專利名稱：機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)由機(jī)器人輔助的醫(yī)療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)根據(jù)手術(shù)實(shí)施的位置不同分為股骨、脛骨等多種，手術(shù)難度也不盡相同。以股骨正骨手術(shù)為例，其基本過程為先要將病人的上身固定于手術(shù)床上，兩個(gè)醫(yī)生將病人骨折的股骨上下部分向外拉伸，稱之為牽引。然后一個(gè)醫(yī)生側(cè)向固定病人的骨折處，使之保持一個(gè)固定的位置，稱之為復(fù)位。牽引、復(fù)位完成后主治醫(yī)生先在股骨一端的骨節(jié)末端打一個(gè)孔，以便植入一根長(zhǎng)度與股骨長(zhǎng)度相仿的髓內(nèi)釘，然后在股骨遠(yuǎn)端和近端經(jīng)皮穿孔(一般4個(gè))，以便用鎖釘將髓內(nèi)釘固定在骨骼上。在髓內(nèi)釘鎖定過程中目前臨床上主要采用C臂機(jī)下徒手瞄準(zhǔn)鎖定、機(jī)械式遠(yuǎn)端鎖定瞄準(zhǔn)器、激光束引導(dǎo)、主動(dòng)跟蹤式計(jì)算機(jī)導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)等。C臂機(jī)下徒手瞄準(zhǔn)鎖定不僅需要醫(yī)生具有很高的操作技巧與豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，而且需要頻繁地使用C臂機(jī)進(jìn)行拍照，放射線損傷大，同時(shí)人為干擾因素多。手術(shù)時(shí)主治醫(yī)生使用手電鉆在股骨上打孔，由于股骨部分肌肉較多、外形復(fù)雜，主治醫(yī)生不能用肉眼直接觀測(cè)到手電鉆鉆入的位置，必須經(jīng)常將手電鉆退出來，使用X光機(jī)觀察鉆孔的情況，根據(jù)照相情況確定下次鉆進(jìn)的方向和深度。因此手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、參與的醫(yī)生較多，且醫(yī)生會(huì)長(zhǎng)時(shí)間受到X光的照射。另外由于麻藥無法到達(dá)骨髓腔內(nèi)部，手電鉆多次進(jìn)出骨髓腔，極大的增加了病人的痛苦。為減少放射線損傷，少用或不用C臂機(jī)，機(jī)械式遠(yuǎn)端鎖定瞄準(zhǔn)器得到了廣泛的應(yīng)用。但是機(jī)械式鎖定瞄準(zhǔn)器一般安裝復(fù)雜，且容易發(fā)生形變，造成瞄準(zhǔn)器與髓內(nèi)釘位置關(guān)系發(fā)生變化，很難找準(zhǔn)遠(yuǎn)端鎖孔的位置，增加了操作的難度和額外損傷，有時(shí)甚至又重新回到C臂機(jī)下徒手瞄準(zhǔn)鎖定。而且不同廠家的瞄準(zhǔn)器只能鎖定自己廠家的髓內(nèi)釘，不具備通用性。光學(xué)定位下的計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)需要大型的計(jì)算機(jī)圖像處理硬件、軟件和專用的手術(shù)器械，需要工程技術(shù)人員的指導(dǎo)，限制了醫(yī)生的主觀能動(dòng)性，且價(jià)格昂貴，難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，它具有通用性強(qiáng)，手術(shù)效果好，降低手術(shù)費(fèi)用，減輕病人痛苦，減少醫(yī)生的放射線損傷，實(shí)現(xiàn)正骨手術(shù)的模擬教學(xué)訓(xùn)練和遠(yuǎn)程治療的特點(diǎn)。本發(fā)明由從手端80和主手端70組成，從手端80由醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1、正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)2、正骨復(fù)位機(jī)構(gòu)3、高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4、導(dǎo)航機(jī)器人5、CCD攝像機(jī)6、高速圖像采集卡7、圖像處理單元8、機(jī)構(gòu)控制單元9、位置傳感器10、力傳感器11、位置/力信號(hào)采集卡12、機(jī)器人控制器13、伺服、力控制單元14、多功能自動(dòng)手術(shù)床15、從手控制站16、位置傳感器10′、力傳感器11′、位置/力信號(hào)采集卡12′、機(jī)器人控制器13′、伺服、力控制單元14′組成；主手端70由主手控制站17、虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18、監(jiān)視器19、遙操作并聯(lián)主手20、力傳感器11″、位置/力信號(hào)采集卡12″、機(jī)器人控制器13″、伺服、力控制單元14″、位置傳感器10″、圖像處理單元8′組成；從手端80的醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的端側(cè)，正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)2設(shè)置在醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1上，正骨固定機(jī)構(gòu)3設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床15上的一側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的邊側(cè)，導(dǎo)航機(jī)器人5設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的另一邊側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4的輸出端與高速圖像采集卡7的輸入端a相連接，CCD攝像機(jī)6的輸出端與高速圖像采集卡7的輸入端b相連接，高速圖像采集卡7的輸出端與圖像處理單元8的輸入端相連接，圖像處理單元8的輸出端與從手控制站16的輸入端z相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口C與CCD攝像頭6的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口d與高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