上，所述脊柱椎板磨削深度调节装置还包括安装于所述夹板的六轴力传感器。

在一个实施例中，所述夹板与所述主体部相对的表面开设有第一限位槽，所述固定板与所述主体部相对的表面开设有第二限位槽，所述主体部的一侧与所述第一限位槽的内壁贴合，所述主体部的另一侧与所述第二限位槽的内壁贴合。

在一个实施例中，所述夹板上开设有第二螺纹孔，所述固定板上开设有第二连接通孔，所述第二连接螺钉贯穿所述第二连接通孔并与所述第二螺纹孔螺纹连接。

在一个实施例中，所述滑动驱动机构包括安装于所述安装架的滑动座、转动安装于所述滑动座的丝杠轴、套设于所述丝杠轴上的丝杠螺母，以及安装于所述滑动座且用于驱动所述丝杠轴转动的驱动电机；所述丝杠螺母滑动安装于所述滑动座上，所述连接杆与所述丝杠螺母相连。

在一个实施例中，所述保护套为圆筒状，所述保护套的内径小于所述主体部的最小宽度。

在一个实施例中，所述滑动座开设有滑动槽，所述丝杠螺母滑动安装于所述滑动槽的内侧壁上。

在一个实施例中，所述滑动槽的内侧壁开设有导向槽，所述丝杠螺母上设有适配于所述导向槽的导向凸起。

在一个实施例中，所述六轴力传感器上开设有第三螺纹孔，所述夹板开设有第三连接通孔，所述夹板与所述六轴力传感器之间设有第三连接螺钉，所述第三连接螺钉贯穿所述第三连接通孔并与所述第三螺纹孔螺纹连接。

在一个实施例中，所述固定板开设有第四螺纹孔，所述滑动座开设有第四连接通孔，所述滑动座与所述固定板之间设有第四连接螺钉，所述第四连接螺钉贯穿所述第四连接通孔并与所述第四螺纹孔螺纹连接。

在一个实施例中，所述丝杠螺母上开设有第五螺纹孔，所述连接杆上开设有第五连接通孔，所述丝杠螺母与所述连接杆之间设有第五连接螺钉，所述第五连接螺钉贯穿所述第五连接通孔并与所述第五螺纹孔螺纹连接。

本申请的还一个目的在于提供一种手术机器人，包括机械臂、上述任一项实施例中所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，以及六轴力传感器；所述六轴力传感器的一侧与所述安装架相连，所述六轴力传感器的另一侧与所述机械臂相连。

本申请实施例的有益效果：骨刀的磨头部对骨组织进行磨削之前，可通过滑动驱动机构调节保护套的位置，使得骨刀的磨头部远离骨刀的主体部的一端伸出保护套的长度，等于需要在骨组织上磨削的深度。当骨刀的磨头部对骨组织进行磨削时，由于保护套的作用，磨头部磨削一定的深度后，保护套与骨组织接触，此时磨头部无法再继续磨削骨组织，不会出现磨削过度的情况，不会造成高速旋转的磨头与脊柱中软组织或神经接触，进而避免了损伤软组织及神经。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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为本申请的实施例中脊柱椎板磨削深度调节装置的结构示意图；

图2为本申请的实施例中脊柱椎板磨削深度调节装置的分解图；

图3为本申请的实施例中滑动驱动机构的结构示意图；

图4为本申请的实施例中连接杆与保护套的结构示意图；

图5为本申请的实施例中手术机器人的结构示意图；

图中：

1、安装架；101、夹板；1011、第一限位槽；102、固定板；1021、第二限位槽；103、第二连接螺钉；2、骨刀；201、主体部；202、磨头部；2021、磨头柄；2022、磨头；3、连接杆；301、竖直部；302、倾斜部；303、第一连接通孔；4、滑动驱动机构；401、滑动座；4011、滑动槽；40111、导向槽；402、丝杠轴；403、丝杠螺母；4031、导向凸起；404、驱动电机；5、保护套；501、连接块；6、第一连接螺钉；7、六轴力传感器；8、第三连接螺钉；9、第四连接螺钉；10、第五连接螺钉；1000、脊柱椎板磨削深度调节装置；2000、机械臂。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合具体实施例对本申请的实现进行详细的描述。

