CN215425067U - 一种自动椎体穿刺成形装置以及骨科手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动椎体穿刺成形装置及骨科手术机器人系统。其中，所述自动椎体穿刺成形装置包括底板以及设置底板上的穿刺单元和骨水泥填充单元两种手术工具；所述自动椎体穿刺成形装置还包括安装于底板上的直线进给单元和工具置换单元；所述直线进给单元运载穿刺单元或骨水泥填充单元向前运动进行穿刺操作或进行骨水泥的注射成型操作，或者向后运动退回至所述工具置换单元；穿刺单元或骨水泥填充单元在工具置换单元上进行位置置换以离开或进入直线进给单元。本实用新型的自动椎体穿刺成形装置与骨科手术机器人配合使用，实现智能自动骨科手术穿刺和骨水泥注入。

Description

一种自动椎体穿刺成形装置以及骨科手术机器人系统

技术领域

本实用新型主要涉及骨科手术机器人领域，特别涉及一种用于骨科手术机器人的自动椎体穿刺成形装置以及骨科手术机器人系统。

背景技术

目前没有可以直接用于骨科手术机器人的全自动椎体穿刺成形装置。大多数是由医生徒手拧入穿刺针和徒手注射骨水泥。人工操作存在以下问题：

（1）由于皮质骨的硬度较高，医生人工进行穿刺时，往往需要使用很大力气拧入，这对人体造成较大的压力，所造成的晃动也比较大，容易出现意外伤害；

（2）徒手置入穿刺针时，医生需要根据经验判断，找好位置进行穿刺，而穿刺过程中由于人工手持穿刺针，位置偏差较大；

（3）使用手工穿刺时，医生徒手拧入时需要时时刻刻把握分尺，容易出现用力过猛导致穿刺过深的情况；

（4）人工注入骨水泥时不好把握注射量，需要多次拍照调整，操作繁琐且整个手术过程时间比较长。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置，解决现有技术采用人工拧入穿刺针和注射骨水泥时产生的不利问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种自动椎体穿刺成形装置，包括底板以及安装于底板上的手术工具，所述手术工具为骨科手术用工具，包括穿刺单元和骨水泥填充单元；所述自动椎体穿刺成形装置还包括安装于底板上的直线进给单元和工具置换单元；所述直线进给单元运载所述手术工具向前运动以进行相应手术操作，或者向后运动退回至所述工具置换单元；工具置换单元容纳手术工具并对直线进给单元运载的手术工具进行置换。

在一些具体实施例中，所述直线进给单元包括动力源、由动力源驱动的滑动组件以及直线进给导轨；所述动力源驱动滑动组件沿所述直线进给导轨前后滑动；所述滑动组件运载所述手术工具前后运动；所述穿刺单元或骨水泥填充单元由直线进给单元运载向前运动进行穿刺操作或进行骨水泥的注射成型操作，或者向后运动退回至所述工具置换单元；所述穿刺单元包括动力源以及穿刺针；穿刺单元的动力源驱动穿刺针旋转以进行骨头穿刺；所述骨水泥填充单元包括动力部分和填充套部分，动力部分包括动力源以及注射器，动力源提供压缩注射器的动力和作用，使注射器将骨水泥注入填充套部分进行骨水泥的注射操作；所述工具置换单元包括动力源、插拨块以及工具置换平台；工具置换平台设置有手术工具容纳腔以及滑动组件容纳空间；工具置换单元的动力源驱动插拨块移动，插拨块与工具置换平台以及直线进给单元相配合，带动手术工具在工具置换单元的容纳腔与直线进给单元的滑动组件上进行位置置换；穿刺单元或骨水泥填充单元在工具置换单元上进行位置置换以离开或移至直线进给单元的滑动组件上。

在一些具体实施例中，所述直线进给单元的动力源驱动为直线电机，直线电机包括相对直接运动的定子和动子；动子安装于动子座，动子座和动子一起与定子之间滑动配合；所述滑动组件包括设置于直线进给导轨上的滑块以及工具应用平台，工具应用平台安装于动子座上；动子座与直线进给导轨上的滑块连接；工具应用平台承载手术工具；工具应用平台与手术工具的配合为：工具应用平台在前后方向限制手术工具，在两侧方向可移出或移入所述手术工具；所述滑动组件上连接有压力传感器，用于检测穿刺单元进行穿刺操作时受到的阻力；所述底板上设置有位置检测装置，位置检测装置与直线进给导轨及滑动组件配合，用于设定或检测滑动组件承载的手术工具的位置。