口y與從手控制站16的雙向端口k相連接，位置傳感器10的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12的輸入端e相連接，位置傳感器10的輸出端f與導(dǎo)航機(jī)器人5的輸入端相連接，導(dǎo)航機(jī)器人5的輸出端與力傳感器11的輸入端相連接，力傳感器11的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12的輸出端與機(jī)器人控制器13的輸入端h相連接，機(jī)器人控制器13的輸出端與伺服、力控制單元14的輸入端相連接，伺服、力控制單元14的輸出端與導(dǎo)航機(jī)器人5的輸入端g相連接，機(jī)器人控制器13的雙向端口j與從手控制站16的雙向端口m相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并連機(jī)器人1上的輸出端與位置傳感器10′的輸入端相連接，位置傳感器10′的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12′的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12′的輸出端與機(jī)器人控制器13′的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13′的輸出端與伺服、力控制單元14′的輸入端相連接，伺服、力控制單元14′的輸出端與醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1的輸入端相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1的輸出端o與力傳感器11′的輸入端相連接，力傳感器11′的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12′的輸入端p相連接，機(jī)器人控制器13的雙向端口q與從手控制站16的雙向端口n相連接；主手端70的遙操作并聯(lián)主手20的輸出端與力傳感器11″的輸入端相連接，力傳感器11″的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12″的輸入端S相連接，遙操作并聯(lián)主手20的輸出端r與位置傳感器10″的輸入端相連接，位置傳感器10″的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12″的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12″的輸出端與機(jī)器人控制器13″的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13″的輸出端與伺服、力控制單元14″的輸入端相連接，伺服、力控制單元14″的輸出端與遙操作并聯(lián)主手20的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13″的雙向端口與主手控制站17的雙向端口相連接，主手控制站17的輸出端w與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18的輸入端相連接，主手控制站17的輸出端t與圖像處理單元8′的輸入端相連接，圖像處理單元8′的輸出端與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18的輸出端共同接入監(jiān)視器19；從手控制站16與主手控制站17之間通過網(wǎng)絡(luò)90相連接。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)保護(hù)醫(yī)護(hù)人員；醫(yī)生不必在X光的照射下工作，減少了“受線”機(jī)會(huì)。具有通用性，適合任何廠家的髓內(nèi)釘手術(shù)，手術(shù)效果好。由計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)根據(jù)圖像信息確定的手術(shù)規(guī)劃結(jié)果比人腦根據(jù)經(jīng)驗(yàn)形成的手術(shù)規(guī)劃效果好，并且機(jī)器人的定位和運(yùn)動(dòng)精度比人手要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，手術(shù)精度高。降低手術(shù)費(fèi)用病人術(shù)后康復(fù)周期短，并且異地的病人避免了往返路費(fèi)，大大節(jié)省了費(fèi)用。減輕病人痛苦手術(shù)創(chuàng)傷小，且一次整復(fù)就能滿足要求，避免了二次手術(shù)給病人帶來的痛苦。遠(yuǎn)程干預(yù)通過網(wǎng)絡(luò)信息交互，即使是偏遠(yuǎn)地區(qū)的病人也能得到遠(yuǎn)程專家的診斷和治療，當(dāng)?shù)蒯t(yī)生也可以得到專家的指點(diǎn)。手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練；80％的手術(shù)失誤是人為因素引起的，所以手術(shù)訓(xùn)練極其重要。醫(yī)生可在虛擬手術(shù)系統(tǒng)上觀察專家手術(shù)過程，也可重復(fù)實(shí)習(xí)，使得手術(shù)培訓(xùn)的時(shí)間大為縮短，同時(shí)減少了對(duì)昂貴的實(shí)驗(yàn)對(duì)象的需求。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1與高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4及多功能自動(dòng)手術(shù)床15和導(dǎo)航機(jī)器人5的工作位置示意圖，圖3是醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是多功能自動(dòng)手術(shù)床15的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式(參見圖1、圖2)本實(shí)施方式由從手端80和主手端70組成，從手端80由醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1、正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)2、正骨復(fù)位機(jī)構(gòu)3、高