用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体为用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具。

背景技术

穿刺是一个医学手术用语，是将穿刺针刺入体腔抽取分泌物做化验，向体腔注入气体或造影剂做造影检查，或向体腔内注入药物的一种诊疗技术。穿刺的目的是抽血化验、输血、输液及置入导管做血管造影，椎体穿刺是临床常用的一种诊疗操作，可用于诊断中枢神经系统各种炎症性疾病、血管性疾病、脊髓病变、疑有颅内占位病变、对诊断不明的神经系统疾病及气脑、椎管造影等。

现有技术中，穿刺时使用的穿刺成形工具多为手动控制，无法保证手术穿刺时的精准度，且医生需要高度集中，手术的安全性也无法保证，为此，我们提出用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具，具备可以实现PMMA骨水泥的定速、定量注射，减少了人工操作带来的偏差，减轻医生的劳动强度等优点，解决了现在市面上的椎体穿刺成形工具的精准度无法准确控制的问题。

(二)技术方案

为实现穿刺时定位准确和PMMA骨水泥定速、定量注射的目的，本发明提供如下技术方案：用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具，包括红外十字激光模块、深度推进机构、移动平台机构、骨钻机构、针筒推进机构和底板，所述深度推进机构包括安装在底板上的前轴安装座、直线导轨和电机安装座，且直线导轨位于前轴安装座和联轴器之间，所述电机安装座的一端固定有驱动电机，所述直线导轨上滑动安装有丝杆螺母安装座，所述丝杆螺母安装座内安装有滚珠丝杆，滚珠丝杆的两端均安装有轴承，并通过轴承分别与前轴安装座和电机安装座转动相连，且滚珠丝杆通过联轴器与驱动电机的输出轴相连，所述前轴安装座的前侧固定连接有支撑板，支撑板的上端两侧分别固定有导管和红外十字激光模块，所述移动平台机构安装在丝杆螺母安装座上，且移动平台机构上连接有骨钻机构、穿刺针夹持机构和针筒推进机构。

优选的，所述红外十字激光模块位于前轴安装座的上方，且红外十字激光模块由两个一字红外激光发生器和安装板组成，安装板固定在支撑板上，两个一字红外激光发生器安装在安装板上，且发出的激光束互相垂直，垂直相交的点与导管的中心重合。

优选的，所述针筒推进机构包括安装在丝杆螺母安装座上的移动板，移动板的一端固定有驱动电机，驱动电机通过联轴器连接螺杆，螺杆上套接有螺母，螺母的上端连接有直线滑轨，直线滑轨固定在移动板的下表面，螺母的下端连接有针筒压块，针筒压块的端部连接有压力传感器。

优选的，所述移动平台机构包括移动台、交叉滚子导轨和压力传感器，移动台通过交叉滚子导轨安装在丝杆螺母安装座上，且移动台内置有压力传感器，骨钻机构安装在移动台上。

优选的，所述骨钻机构包括骨钻电机、连接器和传速器，骨钻电机安装在移动台上，骨钻电机的输出端穿过移动台，并通过连接器与传速器相连，所述传速器连接有快拆安装座。

优选的，所述穿刺针夹持机构包括快拆安装座、快拆螺母和穿刺针套，快拆安装座的一端与传速器相连，另一端安装有快拆螺母，穿刺针套安装在快拆安装座的内部。

优选的，所述底板上连接有安装接口和控制电路，控制电路的输入端与两个压力传感器的输出端相连，输出端与两个驱动电机和骨钻电机的控制端相连，且控制电路可通过网络与上位机相连。

优选的，所述穿刺针套的内部配合有穿刺针，穿刺针的一端延伸至导管内，另一端的外侧配合有针筒，针筒固定在快拆安装座上。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具，具备以下有益效果：

1、该骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具，通过安装接口固定到骨科手术机器臂上，运行稳定，可实现精准PMMA骨水泥定速、定量的注射，并且可以检测注射PMMA骨水泥的实时压力值，从而达到精准控制PMMA骨水泥注射量，有助于医护人员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。

2、该骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具装有压力传感器，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，提高可手术的安全性。

3、该骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具手术时穿刺过程平稳，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，进一步提高了穿刺的安全性。

4、该骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具通过机器人定位后，红外十字激光指定手术位置，方便医生切口。