在一些具体实施例中，所述工具应用平台安装于动子座顶部；所述工具应用平台的顶面设置有安装槽，安装槽与穿刺单元的穿刺底座或骨水泥填充单元的填充套底座相适配，使所述底座在安装槽内前后方向上不可移动、左右两侧可移出或移入；穿刺底座可转动地安装穿刺针；填充套底座安装水泥填充套；所述位置检测装置包括光栅尺和读头，所述光栅尺设置于直线进给导轨一侧；所述读头设置于滑动组件上；直线电机的定子安装于底板上；底板上设置有一对所述直线进给导轨，分别位于所述直线电机定子两侧；定子以及直线进给导轨的长度与直线电机的行程范围相适配；直线进给导轨导向所述滑动组件前后滑动；所述工具应用平台两侧通过导向杆连接于动子座两侧。

在一些具体实施例中，所述工具置换单元的动力源包括置换电机，由置换电机通过直线传动组件与所述插拨块连接，由所述直线传动组件将电机的旋转运动转化为直线运动，带动所述插拨块直线运动；所述插拨块与手术工具相配合，由插拨块带动一个手术工具自滑动组件上移入工具置换平台的对应容纳腔，另一手术工具自对应的容纳腔移出至滑动组件上；工具置换单元的动力源带动插拨块向两侧平移；所述工具置换平台设置有左右两个容纳腔用作穿刺单元容纳腔和骨水泥填充单元容纳腔，分别用于支撑并容纳穿刺底座或骨水泥填充单元的填充套底座；左右两个容纳腔之间断开形成滑动组件容纳空间。

在一些具体实施例中，所述直线传动组件包括齿轮齿条啮合传动或者丝杠传动或蜗轮蜗杆传动；工具置换平台为套设于底板的框状结构，顶部平台形成所述两个容纳腔；工具置换平台的框状结构内部与直线进给单元的滑动组件相适配，具体地：滑动组件可收容于工具置换平台内，滑动组件顶部的工具应用平台与工具置换平台的容纳腔位置对应，插拨块平移带动穿刺底座或填充套底座在工具应用平台与容纳腔之间移入或移出；插拨块为E形框，盖设于工具置换平台的顶部，与容纳腔边沿对齐。

在一些具体实施例中，所述直线传动组件为齿轮齿条啮合传动，置换电机的输出轴上安装有齿轮，插拨块上安装有齿条，由齿条带动插拔块直线移动；通过置换电机带动齿轮旋转，齿轮与齿条啮合将旋转运动转化为直线运动，从而带动插拨块将手术工具进行位置置换；所述工具置换单元还包括导轨安装座，插拨块上有置换导轨，置换导轨安装在导轨安装座上，导轨安装座安装于底板且位于工具置换平台后；置换导轨与导轨安装座之间滑动配合以导向和支撑插拨块的移动。

在一些具体实施例中，所述穿刺单元的动力源为穿刺电机；所述穿刺单元包括所述穿刺电机、穿刺针、穿刺底座和穿刺压盖；穿刺电机安装于穿刺底座上，穿刺压盖将穿刺电机压紧；穿刺针与穿刺电机通过钻夹头连接，通过穿刺电机带动实现穿刺针的高速旋转；所述穿刺单元通过穿刺底座而安装于所述直线进给单元的滑动组件上或工具置换单元的容纳腔内。

在一些具体实施例中，所述骨水泥填充单元的动力源包括填充电机，填充电机连接螺杆或丝杠，螺杆或丝杠上设置有移动座；填充电机的旋转通过接螺杆或丝杠带动移动座沿着螺杆或丝杠的轴向做往复直线运动；所述移动座设置于所注射器的压缩柱上，以推进压缩柱使注射器注射骨水泥；骨水泥填充单元的填充套部分包括骨水泥填充套、填充套底座及填充套压盖；骨水泥填充套安装于填充套底座上，填充套压盖将骨水泥填充套压紧于填充套底座上；骨水泥填充套与注射器之间通过软导管相连，实现骨水泥从注射器输送至骨水泥填充套内；所述骨水泥填充单元通过填充套底座而安装于所述直线进给单元或工具置换单元上；所述注射器的压缩柱内安装有填充压力传感器，用于检测注射骨水泥的压力值。