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4、導(dǎo)航機(jī)器人5、CCD攝像機(jī)6、高速圖像采集卡7、圖像處理單元8、機(jī)構(gòu)控制單元9、位置傳感器10、力傳感器11、位置/力信號(hào)采集卡12、機(jī)器人控制器13、伺服、力控制單元14、多功能自動(dòng)手術(shù)床15、從手控制站16、位置傳感器10′、力傳感器11′、位置/力信號(hào)采集卡12′、機(jī)器人控制器13′、伺服、力控制單元14′組成；主手端70由主手控制站17、虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18、監(jiān)視器19、遙操作并聯(lián)主手20、力傳感器11″、位置/力信號(hào)采集卡12″、機(jī)器人控制器13″、伺服、力控制單元14″、位置傳感器10″、圖像處理單元8′組成；從手端80的醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的端側(cè)，正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)2設(shè)置在醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1上，正骨固定機(jī)構(gòu)3設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床15上的一側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的邊側(cè)，導(dǎo)航機(jī)器人5設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床15的另一邊側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4的輸出端與高速圖像采集卡7的輸入端a相連接，CCD攝像機(jī)6的輸出端與高速圖像采集卡7的輸入端b相連接，高速圖像采集卡7的輸出端與圖像處理單元8的輸入端相連接，圖像處理單元8的輸出端與從手控制站16的輸入端z相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口C與CCD攝像頭6的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口d與高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元9的雙向端口y與從手控制站16的雙向端口k相連接，位置傳感器10的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12的輸入端e相連接，位置傳感器10的輸出端f與導(dǎo)航機(jī)器人5的輸入端相連接，導(dǎo)航機(jī)器人5的輸出端與力傳感器11的輸入端相連接，力傳感器11的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12的輸出端與機(jī)器人控制器13的輸入端h相連接，機(jī)器人控制器13的輸出端與伺服、力控制單元14的輸入端相連接，伺服、力控制單元14的輸出端與導(dǎo)航機(jī)器人5的輸入端g相連接，機(jī)器人控制器13的雙向端口j與從手控制站16的雙向端口m相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并連機(jī)器人1上的輸出端與位置傳感器10′的輸入端相連接，位置傳感器10′的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12′的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12′的輸出端與機(jī)器人控制器13′的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13′的輸出端與伺服、力控制單元14′的輸入端相連接，伺服、力控制單元14′的輸出端與醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1的輸入端相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1的輸出端o與力傳感器11′的輸入端相連接，力傳感器11′的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12′的輸入端p相連接，機(jī)器人控制器13的雙向端口q與從手控制站16的雙向端口n相連接；主手端70的遙操作并聯(lián)主手20的輸出端與力傳感器11″的輸入端相連接，力傳感器11″的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12″的輸入端S相連接，遙操作并聯(lián)主手20的輸出端r與位置傳感器10″的輸入端相連接，位置傳感器10″的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡12″的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡12″的輸出端與機(jī)器人控制器13″的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13″的輸出端與伺服、力控制單元14″的輸入端相連接，伺服、力控制單元14″的輸出端與遙操作并聯(lián)主手20的輸入端相連接，機(jī)器人控制器13″的雙向端口與主手控制站17的雙向端口相連接，主手控制站17的輸出端w與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18的輸入端相連接，主手控制站17的輸出端t與圖像處理單元8′的輸入端相連接，圖像處理單元8′的輸出端與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18的輸出端共同接入監(jiān)視器19；從手控制站16與主手控制站17之間通過網(wǎng)絡(luò)90相連接。(參見圖3)醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1由上平臺(tái)21、虎克鉸支鏈22、虎克鉸23、滾珠絲杠裝置24、聯(lián)軸器25、連接平臺(tái)26、支撐架27、下平臺(tái)28、電機(jī)29組成，支撐架27固定在連接平臺(tái)26與下平臺(tái)28之間，電機(jī)29固定在下平臺(tái)28的下側(cè)，聯(lián)軸器25的下端與電機(jī)29的輸出軸相連接，聯(lián)軸器25的上端與滾珠絲杠裝置24的下端相連接，滾珠絲杠裝置24的上端與虎克鉸23的下端相連接，虎克鉸23的上部與虎克鉸支鏈22的下端相連接，虎克鉸支鏈22的上部與上平臺(tái)21的下側(cè)鉸接。