CN113693722A - 一种辅助椎间孔镜定位导向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助椎间孔镜定位导向装置，包括六自由度机械臂、设于六自由度机械臂的支撑架以及设于支撑架的导向套筒、侧位标尺和正位标尺，所述侧位标尺和正位标尺间隔设置，侧位标尺与支撑架相连的端部与正位标尺与支撑架相连的端部围成相对夹角，所述导向套筒设于相对夹角端；所述六自由度机械臂可驱动支撑架并带动导向套筒、侧位标尺和正位标尺作六轴线方向的运动。通过本发明装置和控制方法的结合实现了路径的自动定位，可以大大缩短手术时间，提高定位精度，保障手术的安全性和成功率。设备的自动化程度较高，可以缩短医生的学习曲线，降低医生工作强度，利于手术的推广和普及。

Description

一种辅助椎间孔镜定位导向装置

技术领域

本发明属于医疗手术辅助设备技术领域，更具体地说，它涉及一种辅助椎间孔镜定位导向装置。

背景技术

椎间孔镜与脊柱内窥镜类似，是一个配备有灯光的管子，它从病人身体侧方或者侧后方(可以平可以斜的方式)进入椎间孔，在安全工作三角区实施手术。在椎间盘纤维环之外做手术，在内窥镜直视下可以清楚的看到突出的髓核、神经根、硬膜囊和增生的骨组织。然后使用各类抓钳摘除突出组织、镜下去除骨质、射频电极修复破损纤维环。手术创伤小：皮肤切口仅7mm，如同一个黄豆粒大小，出血不到20ml，术后仅缝1针。是同类手术中对病人创伤最小、效果最好的椎间盘突出微创疗法。

随着腔镜等技术的发展，椎间孔镜技术成为腰椎间盘凸出症的首选治疗方案，其具备创伤小、安全易用等优点。该手术能够顺利开展的前提，是将椎间孔镜定位到手术区域，而能否精准的定位到手术区域，是能否清除突出变性椎间盘组织的前提。现有的椎间孔镜定位器或导向器，多以固定可调节支架的方案实施，常见的为固定在手术床上或者立于床旁，结合术中X光透视，进行手动调节，达到定位目的。

目前技术，最具代表性的如专利《一种腰椎椎间孔镜手术穿刺定位装置及其使用方法》CN 109009357 A和专利《一种椎间孔镜穿刺定位装置》CN 209048265U。综合其各自特征进行分析，结构上主要由用于地面支撑或同手术床固定的基座，横梁连接杆，转动调节转筒，定位套筒，定位参考针以及各个关节上的直线标尺和角度尺组成。使用时配合X光影像，由使用者调节穿刺方向和穿刺角度，实现椎间孔镜的辅助穿刺定位。

现有技术，结构上多基于串联结构，参考影像数据，由医生经验调节完成。此方法效率低、自动化不强，往往需要多张X光影像进行定位，对医生和患者的健康造成伤害。此外，复杂繁琐的过程会浪费大量的手术时间，对医生经验和体力提出的更高的要求。最后，此方法过程的繁琐和基于二位平面的角度选取，造成定位精度不高，影响手术疗效和成功率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种辅助椎间孔镜定位导向装置，其优点在于可以有效提高椎间孔镜辅助定位精度，缩短定位时间，使定位过程更简单且自动化程度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种辅助椎间孔镜定位导向装置，包括六自由度机械臂、设于六自由度机械臂的支撑架以及设于支撑架的导向套筒、侧位标尺和正位标尺，所述侧位标尺和正位标尺间隔设置，侧位标尺与支撑架相连的端部与正位标尺与支撑架相连的端部围成相对夹角，所述导向套筒设于相对夹角端；所述六自由度机械臂可驱动支撑架并带动导向套筒、侧位标尺和正位标尺作六轴线方向的运动。