在一些具体实施例中，所述骨水泥填充单元还包括填充动力底座、填充动力底座内设置有导向槽，螺杆或丝杠安装于导向槽内，移动座安装于导向槽上由所述导向槽导向运动；填充电机安装在填充动力底座上，填充电机的输出端通过联轴器与螺杆或丝杠连接；注射器安装在填充动力底座上；移动座设置于所述注射器的压缩柱的末端，推进压缩柱或释放压缩杆；填充压力传感器设置于压缩柱的末端与移动座之间；所述骨水泥填充单元的动力部分安装于底板背面；所述工具置换单元安装于底板正面后端。

在一些具体实施例中，所述自动椎体穿刺成形装置还包括导向单元，所述导向单元安装于底板正面前端；所述导向单元包括导管以及导向安装座，导管安装于导向安装座，导向安装座安装于底板；所述导管与直线进给单元的位置相适配，与进行手术操作的穿刺针或骨水泥填充套插接或穿套配合；所述直线进给单元运载穿刺单元的穿刺针穿过所述导管后进入手术部位建立通道，所述直线进给单元运载所述骨水泥填充单元的骨水泥填充套与所述导管插接连通，向手术部位建立的通道内注射骨水泥。

在一些具体实施例中，所述直线进给单元通过自动控制运载穿刺单元或骨水泥填充单元向前或向后运动；所述工具置换单元通过自动控制驱动插拨块移动，由插拨块带动手术工具自动置换位置；所述自动控制由设置于骨科手术机器人上或者设置于骨科手术机器人外部的控制中心来实现；控制中心进行数据处理以及对自动椎体穿刺成形装置和骨科手术机器人进行功能控制；直线进给单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；所述穿刺单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；骨水泥填充单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；工具置换单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作。

本实用新型还提供一种骨科手术机器人系统，包括骨科手术机器人以及如上所述的自动椎体穿刺成形装置；自动椎体穿刺成形装置与骨科手术机器人连接，由所述骨科手术机器人操作所述自动椎体穿刺成形装置。

在一些具体实施例中，所述骨科手术机器人系统还包括控制中心，控制中心进行数据处理以及对自动椎体穿刺成形装置和骨科手术机器人进行功能控制；所述控制中心设置于骨科手术机器人内或设置于骨科手术机器人外部；将所述自动椎体穿刺成形装置上设置有安装接口，通过安装接口安装于骨科手术机器臂上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的所述自动椎体穿刺成形装置可实现骨科手术穿刺和骨水泥注入的全自动操作，且由同一装置实现。

本实用新型的所述自动椎体穿刺成形装置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椎体穿刺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。

本实用新型的智能自动椎体穿刺成形装置装有压力传感器，可以测量穿刺手术的过程中所受到的阻力，避免手术事故的发生。

本实用新型的智能椎体穿刺成形装置穿刺过程平稳，相对于人工置穿刺针对人体造成的冲击小，可避免用力过猛带来的伤害。

本实用新型的智能自动椎体穿刺成形装置可实现精准骨水泥注射，可实现定速、定量注射，并且检测注射骨水泥的实时压力值，从而达到精准控制骨水泥注射量。

上述技术特征，以及本实用新型技术方案的其他特征、目的和优点将结合本实用新型的各种实施例及附图进行描述。然而，所揭露的说明性实施例仅仅是示例，并不用于限定本实用新型的范围。

附图说明

图1是本实用新型实施例的用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置的爆炸图。

图 2是本实用新型实施例的用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置的立体图。

图3是本实用新型实施例的用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置的正视图。

图 4是本实用新型实施例骨水泥填充单元的示意图。

图5是本实用新型骨科手术机器人系统的电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型所提供的附图及下述某些实施例的描述并非将实用新型限制在这些实施例中，而是提供给本领域任何一个普通技术人员来制造和使用本实用新型。

参照图1-4，本实用新型的实施例涉及一种用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置，椎体穿刺成形装置包括由底板35以及安装于由底板35上的穿刺单元100、工具置换单元200、直线进给单元300、骨水泥填充单元400、导向单元500。本实用新型的自动椎体穿刺成形装置设置有两种手术工具：穿刺单元100和骨水泥填充单元400。直线进给单元300运载穿刺单元100或骨水泥填充单元400向前运动进行穿刺操作或进行骨水泥的注射成型操作，或者向后运动退回至工具置换单元200。穿刺单元100或骨水泥填充单元400在工具置换单元200上进行位置置换以离开或进入直线进给单元。