(參見圖4)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4由y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30、y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31、護(hù)罩32、z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)33、z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)35、垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36、C形臂支撐架37、C形臂38、C形導(dǎo)軌39、X光發(fā)射裝置40、C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41、X光接收裝置42、升降平移機(jī)構(gòu)43、直線導(dǎo)軌44、底座45、x向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46組成。直線導(dǎo)軌44設(shè)在底座45上，y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31設(shè)置在直線導(dǎo)軌44上，y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31的一側(cè)上，x向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)46固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31的下部，z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)33固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31的上部，z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34固定在z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)33的外側(cè)上部，升降平移機(jī)構(gòu)43固定在z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)33一側(cè)的y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31的上部，z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)33及z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34的外側(cè)設(shè)有護(hù)罩32，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)35設(shè)置在升降平移機(jī)構(gòu)43的上部，垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)35的上部，C形臂支撐架37固定在水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)35的一側(cè)上，C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41固定在C形臂支撐架37內(nèi)，C形臂38設(shè)在C形臂支撐架37及C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41的外側(cè)上，C形導(dǎo)軌39固定在C形臂38上，X光發(fā)射裝置40固定在C形臂38的上端，X光接收裝置42固定在C形臂38的下端。(參見圖5)多功能自動(dòng)手術(shù)床15由頭背板47、牽引擋柱48、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)49、大腿板50、小腿板51、小腿板下翻機(jī)構(gòu)52、床面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)53、y向平移機(jī)構(gòu)54、x向平移機(jī)構(gòu)55、底座56、電機(jī)58、支架59、z向平移機(jī)構(gòu)60組成，x向平移機(jī)構(gòu)55固定在底座56上側(cè)，y向平移機(jī)構(gòu)54固定在x向平移機(jī)構(gòu)55上部的一側(cè)，z向平移機(jī)構(gòu)60固定在y向平移機(jī)構(gòu)54的上部，z向平移機(jī)構(gòu)60的外部固定有支架59，z向平移機(jī)構(gòu)60的底部固定有電機(jī)58，頭背板47設(shè)在支架59的上端，大腿板50的一側(cè)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)49與頭背板47的一端相連接，大腿板50的另一側(cè)由小腿板下翻機(jī)構(gòu)52與小腿板51相連接，牽引擋柱48固定在大腿板50一側(cè)的頭背板47的上平面上，床面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)53固定在大腿板50一側(cè)的支架59上并與頭背板47的下部相連接。
手術(shù)流程1、通過正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)2、正骨固定機(jī)構(gòu)3等輔助設(shè)施，將患者固定在多功能自動(dòng)手術(shù)床15上。
2、調(diào)整多功能自動(dòng)手術(shù)床15與醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1之間的相對(duì)位置關(guān)系，預(yù)緊。