如图1-图3所示，本申请实施例提出了一种脊柱椎板磨削深度调节装置1000，包括安装架1、安装于安装架1的骨刀2、滑动安装于安装架1的连接杆3、用于驱动连接杆3相对安装架1滑动的滑动驱动机构4，以及与连接杆3相连的保护套5；骨刀2包括安装于安装架1的主体部201，以及与主体部201相连的磨头部202；保护套5环绕磨头部202设置。

在本申请的实施例中，脊柱椎板磨削深度调节装置1000可安装于手术机器人的进给装置(例如多轴的机械臂2000)上，可同时在进给装置与安装架1之间设置力传感器(例如六轴力传感器7)。手术机器人工作时，进给装置可将脊柱椎板磨削深度调节装置1000移动到相应的位置，使得骨刀2的磨头部202与骨组织接触，并对骨组织进行磨削。

骨刀2的磨头部202对骨组织进行磨削之前，可通过滑动驱动机构4调节保护套5的位置，使得骨刀2的磨头部202远离骨刀2的主体部201的一端伸出保护套5的长度，等于需要在骨组织上磨削的深度。当骨刀2的磨头部202对骨组织进行磨削时，由于保护套5的作用，磨头部202磨削一定的深度后，保护套5与骨组织接触，此时磨头部202无法再继续磨削骨组织，不会出现磨削过度的情况，不会造成高速旋转的磨头2022与脊柱中软组织或神经接触，进而避免了损伤软组织及神经。

现有技术中的一种方式为，通过算法控制磨头部202的磨削路径及磨削深度，但是由于控制算法的信号延时或人自身呼吸的影响，易于造成过度磨削，进而严重的损伤骨组织内的软组织及神经。现有技术中还有一种方式为，利用力传感器检测磨头部202所受压力的突变来判断是否过度磨削，但是造成受力突变的原因有多种，还是无法保证不过度磨削。而本申请实施例中，在磨头部202的外部套设保护套5，以限制磨头部202的最大磨削深度，即便是磨削过程中，由于人自身呼吸运动和控制信号延迟的影响，手术控制不够精确，由于磨头部202伸出保护套5的长度为磨削的最大深度，不会导致过度磨削。

可选的，在磨削过程中，可进行多次磨削，例如需要磨削的深度为3毫米时，磨头部202第一次伸出的长度可为0.5毫米，第二次为1毫米，逐渐增加，直至到达3毫米。多次磨削的设置，使得磨头部202不易于卡住，磨头部202不易于损坏。为了磨削的深度为3毫米，而不会小于3毫米，在磨头部202伸出保护套5为3毫米的状态下，磨削的次数大于2次，以确保磨削深度为3毫米，便于手术的后续操作，提升手术的治疗效果。

请参阅图4，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，保护套5上设有连接块501，连接块501上开设有第一螺纹孔，连接杆3上开设有第一连接通孔303，连接块501与连接杆3之间设有第一连接螺钉6，第一连接螺钉6贯穿第一连接通孔303并与第一螺纹孔螺纹连接。保护套5的连接块501通过第一连接螺钉6与连接杆3实现可拆卸连接，可便于保护套5的拆装，保护套5的安装位置可微调，以满足磨削需求。也可快速的更换保护套5，便于保护套5的清洁。

请参阅图4，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，第一连接通孔303为腰型孔，保护套5为圆筒状，第一连接螺钉6的位置可沿着腰型孔的长度方向轻微移动，使得保护套5安装于连接杆3的位置可沿自身的径向调节，进而使得保护套5的轴线与磨头部202的轴线共线(磨头部202可包括磨头柄2021及安装于磨头柄2021上的磨头2022，磨头柄2021与骨刀2的主体部201相连，保护套5套设于磨头柄2021上，磨头2022伸出保护套5)。

请参阅图1，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，连接杆3包括滑动安装于安装架1的竖直部301，以及与竖直部301相连的倾斜部302；倾斜部302与竖直部301之间呈预设角度，倾斜部302远离竖直部301的一端与保护套5相连。连接杆3的倾斜部302偏向于磨头部202，安装于倾斜部302上的保护套5环绕磨头部202设置，倾斜部302可较为接近主体部201，使得调节装置整体的结构更为紧凑。

