CN116784928A - 一种骨科置钉装置及骨科置入手术操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种骨科置钉装置及骨科置入手术操作系统。其中，骨科置钉装置包括动力钻机构和进给机构；动力钻机构包括电机；进给机构包括底板以及安装于底板的直线电机和直线导轨；进给机构与动力钻机构连接，由直线电机驱动动力钻机构沿直线导轨做往复运动，实现手术工具的进给运动；骨科置钉装置还包括用于定位导针的导针固定机构；导针固定机构包括固定支座、连杆安装块、两夹紧块以及至少一对连杆；固定支座安装在底板上，连杆安装块安装于固定支座上；一对连杆的各一端活动地连接于连杆安装块，两夹紧块分别与一对连杆的各另一端连接；两夹紧块由紧固件锁紧在一起，导针夹紧于两夹紧块之间。

Description

一种骨科置钉装置及骨科置入手术操作系统

本申请是申请号为202110807537.9、申请日为2021年7月16日、名称为“骨科置钉装置及系统”的分案申请。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种骨科置钉装置及骨科置入手术操作系统。

背景技术

椎弓根钉置入手术是一个很普遍的手术，椎弓根钉在脊柱创伤复位、畸形矫正等治疗方面发挥着重要的作用，而椎弓根钉内固定手术成功的关键在于能否准确地将螺钉经椎弓根置入而不损害神经椎体。

目前没有可以直接用于骨科手术机器人的自动或者半自动椎弓根螺钉置入手术用工具。目前所知的骨科机器人只是用于导航定位至病灶处，由医生徒手实施骨科置入手术；或者是配合使用低速动力钻，手动操作置入螺钉。医生徒手攻丝和置钉时，医生需要付出很大的体力，并且由于皮质骨的硬度较高，医生人工进行扩孔时，往往需要借助锤子等工具敲入，这种操作对人体造成比较大的冲击力，容易出现意外伤害；再有就是在手工拧入螺钉时，最后一下的紧固扭矩无法有效控制。使用低速动力钻进行攻丝和置钉时，医生则缺少徒手拧入的手感，难以判断螺钉是否已经到位；在攻丝及低速动力钻等工具端增加导航标记架，虽然可以实时跟踪工具尖端部在骨头中的位置，但是由于人的反应及生理性疲劳等原因，会存在延时情况，导致深度不够精准。

因此，需要提供一种操作方便容易、骨科置入手术位置精准、能够提高手术效率、降低手术伤害的骨科置钉装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方便容易、手术位置精准的骨科置钉装置及骨科置入手术操作系统。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

一种骨科置钉装置，包括动力钻机构和进给机构；所述动力钻机构包括电机；手术工具安装于动力钻机构上，由电机驱动手术工具旋转；所述进给机构包括底板以及安装于底板的直线电机和直线导轨；所述进给机构与所述动力钻机构连接，由直线电机驱动动力钻机构沿直线导轨做往复运动，实现手术工具的进给运动；所述骨科置钉装置还包括用于定位导针的导针固定机构；所述导针固定机构包括固定支座、连杆安装块、两夹紧块以及至少一对连杆；所述固定支座安装在底板上，所述连杆安装块安装于固定支座上；所述一对连杆的各一端活动地连接于连杆安装块，所述两夹紧块分别与所述一对连杆的各另一端连接；所述两夹紧块由紧固件锁紧在一起，所述导针夹紧于两夹紧块之间。

在一些实施例中，一种骨科置钉装置，包括动力钻机构，手术工具安装于动力钻机构上；所述动力钻机构包括电机，由电机驱动手术工具旋转；所述骨科置钉装置还包括进给机构；所述进给机构包括底板以及安装于底板的直线电机和直线导轨；所述进给机构与所述动力钻机构连接，由直线电机驱动动力钻机构沿直线导轨做直线往复运动，实现手术工具的进给运动。

在一些实施例中，所述进给机构还包括移动座；移动座与动力钻机构以及直线电机的动子连接，由直线电机的动子驱动移动座带动所述动力钻机构直线往复运动；直线导轨上设置有滑块，滑块沿直线导轨滑动配合；所述移动座与滑块连接，与滑块一起沿所述直线导轨相对滑动；所述进给机构进一步包括压力传感器，用于检测手术工具在推进的过程中所受到的阻力；所述压力传感器安装于所述移动座与动力钻机构之间；所述进给机构和/或动力钻机构上还设置有限位开关，检测或限位动力钻机构运动的位置。