本发明进一步设置为：所述六自由度机械臂包括底座，枢转安装于底座的第一枢转架、枢转安装于第一枢转架的第二枢转架、枢转安装于第二枢转架的第三枢转架、枢转安装于第三枢转架的第四枢转架、、枢转安装于第四枢转架的第五枢转架和枢转安装于第五枢转架的第六枢转架，所述支撑架和第六枢转架之间通过固定法兰相连接。

本发明进一步设置为：所述支撑架包括底架以及设于底架的支撑臂，所述支撑臂设有两个，所述侧位标尺和正位标尺分别安装于两个支撑臂上。

本发明进一步设置为：两支撑臂垂向设置并形成垂足位，所述侧位标尺和正位标尺之间的夹角呈90度。

本发明进一步设置为：所述垂足位设有圆形导向孔，所述圆形导向孔滑动安装有导向套筒，所述导向套筒与垂足位同轴。

本发明进一步设置为：所述正位标尺和侧位标尺结构相同，包括主体部以及设于主体部的通孔，所述通孔呈一端大一端小的锥台状。

本发明进一步设置为：所述通孔从外侧朝导向套筒方向逐渐缩径，所述通孔的两端分别设有大圆环和小圆环，所述主体部设有方向指示针，所述方向指示针与通孔的轴心垂向设置。

本发明进一步设置为：所述正位标尺和侧位标尺采用低密度碳纤维材料或PEEK材料制成。

本发明还提供了上述辅助椎间孔镜定位导向装置的控制方法，包括以下步骤：

S1:利用CT、X光片或者核磁共振测定靶点或者髓核突出阶段的下位椎体上终板后缘中点到人体后背皮肤投影点间距离，并获取正位影像和侧位影像，同时确定基准点；

S2:通过正位影像和侧位影像建立六自由度机械臂的移动轨迹，实现导向套筒的轴线位置定位至手术路径的动作过程；

S3:通过控制软件自动识别金属标记特征中大圆环、小圆环和方向指示针的图像和位置，将需要运动结果下发至六自由度机械臂，实现整个末端的运动，最终将导向轴线和手术路径重合；

S4:导向轴线和手术路径同轴，则插入导向套筒，完成定位导向。

在根据本发明的一个实施方案中，步骤S2中控制软件可生成至少两套移动轨迹，并模拟运动轨迹至手术基准点。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、通过本发明提供的椎间孔镜定位导向装置可实现脊椎手术路径的自动定位，可以大大缩短手术时间，提高定位精度，保障手术的安全性和成功率。同时本发明提供的导向装置的自动化程度较高，可以缩短医生的学习曲线，降低医生工作强度，利于手术的推广和普及；

2、本发明通过正位标尺和侧位标尺的配合，使手术基准点更精确，且在实际手术中，也可以根据非正常情况及时调整，或手动控制，且在医生手动控制的情况下，其基准点的控制也较为方便，可以及时切换，提高了手术的成功率。

附图说明

图1一种辅助椎间孔镜定位导向装置；

图2末端标尺；

图3正侧位投影示意；

图4一种定位前后的图像变化a.定位前b.定位后；

图5侧位定位；

图6正位定位；

图7为本发明立体示意图；

图8为支撑架与正位标尺、侧位标尺配合示意图；

图9为通孔剖视图。

附图标记说明：1、六自由度机械臂；2、固定法兰；3、支撑架；31、支撑臂；4、侧位标尺；5、导向套筒；50、通孔；51、导向孔；6、正位标尺；7、方向指示针；8、大圆环；9、小圆环；10、正位投影；11、轴线；12、侧位投影；13、手术路径。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图6所示，一种辅助椎间孔镜定位导向装置，包括六自由度机械臂1、设于六自由度机械臂1的支撑架3以及设于支撑架3的导向套筒5、侧位标尺4和正位标尺6，所述侧位标尺4和正位标尺6间隔设置，侧位标尺4与支撑架3相连的端部与正位标尺6与支撑架3相连的端部围成相对夹角，所述导向套筒设于相对夹角端；所述六自由度机械臂1可驱动支撑架3并带动导向套筒5、侧位标尺4和正位标尺6作六轴线11方向的运动。