请参阅图1-图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，安装架1包括夹板101、与夹板101相对且间隔设置的固定板102，以及连接于夹板101与固定板102之间的第二连接螺钉103；主体部201位于夹板101与固定板102之间。骨刀2安装于安装架1的过程为，将夹板101与固定板102分别设置于骨刀2的相对的两侧，然后利用第二连接螺钉103将夹板101与固定板102锁紧，锁紧过程中夹板101及固定板102相向运动，直至夹板101配合固定板102将固定夹紧固定。骨刀2与安装架1拆卸的过程与上述安装过程相反，此处不再赘述，因此安装架1等部件可从骨刀2上快速拆除，便于脊柱椎板磨削深度调节装置1000的包装收纳及运输。

请参阅图1-图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，连接杆3滑动安装于固定板102上，滑动驱动机构4可驱动连接杆3沿着固定板102滑动，进而带动保护套5相对磨头部202移动，以改变磨头部202伸出保护套5的距离，。脊柱椎板磨削深度调节装置1000还包括安装于夹板101的六轴力传感器7，当磨头部202与骨组织接触时，产生的力传递至六轴力传感器7并传输至控制器中，然后控制进给装置(机械臂2000)转动，使得脊柱椎板磨削深度调节装置1000准确的移动到相应的位置。

请参阅图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，夹板101与主体部201相对的表面开设有第一限位槽1011，固定板102与主体部201相对的表面开设有第二限位槽1021，主体部201的一侧与第一限位槽1011的内壁贴合，主体部201的另一侧与第二限位槽1021的内壁贴合。第二连接螺钉103将夹板101与固定板102锁紧后，骨刀2的主体部201的表面与第一限位槽1011及第二限位槽1021的内壁贴合，骨刀2不易于相对夹板101及固定板102滑动，保证安装架1与骨刀2相连的稳定性。

请参阅图1-图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，夹板101上开设有第二螺纹孔，固定板102上开设有第二连接通孔，第二连接螺钉103贯穿第二连接通孔并与第二螺纹孔螺纹连接，转动第二连接螺钉103即可完成夹板101及固定板102的连接与拆卸。

请参阅图3，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，滑动驱动机构4包括安装于安装架1的滑动座401、转动安装于滑动座401的丝杠轴402、套设于丝杠轴402上的丝杠螺母403，以及安装于滑动座401且用于驱动丝杠轴402转动的驱动电机404；丝杠螺母403滑动安装于滑动座401上，连接杆3与丝杠螺母403相连。滑动驱动机构4工作过程为：驱动电机404带动丝杠轴402转动，丝杠轴402转动时，丝杠螺母403沿着丝杠轴402的轴线方向运动，与丝杠螺母403相连的连接杆3随着丝杠螺母403移动，进而改变保护套5的位置，使得磨头部202伸出保护套5的长度改变。丝杠轴402与丝杠螺母403组成的丝杠副可以为滚珠丝杠副。

请参阅图1，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，保护套5为圆筒状，保护套5的内径小于主体部201的最小宽度。保护套5随着连接杆3向靠近骨刀2的主体部201方向移动时，只会与骨刀2的主体部201抵住，而不会运动至环绕骨刀2的主体部201，进而实现对保护套5运动方向的限位。

请参阅图3，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，滑动座401开设有滑动槽4011，丝杠螺母403滑动安装于滑动槽4011的内侧壁上，滑动槽4011可对丝杠螺母403进行限位，使得丝杠螺母403稳定的于滑动槽4011内滑动。

请参阅图3，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，滑动槽4011的内侧壁开设有导向槽40111，丝杠螺母403上设有适配于导向槽40111的导向凸起4031，使得丝杠螺母403在滑动槽4011内滑动时运动状态较为稳定，只发生沿丝杠轴402的轴向的运动，进而通过连接杆3带动保护套5只发生沿磨头部202的轴线方向的运动，而不会是的保护套5发生沿自身径向的移动，使得磨头部202始终位于保护套5的中心轴上。磨头部202保持与保护套5的内壁具有间隙，磨头部202不会与保护套5的内壁产生相对摩擦。

请参阅图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，六轴力传感器7上开设有第三螺纹孔，夹板101开设有第三连接通孔，夹板101与六轴力传感器7之间设有第三连接螺钉8，第三连接螺钉8贯穿第三连接通孔并与第三螺纹孔螺纹连接。

请参阅图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，固定板102开设有第四螺纹孔，滑动座401开设有第四连接通孔，滑动座401与固定板102之间设有第四连接螺钉9，第四连接螺钉9贯穿第四连接通孔并与第四螺纹孔螺纹连接。