在一些实施例中，所述动力钻机构的电机安装于电机安装座上；所述电机安装座与移动座通过导杆连接，共同沿直线导轨直线往复地运动；直线导轨包括两个滑块；所述移动座安装于直线导轨的一个滑块上；所述电机安装座安装于另一个滑块上；所述骨科置钉装置还包括减速器，所述手术工具与减速器的输出轴连接；动力钻机构的电机的旋转输出传输至减速器，由减速器的输出轴带动手术工具旋转；所述限位开关包括光电开关和感应片；光电开关安装于底板上，感应片安装于移动座和/或动力钻机构上；通过感应片与光电开关配合而限位动力钻机构。

在一些实施例中，所述进给机构包括一对所述直线导轨；所述移动座两侧分别安装于一对直线导轨的各一个滑块上，所述电机安装座两侧分别安装于一对直线导轨的另一个滑块上；一对光电开关安装于底板的两侧，一对感应片分别安装于移动座和电机安装座上，通过感应片与光电开关的配合从而限制动力钻机构直线往复运动时前后位置。

在一些实施例中，所述动力钻机构进一步包括增速器；所述增速器安装在减速器上，用于夹紧手术工具；减速器的输出轴与增速器的输入轴连接，实现速度增加的作用；增速器上设置有钻夹头，钻夹头夹持手术工具；钻夹头与增速器的输出轴同轴连接；减速器上安装快拆接头，用于夹持手术工具；快拆接头与减速器的输出轴同轴连接，可拆装地夹紧手术工具；当所述骨科置钉装置执行导针置入时，采用增速器与减速器依次连接实现高转速的输出；当扩孔、攻丝及置钉手术操作时，使用减速器实现低转速大扭矩的输出。

在一些实施例中，所述动力钻机构包括扭矩传感器和转接器，所述扭矩传感器的芯轴一端通过转接器与动力钻机构的电机连接，另一端连接减速器的输入轴，使电机的旋转运动通过扭矩传感器传到减速器，以带动手术工具旋转；电机带动扭矩传感器芯轴转动，并且通过扭矩传感器检测扭矩大小；所述移动座上设置有轴孔；所述扭矩传感器的芯轴的另一端穿过所述移动座上的轴孔与减速器的输入轴连接。

在一些实施例中，所述骨科置钉装置还包括减速器安装座，用于支撑所述减速器；所述进给机构还包括直线轴承；所述导杆穿过直线轴承内，两端分别与所述电机安装座和移动座连接；直线轴承沿着导杆可做直线往复运动；所述减速器安装座连接于所述直线轴承上，随着直线轴承做直线往复运动；所述进给机构进一步包括传感器固定块，所述传感器固定块分别与压力传感器和减速器安装座固定，通过减速器安装座与移动座的相对运动实现压力检测。

在一些实施例中，所述手术工具包括导针、扩孔锥、连接于延长器的骨钉中的一种或多种；所述骨科置钉装置还包括用于定位导针的导针固定机构；所述导针固定机构包括固定支座、连杆安装块、一对夹紧块以及至少一对连杆；所述固定支座安装在底板上，所述连杆安装块安装于固定支座上；所述连杆一端活动地连接于连杆安装块，另一端连接夹紧块；一对夹紧块由紧固件锁紧在一起而将导针夹紧固定。

在一些实施例中，所述导针固定机构包括一对长连杆和一对短连杆；一对长连杆的各一端分别可转动地安装于连杆安装块的两侧；一对短连杆的各一端分别可转动地安装于连杆安装座的两侧；一长连杆和一短连杆的另一端连接固定于一个夹紧块上；通过手拧螺钉将一对夹紧块锁在一起，所述导针夹紧于一对夹紧块之间。

在一些实施例中，所述骨科置钉装置还包括外壳和十字激光系统；所述十字激光系统安装在所述外壳的前端；所述骨科置钉装置还包括双目摄像机，所述双目摄像机安装在所述进给机构前端，且与计算设备或控制中心连接；动力钻机构上设置有导航面，导航面上设置与双目视觉摄像机适配的可见光视觉识别跟踪图案，通过双目摄像机追踪导航面，进行跟踪监控；所述骨科置钉装置还包括导管机构；所述导管机构安装在底板前端；所述导管机构包括导管、导管锁紧座和导管底座；所述导管穿过导管锁紧座的通孔安装于导管锁紧座内；所述导管锁紧座可拆装地安装在导管底座上；所述导管机构还包括上下调节座和调节底座；导管底座安装于所述上下调节座上，所述上下调节座安装在调节底座上，调节底座安装于底板上；所述上下调节座可相对调节底座上下移动以调节高度并定位；所述骨科置钉装置还包括控制电路，与计算设备和/或控制中心电连接和通信连接。