本发明结构简单，使用方便，可方便地确定穿刺方向和前倾角度，在扩大穿刺通道时或者需要更换器械时均能够保证方向不会改变，避免因角度偏移导致手术困难或者增大手术风险；因为穿刺深度在穿刺前已经定好，可避免穿刺时穿的过深伤及血管及腹腔脏器；穿刺节省时间，穿刺准确；减少透视次数，减少医生及患者受到射线的伤害次数；由于本方案降低了定位穿刺难度，临床医生能够更容易掌握这门技术，有助于减少病患手术中的痛苦，更重要地是能够保证手术成功率，避免因角度向和位置不准确引起的神经组织受损或血管受损的过多失血，还有利于控制创面，加快患者的痊愈和康复。

在本发明实施例中，所述六自由度机械臂1包括底座，枢转安装于底座的第一枢转架、枢转安装于第一枢转架的第二枢转架、枢转安装于第二枢转架的第三枢转架、枢转安装于第三枢转架的第四枢转架、枢转安装于第四枢转架的第五枢转架和枢转安装于第五枢转架的第六枢转架，所述支撑架3和第六枢转架之间通过固定法兰2相连接。

在本发明实施例中，所述支撑架3包括底架以及设于底架的支撑臂31，所述支撑臂31设有两个，所述侧位标尺4和正位标尺6分别安装于两个支撑臂31上。

在本发明实施例中，两支撑臂31垂向设置并形成垂足位，所述侧位标尺4和正位标尺6之间的夹角呈90度。

在本发明实施例中，所述垂足位设有圆形导向孔51，所述圆形导向孔51滑动安装有导向套筒，所述导向套筒5与垂足位同轴。

在本发明实施例中，所述正位标尺6和侧位标尺4结构相同，包括主体部以及设于主体部的通孔50，所述通孔50呈一端大一端小的锥台状。

在本发明实施例中，所述通孔50从外侧朝导向套筒5方向逐渐缩径，所述通孔50的两端分别设有大圆环8和小圆环9，所述主体部设有方向指示针7，所述方向指示针7与通孔50的轴心垂向设置。其中通孔50可以为圆形、正三角形、正六边形等。

如图2所示，正位标尺6同侧位标尺4为同一结构，其上方平面安装有金属标志大圆环8和方向指示针7，下平面安装有小圆环9；值得指出的是，标尺本体材料一般选取密度较低的碳纤维、PEEK等材料，益于减小X光显影，提高成像质量；上述三个特征全部在标尺上对称安装，且大圆环8和小圆环9特征同轴，方向指示针7纸箱大圆环8圆心；通过此三个特征可建立标尺坐标系，且三个特征物理尺寸已知。

在本发明实施例中，所述正位标尺6和侧位标尺4采用低密度碳纤维材料或PEEK材料制成，且重量较轻。

在本发明实施例中，所述正位标尺的轴心线与侧位标尺的轴心线垂向设置且与导向套筒的轴心相垂直。

在本发明实施例中，所述支撑架与第六枢转架的轴心相偏离。

一种辅助椎间孔镜定位导向装置的使用方法，包括：

S1:术前利用CT、X光片或者核磁共振测定靶点或者髓核突出阶段的下位椎体上终板后缘中点到人体后背皮肤投影点间距离，并获取正位影像和侧位影像，同时确定手术基准点；

S2:通过正位影像和侧位影像建立六自由度机械臂1的移动轨迹，实现导向套筒5的轴线11位置定位至手术路径13的动作过程；

S3:通过控制软件自动识别金属标记特征中大圆环8、小圆环9和方向指示针7的图像和位置，将需要运动结果下发至六自由度机械臂1，实现整个末端的运动，最终将导向轴线11和手术路径13重合；

