專利名稱：基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療系統(tǒng)，具體是一種基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在80年代早期引進(jìn)的帶鎖髓內(nèi)釘技術(shù)大大擴(kuò)展了髓內(nèi)釘治療的適應(yīng)癥。帶鎖髓內(nèi)釘是一種能達(dá)到近端和遠(yuǎn)端碎片良性固定的較好方法，能夠滿足粉碎性骨折、近端及遠(yuǎn)端骨折的固定要求，可有效避免旋轉(zhuǎn)、側(cè)移、成角及分離的發(fā)生，手術(shù)效果好，得到了不斷的推廣。帶鎖最常見的方式是用穿過一側(cè)皮質(zhì)層的螺釘，通過釘子上的一個(gè)孔，鎖住遠(yuǎn)端的皮質(zhì)。靜力型固定髓內(nèi)釘在遠(yuǎn)端與近端均須與骨固定。目前，在手術(shù)中一般采用外部瞄準(zhǔn)器的帶鎖方式，即通過外部瞄準(zhǔn)器找正髓內(nèi)釘近端和遠(yuǎn)端的鎖孔，在瞄準(zhǔn)器套管的導(dǎo)引下，完成鉆孔和鎖釘操作。由于髓內(nèi)釘插入骨髓腔后承受了相當(dāng)?shù)膹澚团まD(zhuǎn)力，尤其在不擴(kuò)髓手術(shù)中受力情況更加惡劣，致使髓內(nèi)釘產(chǎn)生變形，外部瞄準(zhǔn)器與髓內(nèi)釘?shù)南鄬?duì)位置關(guān)系發(fā)生變化，通過瞄準(zhǔn)器套管無法鎖定髓內(nèi)釘上的鎖孔。出現(xiàn)這種情況時(shí)，醫(yī)生不得不在X光機(jī)直接照射下找正鎖孔，完成鎖釘，有時(shí)需要重復(fù)多次才能成功。這對(duì)醫(yī)生和患者都產(chǎn)生了不利的影響。另外不同廠家的瞄準(zhǔn)器只能鎖定自己廠家的髓內(nèi)釘，不具備通用性，造成了應(yīng)用的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)。本發(fā)明可解決現(xiàn)有系統(tǒng)中要在X光機(jī)直接照射下找正鎖孔，并多次重復(fù)才能成功的缺點(diǎn)。本發(fā)明由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1、手術(shù)床2、C形臂X光機(jī)3、導(dǎo)航機(jī)器人4組成；C形臂X光機(jī)3、導(dǎo)航機(jī)器人4分別安置在手術(shù)床2的左右兩側(cè)，并使C形臂X光機(jī)3的工作空間、導(dǎo)航機(jī)器人4的工作空間與手術(shù)床2的工作空間相重合；手術(shù)床2的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端，C形臂X光機(jī)3的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端、圖像數(shù)據(jù)輸出端分別連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端、圖像數(shù)據(jù)輸入端，導(dǎo)航機(jī)器人4的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端。工作原理患者躺在手術(shù)床2上，醫(yī)生將髓內(nèi)釘插入患者斷骨的骨髓腔中，醫(yī)生遙控操作C形臂X光機(jī)3拍攝斷骨的X光照片，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1對(duì)X光照片進(jìn)行處理，獲得鎖孔的位置和姿態(tài)信息，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1將鎖孔的位置和姿態(tài)信息傳遞給導(dǎo)航機(jī)器人4，導(dǎo)航機(jī)器人4進(jìn)行鎖孔定位，由醫(yī)生或?qū)Ш綑C(jī)器人4自動(dòng)進(jìn)行鉆孔，然后鎖釘。本發(fā)明能一次性確定鎖孔的位置，能避免醫(yī)護(hù)人員在髓內(nèi)釘發(fā)生變形時(shí)要在X光長時(shí)間照射下工作，能全自動(dòng)或人機(jī)配合完成手術(shù)過程，具有通用性，手術(shù)時(shí)間短，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖，圖4是手術(shù)床2的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是C形臂X光機(jī)3的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是手術(shù)床2的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是C形臂X光機(jī)3的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1、手術(shù)床2、C形臂X光機(jī)3、導(dǎo)航機(jī)器人4組成；C形臂X光機(jī)3、導(dǎo)航機(jī)器人4分別安置在手術(shù)床2的左右兩側(cè)，并使C形臂X光機(jī)3、導(dǎo)航機(jī)器人4的工作空間與手術(shù)床2的工作空間相重合；手術(shù)床2的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端，C形臂X光機(jī)3的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端、圖像數(shù)據(jù)輸出端分別連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端、圖像數(shù)據(jù)輸入端，導(dǎo)航機(jī)器人4的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端；所述手術(shù)床2由運(yùn)動(dòng)控制卡2-1、橫向移動(dòng)裝置2-2、縱向移動(dòng)裝置2-3、垂直升降移動(dòng)裝置2-4、床面2-5組成；縱向移動(dòng)裝置2-3的下端面連接在橫向移動(dòng)裝置2-2的上端面上，垂直升降移動(dòng)裝置2-4的下端面連接在縱向移動(dòng)裝置2-3的上端面上，床面2-5的下端面連接在垂直升降移動(dòng)裝置2-4的上端面