CN116077181A - 一种医用骨钻钻头追送方法及夹持设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医用骨钻钻头追送方法及夹持装置，本发明通过在NDI坐标系统确定套筒两端的坐标，并通过反光求获取骨钻末端的坐标，计算绕曲线的长度，进而确定克氏针针尖的位置和方向，能够大大提升针尖位置检测的准确性，具有一定的使用价值和推广价值，具有一定的使用价值和推广价值。

Description

一种医用骨钻钻头追送方法及夹持设备
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种医用骨钻钻头追送方法及夹持设备。
背景技术
骨钻即骨科钻头，为在骨科手术过程中高频使用的工具，用于钻孔、攻螺纹，尤其适用于骨科创伤手术中的四肢长骨钻孔。例如：骨科手术中常常需要骨钻预先钻孔后再置入螺钉固定，或者钻孔制造微骨折进行关节融合术，是外科手术中在骨骼上钻孔用的电动工具，适用于提供机械动力实施骨组织手术中，多用于脊柱外科手术及多种骨科手术治疗中，骨钻上用克氏针进行钻孔，克氏针是一种骨科常用的内固定材料，其原规格一般固定在二十公分左右，直径在0.5-3.5毫米间有不同的几种规格。用于固定短小骨折或撕脱骨折等应力不大的骨折固定，也常被用在骨科手术中临时骨折块的固定中。近年来随着外固定支架的广泛应用，克氏针的最大直径逐渐曾加到4毫米，配合外固定锁钉来固定骨盆骨折、跟骨骨折等应急较大的骨折。
骨钻装置用于外科手术中在骨骼(包括颅骨、膝盖骨、脊柱骨等等)上钻孔。传统的骨钻装置通过手柄内设置的微电机带动手柄前端部位的骨钻头对骨组织进行钻削处理，使得在骨组织上钻设形成开孔，以便进行手术操作。由于传统的骨钻装置不具有实时监测钻削深度(距离)，因此一般是通过医生的手感经验或者目测观察判断是否钻穿骨组织以及钻孔的深度大小，这样具有潜在的手术安全性隐患。
因此装在骨钻上时由于重力和外力因素克氏针发生形变、弯曲，以至不能准确地追踪针尖的坐标位置，现有方案有使用更粗的克氏针，但这个仍然无法规避克氏针变形，也无法准确的追踪针尖的坐标位置。
综上所述，需要一种医用骨钻钻头追送方法来解决现有技术中所存在的不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种医用骨钻钻头追送方法及夹持设备，旨在解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种医用骨钻钻头追送方法，包括以下步骤：
步骤S1：检查骨钻是否有正常，将克氏针安装在骨钻上，测量针尖至骨钻末端克氏针长度L；
步骤S2：将克氏针套筒装配进机械臂前端把持器内；
步骤S3：给机械臂规划好路径，并将机械臂移动至规划好路径的初始位置；
步骤S4：在NDI坐标系中获取套筒的前端坐标C1、套筒的后端坐标C2，套筒的方向D1；
步骤S5：将装有克氏针的骨钻插入套筒内，设定克氏针针尖的坐标为C2，通过骨钻上的反光球获取骨钻末端的坐标C3，并获取D3＝C1-C3；
步骤S6：计算套筒方向D1与C1C3连线之间夹角
Figure BDA0004009780340000023
步骤S7：获取C3与D的垂线与D的交点为C4，设定C3至C4的长度为X，C1至C4的长度为Y，并计算X和Y的数值；
步骤S8：计算绕曲线前端后端夹角α；
步骤S9：计算绕曲线C1C3之间的绕曲线长度L2，
得到C1C2长度L1＝L-L2，确定克氏针针尖方向和位置。
可选的，所述步骤S6中夹角
Figure BDA0004009780340000021
的计算公式为：
Figure BDA0004009780340000022
。
可选的，所述步骤S7中X、Y的计算公式为：
Figure BDA0004009780340000031
Figure BDA0004009780340000032
可选的，所述步骤S8中夹角α的计算公式为：
Figure BDA0004009780340000033
Figure BDA0004009780340000034
Figure BDA0004009780340000035
其中：EI为弯曲强度，F为作用力大小，β为积分变量。