直线进给单元300安装于底板35的正面，沿穿刺单元100或骨水泥填充单元400的进针或进给方向设置，用于支撑并导向穿刺单元100以及骨水泥填充单元400的进给。作为一种实施例，直线进给单元300整体设置于底板35的正面中间或沿底板中心线设置。直线进给单元300包括动力源、由动力源驱动的滑动组件以及直线进给导轨36。所述动力源驱动滑动组件沿所述直线进给导轨36前后滑动；滑动组件承载所述穿刺单元100或骨水泥填充单元400前后运动。动力源为电机或现有技术的其他动力形式，下述动力源同样可以采用电机之外的现有技术可实现的动力形式，在此不作赘述。

穿刺单元100包括动力源以及穿刺针2，由直线进给单元300带动穿刺针直线进退运动以到达待建立通道的部位或退回原始位置；由动力源例如电机/电钻带动穿刺针2高速旋转以进行对骨头穿刺，在手术部位建立通道，完成穿刺后退回。穿刺单元100安装于底板35，工作时，穿刺单元100安装于直线进给单元300的工具应用平台5上，由直线进给单元300运载穿刺单元100进退操作，穿刺工作完成后，穿刺单元100可在工具置换单元200工具应用平台5上移至工具置换单元200的工个置换平台21上。

骨水泥填充单元400包括动力部分和填充套部分，动力部分包括动力源以及注射器27，动力源提供自动压缩注射器27的动力和作用，使注射器27将骨水泥注入填充套部分进行骨水泥的注射。骨水泥填充单元400的动力部分可安装于底板背面；填充套部分安装于工具置换单元200上，由工具置换单元200与穿刺单元100置换操作，由直线进给单元300带动填充套40进行工作。

工具置换单元200安装于底板正面后端。导向单元500安装于底板正面前端。

导向单元500包括导管50以及导向安装座51，导管50安装于导向安装座51。进行穿刺操作时，穿刺针2前移且其前端穿过导管50后推进至手术部位，完成骨头穿刺建立通道后，穿刺针2自导管50内退出。骨水泥注射时，骨水泥填充单元400由直线进给单元300带动填充套40的前端穿入导管50，进入骨内通道时行注射操作。

直线进给单元200的动力源驱动为直线电机1，直线电机1包括相对直接运动的定子11和动子10。动子10安装于动子座4上，动子座4和动子10一起与定子11之间滑动配合。直线电机1的定子11安装于底板35上；底板35上设置有一对直线进给导轨36，分别位于直线电机定子11的两侧；定子11以及直线进给导轨36的长度与直线电机4的行程范围相适配。直线电机可以采用平板型直线电机，也可用U型槽直线电机。定子沿底板35的中心线长度方向设置，连接底板后端的工具置换单元以及底板前端的导向单元之间，与直线电机的行程长度一致，供直线进给单元的滑动组件平稳地前后滑动。滑动组件包括设置于直线进给导轨36上的滑块360以及工具应用平台5，工具应用平台5安装于动子座4上；动子座4与直线进给导轨36上的滑块连接360。工具应用平台5承载手术工具，工具应用平台5与手术工具的配合为：工具应用平台5在前后方向限制手术工具移动即前后方向卡紧手术工具，在两侧方向可移出或移入所述手术工具。滑动组件上连接有压力传感器9，用于检测穿刺单元100进行穿刺操作时受到的阻力。底板35上设置有位置检测装置，位置检测装置与直线进给导轨36及滑动组件配合，用于设定或检测滑动组件承载的手术工具的位置。

具体实施例中，直线进给单元300主要包括设置于底板上的直线进给导轨36以及安装于底板上沿直线进给导轨36上前后滑动的滑动组件，滑动组件上承载穿刺单元100或骨水泥填充单元400或其他手术工具。滑动组件中的部件及其连接关系为：导向杆3安装于直线电机动子座4、工具应用平台5安装于直线电机动子座4上，直线电机动子座4与直线进给导轨36的滑块360相连接。进一步地，工具应用平台5上安装有压力传感器9，用于检测工具应用平台5上工作部件的工作压力或阻力大小。直线进给导轨36上设有距离量度装置例如光栅尺34，相应地，滑动组件上设置读数装置如读头37，与距离量度装置配合，以获得或设置滑动组件的移动位置。也可采用现有技术的其他装置来进行移动位置、距离的设定或检测。工具应用平台5用于安装手术工具，带动手术工具前后移动。本实施例中，工具应用平台5与手术工具的安装底座（穿刺底座6或填充套底座13）相适配，使手术工具的底座在前后方向上不可移动，可从左右两侧移出或移入。本实施例中，直线进给单元300主要包括以下部件：直线电机1、直线电机动子座4、导向杆3、工具应用平台5、直线进给导轨36、进给压力传感器9、进给传感器安装座90、光栅尺34、读头37、读头安装座38等。直线电机定子11安装于底板35的中心线方向设置，直线电机动子10驱动穿刺单元100或骨水泥填充单元400沿直线电机定子11前后移动。直线进给导轨36安装于底板35上，分别位于直线电机定子11两侧；直线电机动子座4分别与直线电机动子11和直线进给导轨36的滑块360相连接；导向杆3安装于直线电机动子座4两侧；工具应用平台5分别与两侧通过导向杆3连接于动子座4。进给压力传感器9两端分别与工具应用平台5和进给传感器安装座90连接，进给传感器安装座90安装于直线电机动子座4。直线电机动子10带动直线电机动子座4上的工具应用平台5做直线往复运动。进给压力传感器9可测量直线进给时的压力值。进给压力传感器9可检测工具应用平台5上加载的手术工具所受工作阻力。直线进给单元300也可以采用现有技术的其他动力（步进电机）及传动组件（滚珠丝杠或者同步带传动）。