上；運(yùn)動(dòng)控制卡2-1的三個(gè)數(shù)據(jù)控制輸出輸入端分別連接橫向移動(dòng)裝置2-2、縱向移動(dòng)裝置2-3、垂直升降移動(dòng)裝置2-4的數(shù)據(jù)控制輸入輸出端，運(yùn)動(dòng)控制卡2-1的受控端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端；上述結(jié)構(gòu)使手術(shù)床2能夠在三維空間自由移動(dòng)；C形臂X光機(jī)3由圖像采集卡3-1、X光機(jī)頭3-2、伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3-3、橫向移動(dòng)裝置3-4、縱向移動(dòng)裝置3-5、垂直升降移動(dòng)裝置3-6、水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-7、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-8、C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-9組成；縱向移動(dòng)裝置3-5的下端面連接在橫向移動(dòng)裝置3-4的上端面上，垂直升降移動(dòng)裝置3-6的下端面連接在縱向移動(dòng)裝置3-5的上端面上，水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-7的下端面連接在垂直升降移動(dòng)裝置3-6的上端面上，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-8的下端面連接在水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-7的上端面上，C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-9的外側(cè)連接在垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-8的一個(gè)側(cè)端，X光機(jī)頭3-2連接在C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-9的C形臂的兩端的端頭上；X光機(jī)頭3-2的圖像輸出端連接圖像采集卡3-1的圖像輸入端，圖像采集卡3-1的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1的圖像數(shù)據(jù)輸入端，伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3-3的六個(gè)數(shù)據(jù)控制輸出輸入端分別連接橫向移動(dòng)裝置3-4、縱向移動(dòng)裝置3-5、垂直升降移動(dòng)裝置3-6、水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-7、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-8、C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-9數(shù)據(jù)控制輸入輸出端，伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3-3的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1控制數(shù)據(jù)輸入輸出端；上述結(jié)構(gòu)使C形臂X光機(jī)3具有六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1選用的型號(hào)是研華PCA-6006，導(dǎo)航機(jī)器人4選用的型號(hào)是日本Motoman公司的SV3，運(yùn)動(dòng)控制卡2-1選用的型號(hào)是HIT6502，橫向移動(dòng)裝置2-2、縱向移動(dòng)裝置2-3、垂直升降移動(dòng)裝置2-4選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)全是意大利MAE公司的HN3451，圖像采集卡3-1選用的型號(hào)是大恒Video-PCI-XR，X光機(jī)頭3-2選用型號(hào)是西安恒星NOVA TR60，伺服運(yùn)動(dòng)控制卡3-3選用的型號(hào)是HIT6505，橫向移動(dòng)裝置3-4、縱向移動(dòng)裝置3-5、垂直升降移動(dòng)裝置3-6、水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-7、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-8選用的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)全是松下MHMA052C，C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3-9選用的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)是松下MHMA042C。
權(quán)利要求
1.基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)，其特征在于它由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(1)、手術(shù)床(2)、C形臂X光機(jī)(3)、導(dǎo)航機(jī)器人(4)組成；C形臂X光機(jī)(3)、導(dǎo)航機(jī)器人(4)分別安置在手術(shù)床(2)的左右兩側(cè)，并使C形臂X光機(jī)(3)的工作空間、導(dǎo)航機(jī)器人(4)的工作空間與手術(shù)床(2)的工作空間相重合；手術(shù)床(2)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端，C形臂X光機(jī)(3)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端、圖像數(shù)據(jù)輸出端分別連接工業(yè)計(jì)算機(jī)(