3、醫(yī)生在主手端遠(yuǎn)距離控制機(jī)構(gòu)控制單元9，驅(qū)動(dòng)從手端的高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4拍攝患者斷骨處的X光圖像，經(jīng)高速圖像采集卡7采集后，送到圖像處理單元8進(jìn)行處理，獲得骨斷處的信息，并數(shù)字化，然后由從手控制站16通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到主手控制站17，顯示在監(jiān)視器19上。
4、醫(yī)生根據(jù)數(shù)字化信息和X光圖像，進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，確定手術(shù)方案。
5、醫(yī)生通過虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)18演示手術(shù)的整個(gè)過程，根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行修改，直到滿意為止。
6、醫(yī)生根據(jù)手術(shù)方案，在主手端通過遙操作并聯(lián)主手20控制醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1，醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1在機(jī)器人控制器13和伺服、力控制單元14的驅(qū)動(dòng)下完成牽引、復(fù)位等正骨動(dòng)作。位置/力信號(hào)采集卡12采集醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1上的位置傳感器10′和力傳感器11′信息，反饋到主手控制站17，再通過遙操作并聯(lián)主手20上的位置傳感器10″、力傳感器11″、位置/力信號(hào)采集卡12″、機(jī)器人控制器13″和伺服、力控制單元14″作用在遙操作并聯(lián)主手20上，使醫(yī)生具有力的感覺，就好像親手做手術(shù)一樣；7、控制高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4，拍攝患者斷骨處圖像，確認(rèn)牽引、復(fù)位效果。
8、牽引、復(fù)位效果達(dá)到要求后，醫(yī)生手動(dòng)將帶鎖髓內(nèi)釘插入骨髓腔。
9、控制高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)4，拍攝包含髓內(nèi)釘近端和遠(yuǎn)端鎖孔的照片，經(jīng)圖像處理后，確定每個(gè)鎖孔在圖像空間的位置和空間姿態(tài)。
10、圖像空間、機(jī)器人空間、手術(shù)空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
11、根據(jù)獲得的機(jī)器人位置和姿態(tài)信息，通過導(dǎo)航機(jī)器人5上的位置傳感器10、力傳感器11、位置/力信號(hào)采集卡12、機(jī)器人控制器13和伺服、力控制單元14驅(qū)動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人5運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，使導(dǎo)航機(jī)器人5的末端執(zhí)行器從空間(位置和姿態(tài))瞄準(zhǔn)每個(gè)鎖孔。
12、醫(yī)生在機(jī)器人導(dǎo)航下完成鉆孔(或由機(jī)器人直接鉆孔)。
13、醫(yī)生置入鎖釘、縫合、術(shù)后處理。
14、手術(shù)完畢。
15、整個(gè)手術(shù)在CCD攝像機(jī)6監(jiān)視下進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，它由從手端(80)和主手端(70)組成，從手端(80)由醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)、正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)、正骨復(fù)位機(jī)構(gòu)(3)、高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)、導(dǎo)航機(jī)器人(5)、CCD攝像機(jī)(6)、高速圖像采集卡(7)、圖像處理單元(8)、機(jī)構(gòu)控制單元(9)、位置傳感器(10)、力傳感器(11)、位置/力信號(hào)采集卡(12)、機(jī)器人控制器(13)、伺服、力控制單元(14)、多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)、從手控制站(16)、位置傳感器(10′)、力傳感器(11′)、位置/力信號(hào)采集卡(12′)、機(jī)器人控制器(13′)、伺服、力控制單元(14′)組成；其特征是主手端(70)由主手控制站(17)、虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)(18)、監(jiān)視器(19)、遙操作并聯(lián)主手(20)、力傳感器(11″)、位置/力信號(hào)采集卡(12″)、機(jī)器人控制器(13″)、伺服、力控制單元(14″)、位置傳感器(10″)、圖像處理單元(8′)組成；從手端(80)的醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的端側(cè)，正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)設(shè)置在醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)上，正骨固定機(jī)構(gòu)(3)設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)上的一側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的邊側(cè)，導(dǎo)航機(jī)器人(5)設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的另一邊側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)的輸出端與高速圖像采集卡(7)的輸入端(a)相連接，CCD攝像機(jī)(6)的輸出端與高速圖像采集卡(7)的輸入端(b)相連接，高速圖像采集卡(7)的輸出端與圖像處理單元(8)的輸入端相連接，圖像處理單元(8)的輸出端與從手控制站(16)的輸入端(z)相連接，機(jī)構(gòu)控制單元(