本实施例中，工具置换单元200主要包括的部件为：工具置换平台21、插拨块14、置换导轨15、导轨安装座20、齿条16、齿轮19、置换电机18和置换电机安装座17。工具置换平台21安装于底板35上，插拨块14上有置换导轨15。置换导轨15安装在导轨安装座20上，导轨安装座20与底板35相连且位于工具置换平台21后。插拨块14上安装有齿条16，置换电机18输出轴上安装有齿轮19，置换电机18安装在置换电机安装座17上，齿轮19与齿条啮合。通过置换电机18带动齿轮19旋转，齿轮19与齿条16啮合将旋转运动转化为直线运动，从而带动插拨块14将工具进行置换。本实施例中工具置换平台21设置有左右两个容纳腔210，分别用于支撑并容纳穿刺单元100的穿刺底座6以及骨水泥填充单元400的填充套底座13，左右两个容纳腔之间断开。插拨块14的形状与工具置换平台21相适配，共同限位容纳腔内的手术工具例如穿刺单元100或骨水泥填充单元400。插拨块14与动力及传动组件配合，实现多个手术工具例如穿刺单元100或骨水泥填充单元400的自动切换。本实施例中，工具置换平台21为套设于底板35的方形框状，顶部形成左右两个容纳腔210，中间断开。工具置换平台21的框形内部，与直线进给单元的滑动组件相适配。当穿刺单元100或骨水泥填充单元400完成工作退回至工具切换单元200时，滑动组件收容于工具置换平台21内，工具应用平台5与工具置换平台21的左右容纳腔210位置对应，用于穿刺底座6和填充套底座13在工具应用平台5及左右容纳腔210之间移入或移出。相应地，插拨块14为E形框，与容纳腔210配合，穿刺底座6和填充套底座13可分别支撑容纳于左右两个容纳腔210，穿刺针2和骨水泥填充套40高于左右两个容纳腔向前伸出。由插拨块14向左或向右移动，从而将穿刺底座6和填充套底座13移入对应的容纳腔内或中间断开空间形成滑动组件容纳空间，相应地将穿刺单元100或骨水泥填充单元400移入或移出工作位。中间断开空间对应直线进给单元300，形成滑动组件容纳空间。动力及传动组件带动插拨块14左右移动，插拨块14左右平移带动穿刺底座6和填充套底座13自工具应用平台5滑入容纳腔210内，或自容纳腔210内滑入工具应用平台5上。动力组件为置换电机18，传动组件为齿轮齿条啮合传动，也可以采用现有技术的其他动力及传动组件，带动插拨块14左右平移。

本实施例中，穿刺单元100主要包括的部件为：穿刺电机8、钻夹头39、穿刺针2、穿刺底座6及穿刺压盖7。穿刺底座6与工具置换平台21和工具应用平台5通过燕尾槽相互配合，实现精确滑动。穿刺电机8安装于穿刺底座6上，穿刺压盖7将穿刺电机8压紧。穿刺针2与穿刺电机8通过钻夹头39连接，通过穿刺电机8带动实现穿刺针2的高速旋转。

本实施例中，骨水泥填充单元400的动力部分主要包括以下部件：填充动力底座23、填充电机33、联轴器31、螺杆26、软导管22、软导管安装座24、注射器27、压缩柱28、填充压力传感器29、填充传感器安装座30、移动座32、注射器托板25等。软导管22安装在软导管安装座24上，软导管安装座24安装在填充动力底座23上。移动座32与螺杆26连接，移动座32与填充动力底座23用矩形槽41做导向，实现螺杆26带动移动座32沿着螺杆的轴向做往复直线运动，螺杆26分别与软导管安装座24和联轴器31相连接，联轴器31与填充电机33相连接。填充电机33安装在填充动力底座23上。注射器托板25安装在填充动力底座23上，注射器27与软导管22连接，压缩柱28内安装有圆形传感器29，填充压力传感器29与填充传感器安装座30连接。填充传感器安装座30安装于移动座32上。