S4:导向轴线11和手术路径13同轴，则插入导向套筒5，完成定位导向。

在完成上述定位导向后，医生对病患手术区域消毒并注射麻药，切开皮肤，将克氏针的通过导向套筒5即可依照规划路径将克氏针引导至患处，然后根据预设剂量注入骨水泥即可。

在本发明实施例中，S2中控制软件可生成至少两套移动轨迹，并模拟运动轨迹至手术基准点。

如图3所示，在辅助椎间孔镜定位过程中，即通过机器人运动实现轴线1111定位至手术路径13的过程。此处手术路径13为一虚拟路径，其确定方法由医生在正侧位影像上规划选取获得，本发明为易于理解，将其定义为一轴线11路径。此过程需借助正位投影10和侧位投影12的两张X光片完成，医生分别在对应的正侧位上选取规划路径，软件自动识别金属标记特征大圆环8、小圆环9和方向指示针77的图像，将需要运动结果下发至六自由度机械臂1，实现整个末端的运动，最终将导向轴线11和手术路径13重合。

现将具体实现方式进行详细介绍：

首先将椎间孔镜定位导向装置拖动至术区附近，目视导向轴线11在路径轴线13附近；拍摄侧位X光，通过选取图像上显影标志物，侧位上虚拟规划路径，配合标志物特征计算比例尺，实现机器人实际运动量的计算，控制机器人运动。如图4a所示，提供一种可能成像参考，通过对金属成像特征进行识别和选取，配合算法进行计算，控制机器人运动，实现侧位视图下定位状态图4b，此时整体体统状态如图5所示。

同理对正位进行X光拍摄，执行上述步骤，实现正位定位，如图6所示。

至此，导向轴线11和手术路径13已同轴，插入导向套筒5，医生对病患手术区域消毒并注射麻药，在切开皮肤后，将克氏针的通过导向套筒5，即可依照规划路径将克氏针引导至患处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于，包括六自由度机械臂、设于六自由度机械臂的支撑架以及设于支撑架的导向套筒、侧位标尺和正位标尺，所述侧位标尺和正位标尺间隔设置，侧位标尺与支撑架相连的端部与正位标尺与支撑架相连的端部围成相对夹角，所述导向套筒设于相对夹角端；所述六自由度机械臂可驱动支撑架并带动导向套筒、侧位标尺和正位标尺作六轴线方向的运动。

2.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述六自由度机械臂包括底座，枢转安装于底座的第一枢转架、枢转安装于第一枢转架的第二枢转架、枢转安装于第二枢转架的第三枢转架、枢转安装于第三枢转架的第四枢转架、枢转安装于第四枢转架的第五枢转架和枢转安装于第五枢转架的第六枢转架，所述支撑架和第六枢转架之间通过固定法兰相连接。

3.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述支撑架包括底架以及设于底架的支撑臂，所述支撑臂设有两个，所述侧位标尺和正位标尺分别安装于两个支撑臂上。

4.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：两支撑臂垂向设置并形成垂足位，所述侧位标尺和正位标尺之间的夹角呈90度。

5.根据权利要求4所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述垂足位设有圆形导向孔，所述圆形导向孔滑动安装有导向套筒，所述导向套筒与垂足位同轴。

6.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述正位标尺和侧位标尺结构相同，包括主体部以及设于主体部的通孔，所述通孔呈一端大一端小的锥台状。

7.根据权利要求6所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述通孔从外侧朝导向套筒方向逐渐缩径，所述通孔的两端分别设有大圆环和小圆环，所述主体部设有方向指示针，所述方向指示针与通孔的轴心垂向设置。

8.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述正位标尺和侧位标尺采用低密度碳纤维材料或PEEK材料制成。

9.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述正位标尺的轴心线与侧位标尺的轴心线垂向设置且与导向套筒的轴心相垂直。

10.根据权利要求1所述的辅助椎间孔镜定位导向装置，其特征在于：所述支撑架与第六枢转架的轴心相偏离。

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