本发明还提供一种骨科置入手术操作系统，包括骨科置钉装置以及与骨科置钉装置连接的计算设备和/或控制中心；所述计算设备和/或控制中心包括处理器以及存储介质，以获取骨科置钉装置的信息进行信息处理以及对所述骨科置钉装置进行功能控制。

与现有技术相比较，本发明具有如下所述优点：

本发明的骨科置钉装置通过进给机构提供动力钻机构直线往复运动的驱动力，进给机构采用直线电机，结合动力钻驱动装置对其所夹持的手术工具例如导针、扩孔锥、丝锥及椎弓根螺钉等手术工具的驱动，从而实现骨科置入手术操作。使用本发明的骨科置钉装置进行骨科置入手术操作，置入手术操作过程平稳，相对于人工骨科置入手术对人体造成的冲击小，提高手术效率和骨科置入手术精准度，可避免徒手骨科置入手术中可能的意外伤害。

进一步地，本发明骨科置钉装置还设有压力传感器完成压力的实时测量，可以测量在骨科置入手术各个工序中手术工具在推进的过程中所受到的阻力；在动力钻驱动装置和手术工具夹持机构之间设置有扭矩传感器，通过所述扭矩传感器可以精确测量椎弓根螺钉在整个置入过程中的扭矩，由此智能判断螺钉是否已经置入到位，避免螺钉在椎弓根中由于没有紧固而引起的松动，提高手术成功率和精准度。

本发明的骨科置钉装置还可以通过安装接口固定到骨科手术机器臂上，可以按照术前手术规划对置钉手术的各个环节的参数进行精确控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证，同时减轻了医生的劳动强度。

进一步地，本发明骨科置入手术操作系统将骨科置钉装置和双目视觉系统及控制中心结合组成完整的手术操作系统，实现智能化骨科置入手术操作，并可以通过所述双目视觉系统追踪智能骨科置钉装置的操作情况，进行跟踪监控，提高骨科置入手术精确度，降低了手术风险。

附图说明

图1是本发明实施例的骨科置钉装置的爆炸图。

图2是本发明实施例的骨科置钉装置的立体图。

图3是本发明实施例的骨科置钉装置移去部分外壳后的立体图。

图4是本发明实施例的骨科置钉装置夹持扩孔锥时的立体图。

图5是本发明实施例的骨科置钉装置夹持置钉手术工具的立体图。

图6是本发明实施例的骨科置钉装置夹持机构上设置导航面的结构示意图，其中图6（a）中导航面设置于减速器本体上，图6（b）中导航面设置于增速器上。

实施方式

本发明的骨科置钉装置包括动力钻机构，包括动力钻机构1以及与动力钻机构1连接并用于产生直线往复运动变量的直线进给机构2，动力钻机构1包括动力钻驱动装置12以及由动力钻驱动装置连接驱动的夹持机构10。夹持机构10用于夹持骨科置入手术工具6例如导针60、扩孔锥61、丝锥及由延伸器安装的骨钉62等。具体地，动力钻驱动装置12可以采用驱动电机。本发明通过直线进给机构提供所述动力钻机构直线往复运动的驱动力，结合动力钻驱动装置对夹持机构的驱动控制，从而实现骨科置入手术操作，以提高手术效率和骨科置入手术精准度，避免以往徒手骨科置入手术中可能造成的意外伤害。

请参阅图1-5，本实施例中，一种骨科置入手术操作系统，包括其包括动力钻机构1、直线进给机构2、手术工具6、选择性使用的导针固定机构7、十字激光系统8、选择性使用的导管机构3、双目摄像机9。本发明的骨科置入手术系统常用作骨科置钉手术所用的操作装置。

动力钻机构1连接于直线进给机构2，直线进给机构2产生直线往复运动且驱动动力钻机构1直线往复运动。所述动力钻机构1包括动力钻驱动装置12以及由动力钻驱动装置12连接的手术工具夹持机构10。夹持机构10内装设有骨科置入手术用工具即手术工具6，动力钻驱动装置12驱动手术工具6旋转运动。动力钻驱动装置12一般为电机，动力钻机构1还包括电机安装座13，电机安装于电机安装座13上。电机安装座13与直线进给机构2连接，从而实现由进给机构2驱动动力钻机构1直线进给运动，实现手术工具向手术部位内推进。