附图说明

图1为本发明提出的用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具的结构示意图；

图2为本发明提出的用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具的爆炸图；

图3为本发明提出的用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具的侧视图。

图中：1、红外十字激光模块；2、导套模块；3、前轴安装座；4、轴承；5、直线导轨；6、底板；7、丝杆螺母安装座；8、滚珠丝杆；9、联轴器；10、电机安装座；11、驱动电机；12、交叉滚子导轨；13针筒压块；14、压力传感器；15、针筒；16、穿刺针；17、快拆螺母；18、穿刺针套；19、快拆安装座；20、骨钻电机；21、移动台；22、连接器；23、针筒推进机构；24、传速器。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具，包括红外十字激光模块1、深度推进机构、移动平台机构、骨钻机构、针筒推进机构23和底板6，所述深度推进机构包括安装在底板6上的前轴安装座3、直线导轨5和电机安装座10，且直线导轨5位于前轴安装座3和联轴器9之间，所述电机安装座10的一端固定有驱动电机11，所述直线导轨5上滑动安装有丝杆螺母安装座7，所述丝杆螺母安装座7内安装有滚珠丝杆8，滚珠丝杆8的两端均安装有轴承4，并通过轴承4分别与前轴安装座3和电机安装座10转动相连，且滚珠丝杆8通过联轴器9与驱动电机11的输出轴相连，所述前轴安装座3的前侧固定连接有支撑板，支撑板的上端两侧分别固定有导管2和红外十字激光模块1，所述移动平台机构安装在丝杆螺母安装座7上，且移动平台机构上连接有骨钻机构、穿刺针夹持机构和针筒推进机构23。

红外十字激光模块1位于前轴安装座3的上方，且红外十字激光模块1由两个一字红外激光发生器和安装板组成，安装板固定在支撑板上，两个一字红外激光发生器安装在安装板上，且发出的激光束互相垂直，垂直相交的点与导管2的中心重合，中心重合可保证红外十字激光准确的指定手术位置，方便医生切口。

针筒推进机构23包括安装在丝杆螺母安装座7上的移动板，移动板的一端固定有驱动电机11，驱动电机11通过联轴器连接螺杆，螺杆上套接有螺母，螺母的上端连接有直线滑轨，直线滑轨固定在移动板的下表面，螺母的下端连接有针筒压块13，针筒压块13的端部连接有压力传感器14，压力传感器14的型号为PT124G-112，针筒推进机构23实现与深度推进机构方向一致的直线运动，可实现不同的速度压缩针筒15，并且检测实时压力值。

移动平台机构包括移动台21、交叉滚子导轨12和压力传感器14，移动台21通过交叉滚子导轨12滑动安装在针筒推进机构23内的移动板上，且移动台21内置有压力传感器14，移动台21与滚珠丝8的丝杠螺母连接，压力传感器14采集穿刺过程中实时的受力数据，防止机器对人体造成伤害，并通过实时传回的数据对手术过程进行控制。

骨钻机构包括骨钻电机20、连接器22和传速器24，骨钻电机20安装在移动台21上，骨钻电机20的输出端穿过移动台21，并通过连接器22与传速器24相连，所述传速器24连接有快拆安装座19，骨钻机构由骨钻电机20与移动台21和穿刺针夹持机构连接，将旋转运动传入穿刺针夹持机构，穿刺针夹持机构通过传速器24内的齿轮机构同速传递转速至穿刺针16。

穿刺针夹持机构包括快拆安装座19、快拆螺母17和穿刺针套18，快拆安装座19的一端与传速器24相连，另一端安装有快拆螺母17，穿刺针套18安装在快拆安装座19的内部，传速器24通过内部的齿轮传动，将骨钻电机20的转速传到快拆安装座19上，快拆安装座19通过快拆方式连接，方便医生更换穿刺针16。

穿刺针套18的内部配合有穿刺针16，穿刺针16的一端延伸至导管2内，另一端的外侧配合有针筒15，针筒15固定在快拆安装座19上，针筒15用于PMMA骨水泥注射，由针筒推进机构23将针筒15内PMMA骨水泥压入骨头内。

底板6上连接有安装接口和控制电路，安装接口方便骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具安装在骨科手术机器人的机械臂上，控制电路的输入端与两个压力传感器14的输出端相连，输出端与两个驱动电机11和骨钻电机20的控制端相连，且控制电路可通过网络与上位机相连，方便上位机对骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具的控制。

工作原理：本发明由深度推进机构、移动平台机构、骨钻机构、穿刺针夹持机构、针筒15、针筒推进机构23、红外十字激光模块1、导管2，以及控制电路和安装接口组成，通过安装接口安装在骨科手术机器人的机械臂上，控制电路通过RSS485或CAN通讯可以与计算机相连，根据术前规划控制工具的各种运动，深度推进机构的输出部件是移动平台机构，移动平台机构固定在直线导轨5的滑块上，同时，移动台21与滚珠丝8的丝杠螺母连接，由驱动电机11通过联轴器9联接驱动，做前后直线往复运动；

骨钻机构与深度推进机构上的移动台21连接，同时，骨钻机构与移动台21之间安装有压力传感器14，其中压力传感器14完成压力的实时测量，,骨钻机构的动力源是骨钻电机20，穿刺针夹持机构与传速器24的输出端连接，输入端与骨钻电机20连接，穿刺针夹持机构有快拆结构，穿刺针16可以通过快拆安装座19和快拆螺母17连接到穿刺针套18中，红外十字激光模块1与导管2连接，交点与导管2的中心重合，针筒推进机构上安装压力传感器14来检测PMMA骨水泥注射的压力值。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。