9)的雙向端口(C)與CCD攝像頭(6)的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元(9)的雙向端口(d)與高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)的雙向端口相連接，機(jī)構(gòu)控制單元(9)的雙向端口(y)與從手控制站(16)的雙向端口(k)相連接，位置傳感器(10)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12)的輸入端(e)相連接，位置傳感器(10)的輸出端(f)與導(dǎo)航機(jī)器人(5)的輸入端相連接，導(dǎo)航機(jī)器人(5)的輸出端與力傳感器(11)的輸入端相連接，力傳感器(11)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12)的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡(12)的輸出端與機(jī)器人控制器(13)的輸入端(h)相連接，機(jī)器人控制器(13)的輸出端與伺服、力控制單元(14)的輸入端相連接，伺服、力控制單元(14)的輸出端與導(dǎo)航機(jī)器人(5)的輸入端(g)相連接，機(jī)器人控制器(13)的雙向端口(j)與從手控制站(16)的雙向端口(m)相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并連機(jī)器人(1)上的輸出端與位置傳感器(10′)的輸入端相連接，位置傳感器(10′)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12′)的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡(12′)的輸出端與機(jī)器人控制器(13′)的輸入端相連接，機(jī)器人控制器(13′)的輸出端與伺服、力控制單元(14′)的輸入端相連接，伺服、力控制單元(14′)的輸出端與醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)的輸入端相連接，醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)的輸出端(o)與力傳感器(11′)的輸入端相連接，力傳感器(11′)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12′)的輸入端(p)相連接，機(jī)器人控制器(13)的雙向端口(q)與從手控制站(16)的雙向端口(n)相連接；主手端(70)的遙操作并聯(lián)主手(20)的輸出端與力傳感器(11″)的輸入端相連接，力傳感器(11″)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12″)的輸入端(S)相連接，遙操作并聯(lián)主手(20)的輸出端與位置傳感器(10″)的輸入端相連接，位置傳感器(10″)的輸出端與位置/力信號(hào)采集卡(12″)的輸入端相連接，位置/力信號(hào)采集卡(12″)的輸出端與機(jī)器人控制器(13″)的輸入端相連接，機(jī)器人控制器(13″)的輸出端與伺服、力控制單元(14″)的輸入端相連接，伺服、力控制單元(14″)的輸出端與遙操作并聯(lián)主手(20)的輸入端相連接，機(jī)器人控制器(13″)的雙向端口與主手控制站(17)的雙向端口相連接，主手控制站(17)的輸出端(w)與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)(18)的輸入端相連接，主手控制站(17)的輸出端(t)與圖像處理單元(8′)的輸入端相連接，圖像處理單元(8′)的輸出端與虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)(18)的輸出端共同接入監(jiān)視器(19)；從手控制站(16)與主手控制站(17)之間通過網(wǎng)絡(luò)(90)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)由上平臺(tái)(21)、虎克鉸支鏈(22)、虎克鉸(23)、滾珠絲杠裝置(24)、聯(lián)軸器(25)、連接平臺(tái)(26)、支撐架(27)、下平臺(tái)(28)、電機(jī)(29)組成，支撐架(27)固定在連接平臺(tái)(26)與下平臺(tái)(28)之間，電機(jī)(29)固定在下平臺(tái)(28)的下側(cè)，聯(lián)軸器(25)的下端與電機(jī)(29)的輸出軸相連接，聯(lián)軸器(25)的上端與滾珠絲杠裝置(24)的下端相連接，滾珠絲杠裝置(24)的上端與虎克鉸(23)的下端相連接，虎克鉸(23)的上部與虎克鉸支鏈(22)的下端相連接，虎克鉸支鏈(22)的上部與上平臺(tái)(21)的下側(cè)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)由y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30)、y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)、護(hù)罩(32)、z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)、z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(34)、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)、垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(36)、C形臂支撐架(37)、C形臂(38)、C形導(dǎo)軌(39)、X光發(fā)射裝置(40)、C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(41)、X光接收裝置(42)、升降平移機(jī)構(gòu)(43)、直線導(dǎo)軌(44)、底座(45)、x向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)組成，直線導(dǎo)軌(44)設(shè)在底座(45)上，y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)設(shè)置在直線導(dǎo)軌(44)上，y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