具体地，直线进给机构

2包括底板29以及安装于底板29上的直线电机20、一对直线导轨21、移动座23、光电开关230和感应片231。直线导轨21有两个滑块210，滑块210相对直线导轨21滑动且不脱离直线导轨21。所述移动座23分别与直线电机20和直线导轨21连接由直线电机20驱动产生直线往复的相对运动。具体地，移动座23安装于直线电机的动子201上，由动子201驱动直线运动；同时，移动座23安装于滑块210上，与滑块210一起沿着导轨21滑动。本实施例中，直线电机的定子200设置于一对直线导轨21之间。直线电机20可采用平板式直线电机或U型槽式直线电机。直线导轨21与底板29固定安装，所述直线电机20安装于底板29。

一对光电开关230安装于底板29的两侧，一对感应片231分别安装于移动座23及电机安装座13上，通过感应片231与光电开关230的配合从而限制动力钻机构1直线往复运动时前后位置不会超出限位，以避免发生机械故障。光电开关230可以采用其他限位开关，用于检测和限制动力钻机构1的极限位置。光电开关230可以是红外光传感器，可包括红外接收模块和红外发射模块，当移动座23或电机安装座13运动使感应片231移动至光电开关230处时，隔断红外信号。光电开关的信息传送至控制主板或控制中心，控制直线电机的开或关。

动力钻机构1安装在移动座23上，与移动座23一起运动。动力钻机构1的电机安装座13与直线进给机构2的移动座23连接，具体是通过导杆17连接，本实施例中，导杆17上可相对滑动地穿套有直线轴承18，导杆17两端连接电机安装座13和直线进给机构2，使电机安装座13和直线进给机构2的相对位置固定。

移动座23安装于直线导轨21的一个滑块210上，电机安装座13安装于直线导轨21的另一滑块210上，可沿所述直线导轨21做直线往复的相对运动。直线轴承18安装于导杆17上，直线轴承18可沿着导杆17做相对运动。电机安装座13通过导杆17与移动座23固定在一起，共同可沿着直线导轨21做直线往复运动。直线轴承18位于电机安装座13和移动座23之间，由导杆17串接，由电机安装座13和移动座23带动直线轴承一起直线往复运动。电机安装座13和移动座23上设置有轴孔（未图标），各安装导杆17的一端，直线轴承18内设置有通孔，导杆17穿过通孔。

直线进给机构2进一步包括压力传感器26，所述压力传感器26固定于所述移动座23上，同时通过传感器固定块260安装于动力钻机构1上，压力传感器26位于直线进给机构2和动力钻机构1之间，通过直线进给机构2与动力钻机构1之间的相对运动或相互作用力可实现压力检测。压力传感器完成压力的实时测量，可以测量在骨科置入手术各个工序中手术工具在推进的过程中所受到的阻力，避免手术事故的发生。动力钻机构1包括减速器11以及减速器安装座16，减速器11用于安装夹持手术工具6。减速器安装座16固定在直线轴承18上，可随着直线轴承18做直线往复运动。所述传感器固定块260分别与压力传感器26和减速器安装座16固定，通过减速器安装座16与移动座23的相对运动可实现压力检测。本实施例中，减速器安装座16为罩体结构，罩设于移动座23、扭矩传感器15及电机安装座13外。减速器安装座16的底部边沿设置有卡槽（未图标），与直线轴承18之间卡紧配合，直线轴承18位于移动座23与电机安装座13之间，由导杆17穿过直线轴承18，导杆17的两端分别与直线轴承前后的移动座23和电机安装座13连接，从而整体一起滑动。

动力钻机构1还包括扭矩传感器15、伺服电机12（驱动装置及电机均以标号12指示）和转接器14。扭矩传感器15安装在所述移动座23上，所述伺服电机12安装在所述电机安装座13上，通过转接器14将伺服电机12与扭矩传感器15连接，从而使伺服电机12可带动扭矩传感器芯轴转动，扭矩传感器芯轴转动带动减速器11内装夹的对应手术工具6转动，从而进行建立通道、扩孔、攻丝或置钉等相关手术操作。并且通过扭矩传感器15可实时检测扭矩大小。通过所述扭矩传感器15可以精确测量在整个置钉手术过程中的扭矩，由此智能判断手术工具如骨钉是否已经置入到位，避免骨钉在手术部位（如椎弓根）中由于没有紧固而引起的松动，以提高手术成功率和精准度。

