专利名称：无框架脊柱导航手术机器人的制作方法
无框架脊柱导航手术机器人本发明属于一种医疗手术器械。众所周知，脊柱疾患的手术治疗方法很多，如椎弓根钉内固定术、经皮椎体成形 术、经皮椎体活检术等、经皮齿状突骨折螺钉内固定术等。由于这些术式涉及内植物置入或 注入，就必然涉及不同的穿刺路径与精度，其中以精确的经椎体椎弓根途径最为重要。不当 的经椎弓根穿刺可导致神经、血管及内脏损伤，严重时可使患者瘫痪甚至危及生命。目前引 导穿刺置入的方法主要包括人工置入、计算机辅助导航系统以及有框架微型脊柱手术机器 人等，这些方法均存在一定的不足之处如人工置入精度不高，计算机辅助导航系统需要借 助昂贵的设备和特殊的器械，操作程序繁琐，且存在不能动态监测、注册匹配失误等问题， 椎弓根穿刺精度有时仍不理想。有框架微型脊柱手术机器人需先切几个小口将一个框架固 定于人体，摄片后再由计算机进行图像匹配引导置入，不仅增加了创伤，也给医生操作带来 了不便，且同样存在操作程序繁琐、注册匹配失误等问题。因此，寻在新的高精度、安全可靠 的经椎体椎弓根途径置入方法是亟待解决的重要课题之一。本发明的目的是提供一种经椎体椎弓根途径精度高、安全可靠且操作简便的脊柱 导航手术机器人。本发明的技术方案是这样实现的。无框架脊柱导航手术机器人，由中空机械手、移 动单元和主控系统三部分组成，共七个自由度。中空机械手包括机座板、导针座及升降驱 动电机、导针及正反旋转驱动电机等。移动单元包括手术台车、X方向移动和旋转导轨和电 机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和旋转导轨和电机。主控系统由控制台、计算机、手 控器、外部场景显示系统、电机驱动器、控制软件等组成。导针座有一透视孔，通过该孔用C 型臂X线机沿椎体椎弓根轴位进行透视可见椎弓根投影量近似椭圆形，导针包括针芯和外 套管两部分，针芯尾部用金属架或透射线材料增粗并可恰好固定于该孔中，调整中空机械 手的位置与角度，使导针的透视投影呈一圆点并位于上述椎弓根近椭圆形投影中心，正反 向旋转并下降导针，即可使导针沿椎弓根轴线准确打入椎弓根及椎体内，其操作步骤是1 手术前先对欲置入的目标椎体逐一进行CT扫描，在侧位像平分椎弓根的椎体横断面CT图 像上，测量椎弓根导针理想轴线与椎体自身矢状线夹角；2将C型臂X线机调整至目标椎 体的标准侧位像，移动机械手使导针投影的延长线通过椎弓根投影中心且与椎体上终板平 行，限制机械手头尾方向移动并锁定矢状面倾斜角；3透视确定目标椎体的标准正位像，并 以此作为“0点” ；4根据测量的椎弓根导针理想轴线语椎体自身矢状线夹角值，由“0”点向 目标椎弓根一侧旋转C型臂，使其投射轴线与椎弓根设计轴线一致；5调整机械手至导针投 影为一圆点并位于椎弓根近椭圆形投影中心(即机械手轴位，导针轴位)，使机械手轴线与 椎弓根设计轴线一致；6启动机械手正反转旋转并下降导针，使其经椎弓根进入椎体内一 定深度，实时透视监测导针置入过程，确保其投影不偏离椎弓根投影中心。此过程无需于 患者身体上安装定位框架。本发明的结构结合附图详述如下。无框架脊柱导航手术机器人由中空机械手1、 移动单元和主控系统三部分组成，共七个自由度。中空机械手包括机座板2、导针座3及升 降驱动电机4、导针5及正反旋转驱动电机6等。移动单元包括手术台车7、X方向移动和旋转导轨和电机8、Y方向移动导轨和电机9、Z方向移动和旋转导轨和电机10。主控系统 由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统、电机驱动器、控制软件等组成。