(30)固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)的一側(cè)上，x向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)的下部，z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)固定在y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)的上部，z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(34)固定在z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)的外側(cè)上部，升降平移機(jī)構(gòu)(43)固定在z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)一側(cè)的y向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(31)的上部，z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)及z向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(34)的外側(cè)設(shè)有護(hù)罩(32)，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)設(shè)置在升降平移機(jī)構(gòu)(43)的上部，垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(36)設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)的上部，C形臂支撐架(37)固定在水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)的一側(cè)上，C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(41)固定在C形臂支撐架(37)內(nèi)，C形臂(38)設(shè)在C形臂支撐架(37)及C形臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(41)的外側(cè)上，C形導(dǎo)軌(39)固定在C形臂(38)上，X光發(fā)射裝置(40)固定在C形臂(38)的上端，X光接收裝置(42)固定在C形臂(38)的下端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)由頭背板(47)、牽引擋柱(48)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(49)、大腿板(50)、小腿板(51)、小腿板下翻機(jī)構(gòu)(52)、床面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(53)、y向平移機(jī)構(gòu)(54)、x向平移機(jī)構(gòu)(55)、底座(56)、電機(jī)(58)、支架(59)、z向平移機(jī)構(gòu)(60)組成，x向平移機(jī)構(gòu)(55)固定在底座(56)上側(cè)，y向平移機(jī)構(gòu)(54)固定在x向平移機(jī)構(gòu)(55)上部的一側(cè)，z向平移機(jī)構(gòu)(60)固定在y向平移機(jī)構(gòu)(54)的上部，z向平移機(jī)構(gòu)(60)的外部固定有支架(59)，z向平移機(jī)構(gòu)(60)的底部固定有電機(jī)(58)，頭背板(47)設(shè)在支架(59)的上端，大腿板(50)的一側(cè)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(49)與頭背板(47)的一端相連接，大腿板(50)的另一側(cè)由小腿板下翻機(jī)構(gòu)(52)與小腿板(51)相連接，牽引擋柱(48)固定在大腿板(50)一側(cè)的頭背板(47)的上平面上，床面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(53)固定在大腿板(50)一側(cè)的支架(59)上并與頭背板(47)的下部相連接。
全文摘要
機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)，它涉及帶鎖髓內(nèi)釘正骨手術(shù)由機(jī)器人輔助的醫(yī)療系統(tǒng)。本發(fā)明從手端(80)的醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人1設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的端側(cè)，正骨調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)設(shè)置在醫(yī)用牽引復(fù)位并聯(lián)機(jī)器人(1)上，正骨固定機(jī)構(gòu)(3)設(shè)置在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)上的一側(cè)，高精度全自動(dòng)C形臂X光機(jī)(4)設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的邊側(cè)，導(dǎo)航機(jī)器人(5)設(shè)在多功能自動(dòng)手術(shù)床(15)的另一邊側(cè)，機(jī)器人控制器(13″)的雙向端口與主手控制站(17)的雙向端口相連接，從手控制站(16)與主手控制站(17)之間通過網(wǎng)絡(luò)(90)相連接。本發(fā)明具有通用性強(qiáng)，手術(shù)效果好，降低手術(shù)費(fèi)用，減輕病人痛苦，減少醫(yī)生的放射線損傷，實(shí)現(xiàn)正骨手術(shù)的模擬教學(xué)訓(xùn)練和遠(yuǎn)程治療的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B17/68GK1561923SQ200410013629
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者富歷新, 杜志江, 孫立寧 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)