动力钻机构1的夹持机构10用于装夹手术工具6。夹持机构10包括减速器11，减速器11安装在减速器安装座16上，减速器11的输入轴与扭矩传感器15连接，所述伺服电机12将旋转运动通过扭矩传感器15传到减速器11上。减速器11连接有快拆接头110，用于可拆装手术工具6。快拆接头110可采用弹簧、钢珠与套筒的配合结构，以便于方便快捷地拆装手术工具6。

本发明的置钉装置还包括增速器19与减速器11配合，从而满足导针置入、扩孔、攻丝、置钉等手术操作过程对转速的不同需求。

其中，当导针60置入时，采用增速器19与减速器11依次连接实现高转速的输出；当扩孔、攻丝及上钉手术操作时，仅使用减速器11可实现低转速大扭矩的输出，此时需要拆除增速器19，由减速器11后的快拆接头110单独夹持扩孔、攻丝或置钉手术操作用的工具。参照图2-3，当导针60置入时，采用增速器19与减速器11依次连接实现高转速的输出。参照图4-5，当扩孔、攻丝及置钉时，仅使用减速器11可实现低转速大扭矩的输出，此时可不采用增速器11。

具体地，当导针60置入时，采用增速器19与减速器11依次连接实现高转速的输出，此时采用钻夹头190夹持导针安装于增速器19上，增速器19与减速器11耦合，减速器11的输出轴与增速器19的输入轴连接，实现速度增加的作用。增速器19上设置有钻夹头190，增速器19及其钻夹头190向前夹持导针，减速器11及快拆接头110向后夹持扩孔、攻丝或置钉用手术工具。快拆接头110与减速器11的输出轴同轴连接，钻夹头190与增速器19的输出轴同轴连接。减速器11与所述动力钻驱动装置12相连接。减速器11的输出轴与增速器19的输出轴同轴。因此，骨科置入手术用工具6如导针60与减速器11的输出轴和增速器19的输出轴连接，由钻夹头190夹紧，由减速器11的输出轴和/或增速器19的输出轴驱动手术工具6（导针60）旋转。

再次参阅图4-5，夹持机构10为扩孔/置钉手术工具二合一多功能夹持机构，包括减速器11和快拆接头110，减速器11与扭矩传感器15及动力钻伺服电机12相连接。扩孔锥61或连接于延长器的骨钉62可以通过快拆接头110快速连接到减速器11上。减速器11可以通过螺钉与扭矩传感器15连接，从而实现伺服电机12将旋转运动通过扭矩传感器15传到减速器11上。

手术工具6为骨科置入手术操作所用的工具，包括导针60、扩孔锥61、连接于延长器的骨钉62。骨钉可以是椎弓根置钉。根据骨科手术的操作规划选择使用手术工具6。

本实施例的骨科置钉装置还包括用于定位导针60的导针固定机构7。

导针固定机构7包括固定支座70和连杆安装块71。固定支座70安装在底板29上，连杆安装块71安装在固定支座70上。具体地，导针固定机构7夹持定位导针60的尾部，固定支座70安装在底板29的尾部由紧固件如螺钉固定，连杆安装块71安装在固定支座70的顶部，由紧固件如螺钉固定。

导针固定机构7进一步包括夹紧块72、短连杆73、长连杆74和紧固件如手拧螺钉75。本实施例中，一对长连杆74各一端分别安装在连杆安装块71两侧，可围绕安装点（转轴或铰链）转动；一对短连杆73各一端分别安装在连杆安装块71上，可围绕安装点（转轴或铰链）转动。一对夹紧块72分别与一对长连杆74和一对短连杆73的各另一端连接，固定连接，例如，通过紧固件螺钉将长连杆和短连杆的另一端紧固连接在夹紧块的底部。通过所述手拧螺钉75（也可以是其他紧固件）将两夹紧块72锁在一起即可将导针60夹紧在两夹紧块72中间。夹紧块72的相对的侧面形成有导针槽，两夹紧块72夹紧时，导针槽合拢，将导针60夹紧在槽内。本实施例中，每一夹紧块72由上下设置的长连杆74和短连杆73一端转动地连接连杆安装块71的一侧。夹紧块72底部形成台阶，从而上下固定长连杆74和短连杆73的另一端。紧固件手拧螺钉75将两夹紧块72锁紧且位于减速器安装座16的顶面。每一夹紧块72也可只由长连杆或短连杆转动地连接于连杆安装块71上。