导针座有一 透视孔11，通过该孔用C型臂X线机沿椎体椎弓根轴位进行透视可见椎弓根投影呈近似椭 圆形，导针5括针芯13和外套管14两部分，针芯13尾部用金属架12或透射线材料增粗并 可恰好固定于该孔11中，调整中空机械手1的位置与角度，使导针5的透视投影呈一圆点 并位于上述椎弓根近椭圆形投影中心，正反向旋转并下降导针5，即可使导针沿椎弓根轴线 准确打入椎弓根及椎体内，其操作步骤是1手术前先对欲置入的目标椎体逐一进行CT扫 描，在侧位像平分椎弓根的椎体横断面CT图像上，测量椎弓根导针理想轴线与椎体自身矢 状线夹角；2将C型臂X线机调整至目标椎体的标准侧位像，移动机械手使导针投影的延长 线通过椎弓根投影中心且与椎体上终板平行，限制机械手头尾方向移动并锁定矢状面倾斜 角；3透视确定目标椎体的标准正位像，并以此作为“0点”;4根据测量的椎弓根导针理想轴 线语椎体自身矢状线夹角值，由“0”点向目标椎弓根一侧旋转C型臂，使其投射轴线与椎弓 根设计轴线一致；5调整机械手至导针投影为一圆点并位于椎弓根近椭圆形投影中心(即 机械手轴位，导针轴位)，使机械手轴线与椎弓根设计轴线一致；6启动机械手正反转旋转 并下降导针，使其经椎弓根进入椎体内一定深度，实时透视监测导针置入过程，确保其投影 不偏离椎弓根投影中心。此过程无需于患者身体上安装定位框架。本发明具有以下优点1、精度高，稳定性好；2、安全可靠；3、能降低医生的工作强 度；4、便于医学培训；5、可进行远程手术。适用于多种脊柱手术，如引导置入椎弓根螺钉、 椎体成形术等。说明书
1.中空机械手2.机座板3.导针座4.升降驱动电机5.导针 6.正反旋转驱动电机7.手术台车8. X方向移动和旋转导轨和电机9.方向移动和旋转导轨 和电机10. Z方向移动和旋转导轨和电机11.透视孔12.金属架13.导针针芯14.导针外 套管。图1 无框架脊柱导航手术机器人侧视示意图；图2 中空机械手侧面示意图；图3 导针结构示意图。
权利要求
一种无框架脊柱导航手术机器人，由中空机械手、移动单元和主控系统三部分组成，共七个自由度。中空机械手包括机座板、导针座及升降驱动电机、导针及正反旋转驱动电机等。移动单元包括手术台车、X方向移动和旋转导轨和电机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和旋转导轨和电机。主控系统由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统、电机驱动器、控制软件等组成。其特征在于该机器人没有需固定于人体的定位用框架。
2.根据权力要求1所述的无框架脊柱导航手术机器人，其特征在于中空机械手的导 针座有一透视孔，通过该孔用射线透视，可见椎弓根与导针的投影分别呈近似椭圆形和一 圆点，调整中空机械手使该圆点位于椎弓根近椭圆形投影的中心，正反向旋转并下降导针， 即可使导针沿椎弓根轴线准确打入椎弓根。
3.根据权力要求1所述的无框架脊柱导航手术机器人，其特征在于其所用导针座包 括针芯和外套管两部分，针芯尾部用金属架或透射线材料增粗可恰好固定于孔中。
全文摘要
一种无框架脊柱导航手术机器人，它由中空机械手、移动单元和主控系统三部分组成，共七个自由度。中空机械手包括机座板、导针座及升降驱动电机、导针及正反旋转驱动电机等。移动单元包括手术台车、X方向移动和旋转导轨和电机、Y方向移动导轨和电机、Z方向移动和旋转导轨和电机。主控系统由控制台、计算机、手控器、外部场景显示系统、电机驱动器、控制软件等组成。其特征在于中空机械手的导针座有一透视孔，通过该孔用射线透视，可见椎弓根与导针的投影分别呈近似椭圆形和一圆点，调整中空机械手使该圆点位于椎弓根近椭圆形投影的中心，正反向旋转并下降导针，即可使导针沿椎弓根轴线准确打入椎弓根。置针过程无需在人体上安装定位用的框架，该机器人具有精度高、安全可靠、操作简便、能降低医生的工作强度、便于医学培训、可进行远程手术等优势，可用于引导置入椎弓根螺钉、椎体成形术等脊柱手术。
文档编号A61B17/00GK101904757SQ200910141599
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者张春霖 申请人:张春霖