可选的，所述步骤S9中绕曲线长度L2的计算公式为：
Figure BDA0004009780340000036
Figure BDA0004009780340000037
其中：EI为弯曲强度，F为作用力大小，β为积分变量。
可选的，所述步骤S9中套筒为刚性套筒，确定C2的方向为D1。
一种医用骨钻夹持设备，其特征在于，包括基体法兰，所述基体法兰上设置机械臂前端把持器，所述机械臂前端把持器一端与基体法兰可拆卸连接，所述机械臂前端把持器另一端上设置套筒孔。
可选的，所述机械臂前端把持器上套筒孔位置设置套筒安装梯台。
基体法兰用于与机械臂连接，机械臂前端把持器用于固定和安装骨钻以及套筒，方便骨钻的安装和拆卸更换，骨钻上安装克氏针，套筒孔方便套筒的安装与拆卸更换，套筒根据克氏针的直径更换。
本发明的有益效果：
1、本发明中，通过在NDI坐标系统确定套筒两端的坐标，并通过反光求获取骨钻末端的坐标，计算绕曲线C1C3的长度，进而确定克氏针针尖的位置和方向，能够大大提升针尖位置检测的准确性，具有一定的使用价值和推广价值。
附图说明
图1为本发明夹持装置和计算的一种结构示意图。
图中：1、基体法兰；2、机械臂前端把持器；3、套筒；4、克氏针；5、套筒孔；6、套筒安装梯台。
具体实施方式
如图1所示，一种医用骨钻钻头追送方法，包括以下步骤：
步骤S1：检查骨钻是否有正常，将克氏针安装在骨钻上，测量针尖至骨钻末端克氏针长度L；
步骤S2：将克氏针套筒装配进机械臂前端把持器内；
步骤S3：给机械臂规划好路径，并将机械臂移动至规划好路径的初始位置；
步骤S4：在NDI坐标系中获取套筒的前端坐标C1、套筒的后端坐标C2，套筒的方向D1；
步骤S5：将装有克氏针的骨钻插入套筒内，设定克氏针针尖的坐标为C2，通过骨钻上的反光球获取骨钻末端的坐标C3，并获取D3＝C1-C3；
步骤S6：计算套筒方向D1与C1C3连线之间夹角
Figure BDA0004009780340000041
其计算公式为：
Figure BDA0004009780340000051
；
步骤S7：获取C3与D的垂线与D的交点为C4，设定C3至C4的长度为X，C1至C4的长度为Y，X和Y的公式为：
Figure BDA0004009780340000052
Figure BDA0004009780340000053
步骤S8：计算绕曲线前端后端夹角α，其计算公式为：
Figure BDA0004009780340000054
Figure BDA0004009780340000055
Figure BDA0004009780340000056
其中：EI为弯曲强度，F为作用力大小，β为积分变量；
步骤S9：计算绕曲线C1C3之间的绕曲线长度L2，其计算公式为：
Figure BDA0004009780340000057
得到C1C2长度L1＝L-L2，由于套筒为刚性套筒，不会发生形变，确定C2的的方向为D1，进而确定克氏针针尖方向和位置。
实施例一：具体计算过程为：测量克氏针的长度为L＝220.67mm，在NDI坐标中套筒的C1坐标为(-61.86，180.81，-9.27)，通过骨钻末端的反光球获得末端坐标C3为(-69.27，220.228，-11.45)，进而获得D3＝C1-C3＝(-7.4100，39.4180，-2.1800)；
计算夹角
Figure BDA0004009780340000058
的数值：
Figure BDA0004009780340000061
Figure BDA0004009780340000062
Figure BDA0004009780340000063
计算绕曲线前端与后端的夹角α：
带入以下公式：
Figure BDA0004009780340000064
计算得出α＝3.4度。
计算绕曲线的长度L2：
Figure BDA0004009780340000065
Figure BDA0004009780340000066
计算C1C2的长度L1＝L-L2＝180.48
已知C1的坐标为(-61.86，180.81，-9.27)，由于套筒为刚性套筒，不会发生形变，可计算出C2的坐标为(-17.70，6.05，-0.16)，通过实际测量的克氏针针尖C2坐标为(-17.31，6.25，0.12)，通过对比得知误差在0.5mm范围内，符合实际运用要求。