本实施例的骨科置钉装置包括外壳5，外壳5安装于底板29上，其内收纳进给机构2以及动力钻机构1的部分部件，减速器42安装于减速器安装座16上向上伸出至外壳5顶部一定高度，以安装骨科手术工具6。

本发明的骨科置钉装置包括十字激光系统8。十字激光系统8设置于骨科置钉装置前端，由前壳80将十字激光系统8固定在外壳5的前端，为医生提供准确的患者皮肤切口位置。

本发明的骨科置钉装置包括导管机构3，其包括导管35、锁紧旋钮36、导管锁紧座37、导管底座34、上下调节座30和调节底座31。所述导管35穿过导管锁紧座37安装孔而安装在锁紧座37内。所述紧固件如锁紧旋钮36将锁紧座37可拆卸地安装在导管底座34上，用于将方便拆装导管和导管机构37。参照图4-5，在扩孔和骨科置入手术时，无需使用导管35，因此拆除导管35及导管锁紧座37。导管底座34安装在上下调节座30上，所述上下调节座30安装在调节底座31上，可通过上下调节座调节高度，并通过紧固件例如手拧螺钉或销钉等定位。所述调节底座31安装在底板29上。导管机构3安装在外壳5和底板29前端。

本发明的骨科置钉装置包括双目摄像机9，双目摄像机9通过双目安装座90安装在进给机构前端下方，通过平台固定座91固定于底板29或直线导轨21下侧，双目摄像机9与计算设备或控制中心连接，可以进行跟踪识别及术中监控。计算设备或控制中心可以是设置于手术机器人上或者设置于手术机器人外部的计算设备或控制台，用于获取信息、进行信息处理以及功能控制等。

本发明还提供一种骨科置入手术操作系统，包括上述骨科置钉装置、双目视觉系统，以及计算设备或控制中心，所述双目视觉系统连接所述计算设备/控制中心。计算设备/控制中心包括处理器以及存储器，用于获取信息、数据处理以及对骨科置钉装置的功能控制。所述双目视觉系统包括用作双目视觉空间定位的双目摄像机9，所述双目摄像机9连接所述计算设备/控制中心。

在本实施例中进给机构2可以是这样实现，直线导轨21与底板29固定安装，底板29上安装有直线电机20，直线电机20与直线导轨21的相对位置固定。滑块210设置于直线导轨21上，可沿直线导轨21做直线往复的相对运动，移动座23固定在滑块210上。直线电机20驱动移动座23与直线导轨21产生直线往复的相对运动。移动座23的进给运动的精确定位是通过光栅尺25及读头24实现的。读头24通过读头安装座22安装于移动座23上，也可以安装于动力钻机构1上（例如安装于电机安装座13）。移动座23上设置有感应片231，与光电开关230配合，限定移动座23运动的极限位置。感应片231也可以安装于动力钻机构1上（例如安装于电机安装座13）。动力钻机构1安装在移动座23上。其他实施例中，移动座23位于减速器安装座16的前端内部，电机安装座13位于减速器安装座16的后端内部，移动座23上设置有一感应片231，与光电开关230配合，限定移动座23前向运动的极限位置。电机安装座13上设置有一感应片231，限定电机安装座13后向运动的极限位置。设置前后两处限位开关组件，来限定动力钻机构的前后的极限位置。

本实施例中，动力钻机构1采用的动力钻驱动为动力钻伺服电机12，在动力钻伺服电机12和骨科手术工具的夹持机构10之间设置有扭矩传感器15。通过扭矩传感器15可以精确测量椎弓根螺钉或骨科置入物在整个置入过程中的扭矩，由此智能判断螺钉或骨置入物是否已经置入到位；避免螺钉在椎弓根中由于没有紧固而引起的松动，以及椎弓根被拧爆。动力钻伺服电机12安装在电机安装座13上，夹持机构10安装在移动座23上，在进给机构2的移动座23与电机安装座13之间连接有导杆17，导杆17上安装有直线轴承18，电机安装座13安装在直线导轨21上的另一滑块210上。

压力传感器26设置在动力钻机构1与进给机构2的移动座23之间，完成压力的实时测量，可以测量在骨科置入手术的各个工序中手术工具在推进的过程中所受到的阻力，避免手术事故的发生。