本实施例中，骨水泥填充单元400的填充套部分包括骨水泥填充套40、填充套底座13及填充套压盖12。骨水泥填充套40安装于填充套底座13上，填充套压盖12将骨水泥填充套40压紧于填充套底座13上。填充套底座13与工具置换平台21和工具应用平台5通过燕尾槽相互配合，实现精确滑动。骨水泥填充套13与骨水泥填充的动力部分通过软导管22相连，实现骨水泥从注射器27输送至骨水泥填充套内，从而进入骨头内。

本实用新型用于骨科手术机器人的智能自动椎体穿刺成形装置，其工作原理如下：直线电机1带动夹持穿刺针2的穿刺工具前进，与此同时，穿刺电机8带动穿刺针高速旋转进行对骨头穿刺，完成后由直线电机将穿刺工具退至工具置换单元200上，由置换单元执行工具置换，把穿刺单元100更换为填充套部分。直线电机再次前进将填充套插入原先穿刺建立的通道中。然后，由骨水泥填充单元400压缩骨水泥注射器进行骨水泥注入。完成后直线电机退至工具置换单元200，手术结束。

、本实用新型的智能自动椎体穿刺成形装置适用于骨科手术机器人，与骨科手术机器人配合使用，进行骨科手术穿刺和骨水泥注入。通过安装接口将智能自动椎体穿刺成形装置固定到骨科手术机器臂上获得骨科手术机器人系统，可以按照术前手术规划对椎体穿刺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。

参照图5，本实用新型的骨科手术机器人系统还包括控制中心，控制中心进行数据处理以及对自动椎体穿刺成形装置和骨科手术机器人进行功能控制；所述控制中心设置于骨科手术机器人内或设置于骨科手术机器人外部。控制中心可以是设置于骨科手术机器人上的控制台，包括处理器以及存储单元等，控制台与自动椎体穿刺成形装置的电子部件例如电机、传感器等之间电连接和/或通信连接，控制电机工作，读取和处理传感器检测的相关数据信息。

本实用新型的智能自动椎体穿刺成形装置装有压力传感器，可以测量穿刺手术的过程中所受到的阻力，避免手术事故的发生。本实用新型的智能椎体穿刺成形装置穿刺过程平稳，相对于人工置穿刺针对人体造成的冲击小，可避免用力过猛带来的伤害。本实用新型的智能自动椎体穿刺成形装置可实现精准骨水泥注射，可实现定速、定量注射，并且检测注射骨水泥的实时压力值，从而达到精准控制骨水泥注射量。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如在说明书及权利要求书中所使用，单数形式“一”、“一个”和"所述"包括单数和复数的引用，除非上下文清楚地指示。有时，权利要求书和说明书可包括术语例如“多个”、“一个或多个”或“至少一个”。然而，没有使用这些术语并不意味着、且不应该被解释为，不包括多个。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可传输数据的连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

这里列举的例子和附图所示，仅作为示范说明但并不作为限定，本实用新型可实现的具体实施例。由此可利用或派生其他实施例，以便于在不脱离本实用新型揭露的范围内可进行结构和逻辑替换及改变。仅为方便起见，本实用新型保护主题的这些实施例单独地或共同指作“本实用新型”，但如果不止一个实用新型被披露时，并不主观地限定本申请的范围为任何单一实用新型或实用新型概念。因此，尽管在此揭露了具体实施例，但仍然可以由获得相同目的的任何方案替代所示的具体实施例。本说明书意图涵盖各种实施例的任何和所有的适应性或变换方式。上述实施例的组合，以及其他未特别说明的实施例，本领域技术人员基于上述说明书的描述是显而易见的。

Claims (14)

