一种膝关节内半月板微型手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种膝关节内半月板微型手术机器人。

背景技术

半月板是两个新月形的纤维软骨盘，位于膝关节内侧和外侧的股骨和胫骨表面之间，主要成分是水、胶原蛋白和蛋白多糖，具有抗张力、抗压和抗剪应力的能力。随着社会生活水平的提高，人们运动方式也日益多样化，导致膝关节半月板损伤的发病率逐年增高。

目前半月板撕裂通常采取经膝关节镜手术治疗，医生将根据半月板撕裂类型对半月板采取全部切除、部分切除、缝合修复等治疗方式。关节镜是属于一种内窥镜技术，在器械末端装有一个透镜，将细管插入关节内部后，整个关节结构将在显示器上展示出来，具体是通过切开皮肤数个孔，将透镜、手术器具伸入人关节内，在显示器监视下，由医生操作，诊断和治疗各种关节疾病。

关节镜治疗半月板损伤的缺陷：

1.膝关节间隙较小，在紧张的间隙内从体外置入直通体外的杆状器械，操作空间小，容易对关节软骨产生明显磨损和划痕。

2.使用关节镜过程中，医生需要不断调整患者下肢的体位以获得一定的空间，导致手术时间长，并存在损伤膝关节韧带损伤的风险。

3.关节镜设备在对特殊部位的半月板观察与器械操作存在较大困难，由于操作空间有限，内侧半月板后角的治疗一直是运动医学届的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种膝关节内半月板微型手术机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种膝关节内半月板微型手术机器人，包括底座，所述底座的顶壁设有升降机构，所述升降机构的上侧设有主轴，所述主轴的侧壁上设有三个旋转机构，所述主轴的顶端固定有弧形支撑板，所述升降机构包括两个支撑座和两个升降架，每个所述升降架均包括两个转动连接的连杆，两个所述升降架的顶端和底端分别与支撑座转动安装，所述升降架之间通过双向螺纹杆螺纹安装，所述双向螺纹杆的一端安装有旋钮，且旋钮的端部安装有绳索；

每个所述旋转机构均包括固定在主轴侧壁上的固定套，所述固定套的外侧壁通过转环转动安装有旋转台，所述旋转台的外侧均固定有支撑臂，位于上侧的两个所述支撑臂远离旋转台的一端均安装有机械臂，另一侧所述支撑臂远离旋转台的一端安装有带光源摄像头，每个所述固定套的底端均安装有齿圈，每个所述旋转台的底壁上均安装有伺服电机，所述伺服电机的驱动端安装有伞齿轮，且伞齿轮与齿圈相互啮合。

进一步地，所述机械臂、带光源摄像头和伺服电机均外接控制器。

进一步地，所述支撑座通过第一转轴与升降架中的连杆转动安装，每个所述升降架中的两个连杆均通过第二转轴转动安装，且第二转轴贯穿开设有螺纹孔，所述第二转轴通过螺纹孔与双向螺纹杆螺纹安装。

进一步地，所述旋转台内开设有与转环相匹配的环形槽，所述旋转台与转环通过环形槽转动安装。

进一步地，所述旋转台内的环形槽上滚动嵌设有多个滚珠。

进一步地，所述转环可采用轴承。

进一步地，所述弧形支撑板的上表面采用橡胶或硅胶涂层，所述底座的下表面同样采用橡胶或硅胶涂层。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、通过在底座和弧形支撑板之间设置升降架，可实现机器人高度的调节，使其稳定的支撑放置在关节内，从而稳定的工作。

2、借助机械臂和带光源摄像头的相互配合，可在关节内部顺利的进行手术操作，方便医务人员清楚准确的掌握关节内的情况。

3、设置可旋转的支撑臂，从而方便调节机械臂和带光源摄像头的位置，方便关节内各个部位进行手术。

综上所述，本方案的机器人通过各个结构的设置，可方便稳定的放置在关节内，清楚准确的掌握关节内部情况，方便医务人员通过机器人在关节内部手术，提高手术的便捷性，精确度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的一种膝关节内半月板微型手术机器人的整体结构示意图；