请参阅图2，作为本申请提供的脊柱椎板磨削深度调节装置1000的另一种具体实施方式，丝杠螺母403上开设有第五螺纹孔，连接杆3上开设有第五连接通孔，丝杠螺母403与连接杆3之间设有第五连接螺钉10，第五连接螺钉10贯穿第五连接通孔并与第五螺纹孔螺纹连接。

如图5所示，本申请实施例提出了一种手术机器人，包括机械臂2000、上述任一项实施例中的脊柱椎板磨削深度调节装置1000，以及六轴力传感器7；六轴力传感器7的一侧与安装架1相连，六轴力传感器7的另一侧与机械臂2000相连。

手术机器人的工作过程为：当磨头部202与骨组织接触时，产生的力传递至六轴力传感器7并传输至控制器中，然后控制进给装置(机械臂2000)转动，使得脊柱椎板磨削深度调节装置1000准确的移动到相应的位置。然后调节磨头部202伸出保护套5的长度，再启动骨刀2使得磨头部202转动，对骨组织进行磨削。由于保护套5的设置，磨头部202磨削一定的深度后，保护套5与骨组织接触，此时磨头部202无法再继续磨削骨组织，不会出现磨削过度的情况，不会造成高速旋转的磨头2022与脊柱中软组织或神经接触，进而避免了损伤软组织及神经。

可选的，骨刀2与安装架1为可拆卸连接，以便于更换不同的骨刀2，适用于不同的手术。且螺钉连接的方式，拆装较为便捷，操作也简单。

可以理解的是，另一种具体实施方式中的方案可为在其他实施例的基础上进一步改进的可实现的实施方案。

显然，本申请的上述实施例仅仅是为了清楚说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，包括安装架、安装于所述安装架的骨刀、滑动安装于所述安装架的连接杆、用于驱动所述连接杆相对所述安装架滑动的滑动驱动机构，以及与所述连接杆相连的保护套；所述骨刀包括安装于所述安装架的主体部，以及与所述主体部相连的磨头部；所述保护套环绕所述磨头部设置；所述保护套上设有连接块，所述连接块上开设有第一螺纹孔，所述连接杆上开设有第一连接通孔，所述连接块与所述连接杆之间设有第一连接螺钉，所述第一连接螺钉贯穿所述第一连接通孔并与所述第一螺纹孔螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述第一连接通孔为腰型孔，所述保护套为圆筒状。

3.根据权利要求1-2任一项所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述连接杆包括滑动安装于所述安装架的竖直部，以及与所述竖直部相连的倾斜部；所述倾斜部与所述竖直部之间呈预设角度，所述倾斜部远离所述竖直部的一端与所述保护套相连。

4.根据权利要求1-2任一项所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述安装架包括夹板、与所述夹板相对且间隔设置的固定板，以及连接于所述夹板与所述固定板之间的第二连接螺钉；所述主体部位于所述夹板与所述固定板之间。

5.根据权利要求4所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述夹板与所述主体部相对的表面开设有第一限位槽，所述固定板与所述主体部相对的表面开设有第二限位槽，所述主体部的一侧与所述第一限位槽的内壁贴合，所述主体部的另一侧与所述第二限位槽的内壁贴合。

6.根据权利要求4所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述夹板上开设有第二螺纹孔，所述固定板上开设有第二连接通孔，所述第二连接螺钉贯穿所述第二连接通孔并与所述第二螺纹孔螺纹连接。

7.根据权利要求1-2任一项所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述滑动驱动机构包括安装于所述安装架的滑动座、转动安装于所述滑动座的丝杠轴、套设于所述丝杠轴上的丝杠螺母，以及安装于所述滑动座且用于驱动所述丝杠轴转动的驱动电机；所述丝杠螺母滑动安装于所述滑动座上，所述连接杆与所述丝杠螺母相连。

8.根据权利要求1-2任一项所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，其特征在于，所述保护套为圆筒状，所述保护套的内径小于所述主体部的最小宽度。

9.一种手术机器人，其特征在于，包括机械臂、如权利要求1-8任一项所述的脊柱椎板磨削深度调节装置，以及六轴力传感器；所述六轴力传感器的一侧与所述安装架相连，所述六轴力传感器的另一侧与所述机械臂相连。

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