在本实施例中，导针固定机构7的固定支座70安装在底板29上，夹紧块72通过长连杆74和短连杆73连接位于减速器安装座16上且位于减速器11的后方，与快拆接头110位置对应，紧固件将两块夹紧块72锁紧在一起从而将导针60夹紧。

骨钉的置入手术过程一般包括以下工序：定位、开底孔、攻丝、置钉。本发明骨科置钉装置也可用于置入其他的置入物的骨科手术操作。常规置入物为骨钉，例如空心椎弓根螺钉。

采用本发明骨科置钉装置还进一步包括导针固定机构7，在使用导针60进行导向的手术工序例如扩孔、攻丝、置钉等手术工序中，使用导针固定机构7将导针60夹持固定。导针60前端插入导管35中，首先根据手术部位和角度将导针60置入，参照图2-3，导针用来确定椎弓根螺钉置入的位置和角度，并对扩孔锥、丝锥、连接于延长器的骨钉等工具进行导向；再换上扩孔锥61，参照图4，顺着导针对手术部位进行扩孔；最后换上连接于延长器的骨钉62，顺着导针60置入螺钉，参照图5。导管35由导管锁紧座37安装于导管底座34上或从导管底座34上拆除。导针60在置入过程中，导针固定机构7不参与工作。

骨科置钉装置还包括控制电路，所述控制电路用于控制进行骨科置入手术操作，同时检测骨科置入手术情况。具体地，控制电路通过RSS485或CAN通讯可以与控制中心/计算设备相连，根据术前规划控制工具的各种运动。骨科置钉装置还包括安装接口，通过安装接口可以将所述骨科置钉装置安装在骨科手术机器人的机械臂上，实现智能半自动化骨科置入手术操作。

参照图6，本发明的骨科置钉装置的动力钻机构的夹持机构上可设置导航面4，导航面可设置于减速器11的本体上；导航面4上设置与双目视觉系统相适配的可见光视觉识别跟踪图案。通过所述双目视觉系统追踪智能骨科置钉装置上的导航面，进行跟踪监控。导航面4还可设置于增速器19的本体上。

以上各实施例中的结构或部件之间可相互组合或替换获得其他实施例，仍为本发明的范畴，具体结构及工作原理在此不作赘述。

本发明通过进给机构提供所述动力钻机构直线往复运动的驱动力，结合动力钻驱动装置对夹持机构的驱动控制，夹持机构主要包括减速器11以及快拆接头110，用于夹持手术中所需的导针、扩孔锥、丝锥或连接于延长器的骨钉（如椎弓根螺钉）等，从而实现骨科置入手术操作，使用本发明的骨科置钉装置进行骨科置入手术，手术操作过程平稳，相对于人工骨科置入手术而言，对人体造成的冲击小，手术效率和骨科置入手术精准度更高，可避免徒手骨科置入手术中可能造成的意外伤害。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种骨科置钉装置，包括动力钻机构和进给机构；所述动力钻机构包括电机；手术工具安装于动力钻机构上，由电机驱动手术工具旋转；其特征在于，所述进给机构包括底板以及安装于底板的直线电机和直线导轨；所述进给机构与所述动力钻机构连接，由直线电机驱动动力钻机构沿直线导轨做往复运动，实现手术工具的进给运动；

所述骨科置钉装置还包括用于定位导针的导针固定机构；所述导针固定机构包括固定支座、连杆安装块、两夹紧块以及至少一对连杆；所述固定支座安装在底板上，所述连杆安装块安装于固定支座上；所述一对连杆的各一端活动地连接于连杆安装块，所述两夹紧块分别与所述一对连杆的各另一端连接；所述两夹紧块由紧固件锁紧在一起，所述导针夹紧于两夹紧块之间。

2.如权利要求1所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述至少一对连杆包括一对长连杆和一对短连杆；所述一对长连杆的各一端分别可转动地安装于连杆安装块的两侧，另一端分别与一个所述夹紧块连接；所述一对短连杆的各一端分别可转动地安装于连杆安装座的两侧。

3.如权利要求1所述的骨科置钉装置，其特征在于，

导针固定机构夹持定位导针的尾部；所述固定支座安装在所述底板的尾部，由紧固件固定；所述连杆安装块安装在所述固定支座的顶部，由紧固件固定；

通过紧固件将长连杆的另一端以及短连杆的另一端连接在夹紧块的底部；

每一夹紧块的底部形成台阶，从而上下固定长连杆和短连杆的另一端；

所述两夹紧块的相对的侧面形成有导针槽，两夹紧块夹紧时，导针槽合拢，将导针夹紧在槽内。

4.如权利要求1所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述电机安装于电机安装座上；所述进给机构包括移动座；所述移动座与动力钻机构以及直线电机的动子连接，由直线电机的动子驱动移动座带动所述动力钻机构沿直线导轨做直线往复运动，实现手术工具的进给运动；