通过上述实施例可以看出，本申请的骨钻追踪方法计算得出的骨钻钻头针尖位置，精度高，大大提升了实际运用时的精度，减少了手术时的创伤，符合目前医疗微创需求的要求。
一种医用骨钻夹持装置，包括基体法兰1，所述基体法兰1上设置机械臂前端把持器2，所述机械臂前端把持器2一端与基体法兰1可拆卸连接，所述机械臂前端把持器2另一端上设置套筒孔5，所述机械臂前端把持器2上套筒孔5位置设置套筒安装梯台6。
基体法兰用于与机械臂连接，机械臂前端把持器用于固定和安装骨钻以及套筒3，方便骨钻的安装和拆卸更换，骨钻上安装克氏针4，套筒孔方便套筒的安装与拆卸更换，套筒根据克氏针的直径更换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：检查骨钻是否有正常，将克氏针安装在骨钻上，测量针尖至骨钻末端克氏针长度L；
步骤S2：将克氏针套筒装配进机械臂前端把持器内；
步骤S3：给机械臂规划好路径，并将机械臂移动至规划好路径的初始位置；
步骤S4：在NDI坐标系中获取套筒的前端坐标C1，套筒的方向D1；
步骤S5：将装有克氏针的骨钻插入套筒内，设定克氏针针尖的坐标为C2，通过骨钻上的反光球获取骨钻末端的坐标C3，并获取D3＝C1-C3；
步骤S6：计算套筒方向D1与C1C3连线之间夹角
Figure FDA0004009780330000011
步骤S7：获取C3与D的垂线与D的交点为C4，设定C3至C4的长度为X，C1至C4的长度为Y，并计算X和Y的数值；
步骤S8：计算绕曲线前端后端夹角α；
步骤S9：计算绕曲线C1C3之间的绕曲线长度L2，
得到C1C2长度L1＝L-L2，确定克氏针针尖方向和位置。
2.根据权利要求1所述一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，所述步骤S6中夹角
Figure FDA0004009780330000012
的计算公式为：
Figure FDA0004009780330000013
。
3.根据权利要求1所述一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，所述步骤S7中X、Y的计算公式为：
Figure FDA0004009780330000014
Figure FDA0004009780330000021
。
4.根据权利要求1所述一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，所述步骤S8中夹角α的计算公式为：
Figure FDA0004009780330000022
Figure FDA0004009780330000023
Figure FDA0004009780330000024
其中：EI为弯曲强度，F为作用力大小，β为积分的变量。
5.根据权利要求1所述一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，所述步骤S9中绕曲线长度L2的计算公式为：
Figure FDA0004009780330000025
Figure FDA0004009780330000026
其中：EI为弯曲强度，F为作用力大小，β为积分的变量。
6.根据权利要求1所述一种医用骨钻钻头追送方法，其特征在于，所述步骤S9中套筒为刚性套筒，确定C2的方向为D1。
7.一种医用骨钻夹持装置，其特征在于，包括基体法兰，所述基体法兰上设置机械臂前端把持器，所述机械臂前端把持器一端与基体法兰可拆卸连接，所述机械臂前端把持器另一端上设置套筒孔。
8.根据权利要求7所述一种医用骨钻夹持装置，其特征在于，所述机械臂前端把持器上套筒孔位置设置套筒安装梯台。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116919595A (zh) * 2023-08-17 2023-10-24 哈尔滨工业大学 基于光学和电磁定位及卡尔曼滤波的骨针位置跟踪方法
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