图2为主轴与旋转机构的结构示意图；

图3为升降机构的结构示意图；

图4为图1中a部分结构的放大图；

图5为图2中b部分结构的放大图。

图中：1底座、2弧形支撑板、3主轴、4升降架、5双向螺纹杆、6绳索、7固定套、8转环、9旋转台、10支撑臂、11机械臂、12带光源摄像头、13伺服电机、14伞齿轮、15齿圈、16支撑座、17第一转轴、18第二转轴、19旋钮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

参照图1-5，一种膝关节内半月板微型手术机器人，本方案的机器人在使用时放置在关节内部，机器人包括底座1，底座1的顶壁设有升降机构，升降机构的上侧设有主轴3，主轴3的侧壁上设有三个旋转机构，主轴3的顶端固定有弧形支撑板2，弧形支撑板2与股骨髁远端相拟合，升降机构包括两个支撑座16和两个升降架4，每个升降架4均包括两个转动连接的连杆，两个升降架4的顶端和底端分别与支撑座16转动安装，升降架4之间通过双向螺纹杆5螺纹安装，双向螺纹杆5的一端安装有旋钮19，且旋钮19的端部安装有绳索6。

每个旋转机构均包括固定在主轴3侧壁上的固定套7，固定套7的外侧壁通过转环8转动安装有旋转台9，旋转台9的外侧均固定有支撑臂10，位于上侧的两个支撑臂10远离旋转台9的一端均安装有机械臂11，另一侧支撑臂10远离旋转台9的一端安装有带光源摄像头12，每个固定套7的底端均安装有齿圈15，每个旋转台9的底壁上均安装有伺服电机13，伺服电机13的驱动端安装有伞齿轮14，且伞齿轮14与齿圈15相互啮合。

机械臂11、带光源摄像头12和伺服电机13均外接控制器。本方案中所述的机械臂11以及带光源摄像头12均采用现有成熟技术，其具体工作原理本方案不再赘述。机械臂11用于在关节内进行手术，带光源摄像头12则用于将关节内图像上传至控制器，并可外接显示器进行显示。

支撑座16通过第一转轴17与升降架4中的连杆转动安装，每个升降架4中的两个连杆均通过第二转轴18转动安装，且第二转轴18贯穿开设有螺纹孔，第二转轴18通过螺纹孔与双向螺纹杆5螺纹安装。

旋转台9内开设有与转环8相匹配的环形槽，旋转台9与转环8通过环形槽转动安装。旋转台9内的环形槽上滚动嵌设有多个滚珠。

此外，转环8还可以采用轴承。

所述弧形支撑板2的上表面采用橡胶或硅胶涂层，所述底座1的下表面同样采用橡胶或硅胶涂层。以上材质较为柔软可避免对关节造成损伤。

本发明的工作原理及使用流程：将本方案的机器人放入关节内部，通过带光源摄像头12获取关节内部图像，通过机械臂11在关节内进行手术操作，底座1用于关节底部的支撑，弧形支撑板2用于关节内股骨髁远端的支撑，同时通过升降架4升降弧形支撑板2的高度，升降时，借助扳手旋转旋钮19，将双向螺纹杆5转动，利用与第二转轴18的螺纹作用，实现升降架4中两个连杆的高度调节，从而进一步实现弧形支撑板2的高度调节，使机器人可稳定的放置在关节内，并稳定的运作。

通过伺服电机13驱动伞齿轮14与齿圈15相互啮合，从而带动旋转台9以及支撑臂10围绕主轴3旋转，进而实现机械臂11和带光源摄像头12的位置和角度调节，方便对关节内各个部位内进行手术操作。

待手术结束后，降低升降架4的高度，并通过绳索6将机器人从关节内取出即可。

人有内侧与外侧半月板，都近似环形，本方案的机器人使用方法是：修复内侧半月板时，在膝关节内侧做纵行小切口，将机器人置入，放在内侧半月板中心，内侧修复完毕后取出机器人；再在外侧做纵行小切口，将机器人置入，放在外侧半月板中心。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。