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端、圖像數(shù)據(jù)輸入端，導(dǎo)航機(jī)器人(4)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)，其特征在于手術(shù)床(2)由運(yùn)動(dòng)控制卡(2-1)、橫向移動(dòng)裝置(2-2)、縱向移動(dòng)裝置(2-3)、垂直升降移動(dòng)裝置(2-4)、床面(2-5)組成；縱向移動(dòng)裝置(2-3)的下端面連接在橫向移動(dòng)裝置(2-2)的上端面上，垂直升降移動(dòng)裝置(2-4)的下端面連接在縱向移動(dòng)裝置(2-3)的上端面上，床面(2-5)的下端面連接在垂直升降移動(dòng)裝置(2-4)的上端面上；運(yùn)動(dòng)控制卡(2-1)的三個(gè)數(shù)據(jù)控制輸出輸入端分別連接橫向移動(dòng)裝置(2-2)、縱向移動(dòng)裝置(2-3)、垂直升降移動(dòng)裝置(2-4)的數(shù)據(jù)控制輸入輸出端，運(yùn)動(dòng)控制卡(2-1)的受控端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)，其特征在于C形臂X光機(jī)(3)由圖像采集卡(3-1)、X光機(jī)頭(3-2)、伺服運(yùn)動(dòng)控制卡(3-3)、橫向移動(dòng)裝置(3-4)、縱向移動(dòng)裝置(3-5)、垂直升降移動(dòng)裝置(3-6)、水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-7)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-8)、C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-9)組成；縱向移動(dòng)裝置(3-5)的下端面連接在橫向移動(dòng)裝置(3-4)的上端面上，垂直升降移動(dòng)裝置(3-6)的下端面連接在縱向移動(dòng)裝置(3-5)的上端面上，水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-7)的下端面連接在垂直升降移動(dòng)裝置(3-6)的上端面上，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-8)的下端面連接在水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-7)的上端面上，C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-9)的外側(cè)連接在垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-8)的一個(gè)側(cè)端，X光機(jī)頭(3-2)連接在C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-9)的C形臂的兩端的端頭上；X光機(jī)頭(3-2)的圖像輸出端連接圖像采集卡(3-1)的圖像輸入端，圖像采集卡(3-1)的圖像數(shù)據(jù)輸出端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(1)的圖像數(shù)據(jù)輸入端，伺服運(yùn)動(dòng)控制卡(3-3)的六個(gè)數(shù)據(jù)控制輸出輸入端分別連接橫向移動(dòng)裝置(3-4)、縱向移動(dòng)裝置(3-5)、垂直升降移動(dòng)裝置(3-6)、水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-7)、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-8)、C形臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3-9)數(shù)據(jù)控制輸入輸出端，伺服運(yùn)動(dòng)控制卡(3-3)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端連接工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(1)控制數(shù)據(jù)輸入輸出端。
全文摘要
基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)，它涉及一種醫(yī)療系統(tǒng)，具體是一種基于圖像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助帶鎖髓內(nèi)釘鎖定系統(tǒng)。C形臂X光機(jī)(3)、導(dǎo)航機(jī)器人(4)分別安置在手術(shù)床(2)的左右兩側(cè)，并使(3)、(4)的工作空間與(2)的工作空間相重合；(2)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接工業(yè)計(jì)算機(jī)(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端，(3)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端、圖像數(shù)據(jù)輸出端分別連接(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端、圖像數(shù)據(jù)輸入端，(4)的控制數(shù)據(jù)輸出輸入端連接(1)的控制數(shù)據(jù)輸入輸出端。本發(fā)明能一次性鎖定鎖孔的位置，能避免醫(yī)護(hù)人員在髓內(nèi)釘發(fā)生變形時(shí)要在X光長時(shí)間照射下工作，能全自動(dòng)或人機(jī)配合來完成手術(shù)過程，具有通用性，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)。
文檔編號(hào)A61B17/56GK1561926SQ200410013630
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)明者孫立寧, 杜志江, 富歷新 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)