1.一种自动椎体穿刺成形装置，包括底板以及安装于底板上的手术工具，其特征在于，

所述手术工具为骨科手术用工具，包括穿刺单元和骨水泥填充单元；

所述自动椎体穿刺成形装置还包括安装于底板上的直线进给单元和工具置换单元；

所述直线进给单元运载所述手术工具向前运动以进行相应手术操作，或者向后运动退回至所述工具置换单元；

工具置换单元容纳手术工具并对直线进给单元运载的手术工具进行置换。

2.如权利要求1所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述直线进给单元包括动力源、由动力源驱动的滑动组件以及直线进给导轨；所述动力源驱动滑动组件沿所述直线进给导轨前后滑动；所述滑动组件运载所述手术工具前后运动；所述穿刺单元或骨水泥填充单元由直线进给单元运载向前运动进行穿刺操作或进行骨水泥的注射成型操作，或者向后运动退回至所述工具置换单元；

所述穿刺单元包括动力源以及穿刺针；穿刺单元的动力源驱动穿刺针旋转以进行骨头穿刺；

所述骨水泥填充单元包括动力部分和填充套部分，动力部分包括动力源以及注射器，动力源提供压缩注射器的动力和作用，使注射器将骨水泥注入填充套部分进行骨水泥的注射操作；

所述工具置换单元包括动力源、插拨块以及工具置换平台；工具置换平台设置有手术工具容纳腔以及滑动组件容纳空间；工具置换单元的动力源驱动插拨块移动，插拨块与工具置换平台以及直线进给单元相配合，带动手术工具在工具置换单元的容纳腔与直线进给单元的滑动组件上进行位置置换；穿刺单元或骨水泥填充单元在工具置换单元上进行位置置换以离开或移至直线进给单元的滑动组件上。

3.如权利要求2所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述直线进给单元的动力源驱动为直线电机，直线电机包括相对直接运动的定子和动子；动子安装于动子座，动子座和动子一起与定子之间滑动配合；

所述滑动组件包括设置于直线进给导轨上的滑块以及工具应用平台，工具应用平台安装于动子座上；动子座与直线进给导轨上的滑块连接；

工具应用平台承载手术工具；工具应用平台与手术工具的配合为：工具应用平台在前后方向限制手术工具，在两侧方向可移出或移入所述手术工具；

所述滑动组件上连接有压力传感器，用于检测穿刺单元进行穿刺操作时受到的阻力；

所述底板上设置有位置检测装置，位置检测装置与直线进给导轨及滑动组件配合，用于设定或检测滑动组件承载的手术工具的位置。

4.如权利要求3所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述工具应用平台安装于动子座顶部；所述工具应用平台的顶面设置有安装槽，安装槽与穿刺单元的穿刺底座或骨水泥填充单元的填充套底座相适配，使所述底座在安装槽内前后方向上不可移动、左右两侧可移出或移入；穿刺底座可转动地安装穿刺针；填充套底座安装水泥填充套；

所述位置检测装置包括光栅尺和读头，所述光栅尺设置于直线进给导轨一侧；所述读头设置于滑动组件上；

直线电机的定子安装于底板上；底板上设置有一对所述直线进给导轨，分别位于所述直线电机定子两侧；定子以及直线进给导轨的长度与直线电机的行程范围相适配；

直线进给导轨导向所述滑动组件前后滑动；所述工具应用平台两侧通过导向杆连接于动子座两侧。

5.如权利要求2所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述工具置换单元的动力源包括置换电机，由置换电机通过直线传动组件与所述插拨块连接，由所述直线传动组件将电机的旋转运动转化为直线运动，带动所述插拨块直线运动；

所述插拨块与手术工具相配合，由插拨块带动一个手术工具自滑动组件上移入工具置换平台的对应容纳腔，另一手术工具自对应的容纳腔移出至滑动组件上；工具置换单元的动力源带动插拨块向两侧平移；

所述工具置换平台设置有左右两个容纳腔用作穿刺单元容纳腔和骨水泥填充单元容纳腔，分别用于支撑并容纳穿刺底座或骨水泥填充单元的填充套底座；左右两个容纳腔之间断开形成滑动组件容纳空间。

6.如权利要求5所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述直线传动组件包括齿轮齿条啮合传动或者丝杠传动或蜗轮蜗杆传动；

工具置换平台为套设于底板的框状结构，顶部平台形成所述两个容纳腔；

工具置换平台的框状结构内部与直线进给单元的滑动组件相适配，具体地：滑动组件可收容于工具置换平台内，滑动组件顶部的工具应用平台与工具置换平台的容纳腔位置对应，插拨块平移带动穿刺底座或填充套底座在工具应用平台与容纳腔之间移入或移出；插拨块为E形框，盖设于工具置换平台的顶部，与容纳腔边沿对齐。