所述动力钻机构还包括减速器，所述手术工具与减速器的输出轴连接；动力钻机构的电机的旋转输出传输至减速器，由减速器的输出轴带动手术工具旋转；

所述减速器安装于减速器安装座上；

所述两夹紧块由紧固件锁紧且位于减速器安装座的顶面。

5.如权利要求4所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述动力钻机构包括增速器；

减速器的输出轴与增速器的输入轴连接，实现速度增加的作用；

增速器上设置有钻夹头，钻夹头夹持手术工具；钻夹头与增速器的输出轴同轴连接；

减速器上安装快拆接头，用于夹持手术工具；快拆接头与减速器的输出轴同轴连接，可拆装地夹紧手术工具；

当所述骨科置钉装置执行导针置入时，采用增速器与减速器依次连接实现高转速的输出；当扩孔、攻丝及置钉手术操作时，只使用减速器实现低转速大扭矩的输出；

所述手术工具包括导针、扩孔锥、连接于延长器的骨钉中的一种或多种。

6.如权利要求4所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述动力钻机构包括扭矩传感器和转接器，所述扭矩传感器的芯轴一端通过转接器与动力钻机构的电机连接，另一端连接减速器的输入轴，使电机的旋转运动通过扭矩传感器传到减速器，以带动手术工具旋转；电机带动扭矩传感器芯轴转动，并且通过扭矩传感器检测扭矩大小；

所述移动座上设置有轴孔；所述扭矩传感器的芯轴的另一端穿过所述移动座上的轴孔与减速器的输入轴连接；

所述进给机构进一步包括压力传感器，用于检测手术工具在推进的过程中所受到的阻力；所述压力传感器安装于所述移动座与动力钻机构之间；

所述进给机构和/或动力钻机构上还设置有限位开关，检测或限位动力钻机构运动的位置；

所述限位开关包括光电开关和感应片；光电开关安装于底板上，感应片安装于移动座和/或动力钻机构上；通过感应片与光电开关配合而限位动力钻机构。

7.如权利要求4所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述直线导轨上设置有两个滑块，滑块沿直线导轨滑动配合；所述移动座安装于直线导轨的一个滑块上，所述电机安装座安装于另一个滑块上，与滑块一起沿所述直线导轨相对滑动；

所述电机安装座与移动座通过导杆连接，共同沿直线导轨直线往复地运动；

所述进给机构还包括直线轴承；所述导杆穿过直线轴承内，两端分别与所述电机安装座和移动座连接；直线轴承沿着导杆可做直线往复运动；

所述减速器安装座连接于所述直线轴承上，随着直线轴承做直线往复运动。

8.如权利要求1所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述骨科置钉装置还包括控制电路，与计算设备和/或控制中心电连接和通信连接；

所述骨科置钉装置还包括双目摄像机，所述双目摄像机安装在所述进给机构前端，且与计算设备或控制中心连接；动力钻机构上设置有导航面，导航面上设置与双目视觉摄像机适配的可见光视觉识别跟踪图案，通过双目摄像机追踪导航面，进行跟踪监控；

所述骨科置钉装置还包括外壳和十字激光系统；所述十字激光系统安装在所述外壳的前端。

9.如权利要求1~8任一顶所述的骨科置钉装置，其特征在于，

所述骨科置钉装置还包括导管机构；所述导管机构安装在所述底板的前端；

所述导管机构包括导管、导管锁紧座和导管底座；

所述导管穿过导管锁紧座的通孔安装于导管锁紧座内；所述导管锁紧座可拆装地安装在导管底座上；

所述导管机构还包括上下调节座和调节底座；

导管底座安装于所述上下调节座上，所述上下调节座安装在调节底座上，调节底座安装于底板上；所述上下调节座可相对调节底座上下移动以调节高度并定位。

10.一种骨科置入手术操作系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1~9任一项所述的骨科置钉装置以及与骨科置钉装置连接的计算设备和/或控制中心；所述计算设备和/或控制中心包括处理器以及存储介质，以获取骨科置钉装置的信息进行信息处理以及对所述骨科置钉装置进行功能控制。