7.如权利要求5所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述直线传动组件为齿轮齿条啮合传动，置换电机的输出轴上安装有齿轮，插拨块上安装有齿条，由齿条带动插拔块直线移动；通过置换电机带动齿轮旋转，齿轮与齿条啮合将旋转运动转化为直线运动，从而带动插拨块将手术工具进行位置置换；

所述工具置换单元还包括导轨安装座，插拨块上有置换导轨，置换导轨安装在导轨安装座上，导轨安装座安装于底板且位于工具置换平台后；置换导轨与导轨安装座之间滑动配合以导向和支撑插拨块的移动。

8.如权利要求2所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述穿刺单元的动力源为穿刺电机；所述穿刺单元包括所述穿刺电机、穿刺针、穿刺底座和穿刺压盖；穿刺电机安装于穿刺底座上，穿刺压盖将穿刺电机压紧；穿刺针与穿刺电机通过钻夹头连接，通过穿刺电机带动实现穿刺针的高速旋转；所述穿刺单元通过穿刺底座而安装于所述直线进给单元的滑动组件上或工具置换单元的容纳腔内。

9.如权利要求2所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述骨水泥填充单元的动力源包括填充电机，填充电机连接螺杆或丝杠，螺杆或丝杠上设置有移动座；填充电机的旋转通过接螺杆或丝杠带动移动座沿着螺杆或丝杠的轴向做往复直线运动；所述移动座设置于所注射器的压缩柱上，以推进压缩柱使注射器注射骨水泥；

骨水泥填充单元的填充套部分包括骨水泥填充套、填充套底座及填充套压盖；骨水泥填充套安装于填充套底座上，填充套压盖将骨水泥填充套压紧于填充套底座上；骨水泥填充套与注射器之间通过软导管相连，实现骨水泥从注射器输送至骨水泥填充套内；所述骨水泥填充单元通过填充套底座而安装于所述直线进给单元或工具置换单元上；

所述注射器的压缩柱内安装有填充压力传感器，用于检测注射骨水泥的压力值。

10.如权利要求9所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述骨水泥填充单元还包括填充动力底座、填充动力底座内设置有导向槽，螺杆或丝杠安装于导向槽内，移动座安装于导向槽上由所述导向槽导向运动；填充电机安装在填充动力底座上，填充电机的输出端通过联轴器与螺杆或丝杠连接；

注射器安装在填充动力底座上；移动座设置于所述注射器的压缩柱的末端，推进压缩柱或释放压缩杆；填充压力传感器设置于压缩柱的末端与移动座之间；

所述骨水泥填充单元的动力部分安装于底板背面；

所述工具置换单元安装于底板正面后端。

11.如权利要求2所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述自动椎体穿刺成形装置还包括导向单元，所述导向单元安装于底板正面前端；

所述导向单元包括导管以及导向安装座，导管安装于导向安装座，导向安装座安装于底板；

所述导管与直线进给单元的位置相适配，与进行手术操作的穿刺针或骨水泥填充套插接或穿套配合；

所述直线进给单元运载穿刺单元的穿刺针穿过所述导管后进入手术部位建立通道，所述直线进给单元运载所述骨水泥填充单元的骨水泥填充套与所述导管插接连通，向手术部位建立的通道内注射骨水泥。

12.如权利要求1-11任一项所述的自动椎体穿刺成形装置，其特征在于，

所述直线进给单元通过自动控制运载穿刺单元或骨水泥填充单元向前或向后运动；

所述工具置换单元通过自动控制驱动插拨块移动，由插拨块带动手术工具自动置换位置；

所述自动控制由设置于骨科手术机器人上或者设置于骨科手术机器人外部的控制中心来实现；控制中心进行数据处理以及对自动椎体穿刺成形装置和骨科手术机器人进行功能控制；

直线进给单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；

所述穿刺单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；

骨水泥填充单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作；

工具置换单元的动力源与所述控制中心连接，由控制中心控制工作。

13.一种骨科手术机器人系统，包括骨科手术机器人，其特征在于，所述骨科手术机器人系统还包括如权利要求1-12任一项所述的自动椎体穿刺成形装置；自动椎体穿刺成形装置与骨科手术机器人连接，由所述骨科手术机器人操作所述自动椎体穿刺成形装置。

14.如权利要求13所述的骨科手术机器人系统，其特征在于，所述骨科手术机器人系统还包括控制中心，控制中心进行数据处理以及对自动椎体穿刺成形装置和骨科手术机器人进行功能控制；所述控制中心设置于骨科手术机器人内或设置于骨科手术机器人外部；将所述自动椎体穿刺成形装置上设置有安装接口，通过安装接口安装于骨科手术机器臂上。

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