CN112754591A - 凹槽加工装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凹槽加工装置及其使用方法，包括：切削工具，所述切削工具包括切削刀具，所述切削刀具用于在目标物表面上切削凹槽，以使待植入设备固定在所述目标物表面的凹槽内；切削工装，所述切削工装包括形状约束装置，所述形状约束装置与所述切削刀具配合，用于约束所述切削刀具的动作，以在目标物表面上切削出设定形状和深度的凹槽。采用本发明提供的凹槽加工装置制备凹槽能够可靠地放置和固定待植入设备。因而待植入设备能够牢固可靠地固定在目标物表面内。

Description

凹槽加工装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及设备安装领域，尤其是涉及一种凹槽加工装置及其使用方法。

背景技术

脑深部电刺激疗法通过对大脑深部不同功能核团进行电脉冲刺激，起到有效治疗相关疾病的作用，是一种可逆性的神经调节治疗方法。目前，脑深部电刺激疗法可应用于帕金森、癫痫、痉挛、特发性震颤等疾病，在阿尔兹海默综合征、难治性抑郁、脑卒中后康复、疼痛等方面的应用研究也在开展。

通常DBS(deep brain stimulation,脑深部电刺激术)***中脉冲发生器植于用户胸前，接延长导线和电极需要创建很长的皮下隧道，手术相对复杂。延长导线从胸部穿过经颈部的皮下隧道在头部皮下与电极连接，颈部的活动容易使延长导线受力，从而引起连接失效、延长导线或电极断裂、延长等一系列问题，此外延长导线与皮肤的摩擦还会导致皮肤的溃破，特别是延长导线与电极的连接处。由此，提出一种新的DBS手术方法，将待植入设备(例如脉冲发生器)直接固定在用户的颅骨上，待植入设备和电极直接连接。从而降低手术复杂性，消除现有脑深部电刺激***中的延长导线，避免由于延长导线受力引起的连接失效、延长导线或电极断裂、皮肤溃破等问题。但是，为方便、可靠地将待植入设备(例如脉冲发生器)固定于目标物(例如颅骨或颅骨模型)上，需要特定的设备在目标物表面制备凹槽，以放置和固定待植入设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凹槽加工装置及其使用方法，以解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种凹槽加工装置，包括：

切削工具，所述切削工具包括切削刀具和深度调节机构，所述切削刀具用于在目标物表面上切削凹槽，所述深度调节机构与所述切削刀具配合，以在目标物表面制出设定深度的凹槽；

切削工装，所述切削工装包括形状约束装置，所述形状约束装置与所述切削刀具配合，用于约束所述切削刀具的动作，以在目标物表面上切削出设定形状的凹槽。

其中，所述形状约束装置包括切削模具，所述切削模具上设有与待植入设备外形相适配的约束边界，所述约束边界用于引导切削刀具在目标物表面制出与待植入设备的外轮廓相适配的凹槽。

其中，所述形状约束装置还包括固定座，所述固定座具有镂空部，用于露出待切削的目标物表面，所述切削模具固定在所述固定座上。

其中，所述固定座上设有多个固定孔，所述固定孔的侧壁设有紧定孔，所述固定座通过穿过固定孔的第一螺钉固定在目标物表面，所述第一螺钉通过穿过紧定孔的紧定螺钉固定于固定座上。

其中，所述切削模具上还设有第一定位结构，所述固定座上设有第二定位结构，所述第一定位结构与所述第二定位结构配合。

其中，所述切削工装还包括定位工装，用于引导所述固定座安装在目标物表面的设定位置；

所述定位工装包括定位板、定位导杆和定位导轨，定位板可拆卸地安装在固定座的镂空部内，所述定位板与定位导杆固定连接，定位导杆能够沿定位导轨滑动以带动定位板和固定座移动至与目标物表面相切。

其中，所述切削深度调节机构包括螺杆、螺母和旋钮，所述螺杆与所述切削刀具的机头部件固定连接，所述螺母与所述螺杆螺纹连接，所述旋钮套设在所述螺杆和所述螺母外并与所述螺母固定连接。

其中，所述螺杆包括呈阶梯型设置的杆体、机头连接部和螺母连接部，所述机头连接部与切削刀具的机头部件固定连接，所述螺母连接部的内壁加工有内螺纹，用于与所述螺母螺纹连接。

其中，所述螺母包括上连接部、下卡接部和切削模具配合面，所述上连接部包括用于套设在所述切削刀具上的内孔，所述上连接部的外壁设有外螺纹，用于与所述螺杆的内壁螺纹连接；下卡接部用于与旋钮卡合，所述切削模具配合面与切削模具的开口配合。

其中，所述形状约束装置包括机械臂，所述机械臂与所述切削刀具连接，所述机械臂用于根据控制***的指令带动所述切削刀具在目标物表面上加工出设定形状的凹槽。

其中，所述目标物表面为圆弧形表面或平坦表面。

其中，所述目标物为颅骨或颅骨模型。

一种使用根据本发明所述凹槽加工装置的使用方法，包括：

步骤S1，将形状约束装置固定在目标物表面上；

步骤S2，使用切削刀具并在上述形状约束装置的约束下进行切削，以在目标物上切削出设定形状和深度的凹槽。

其中，所述形状约束装置包括切削模具和固定座，所述切削模具上设有与待植入设备外形相适配的约束边界；所述固定座具有镂空部，用于露出待切削的目标物表面；

所述步骤S1包括：

步骤S11，将固定座固定在目标物表面上；

步骤S12，将所述切削模具固定在所述固定座上。

其中，在所述步骤S11中，采用定位工装将所述固定座固定在目标物表面上。

其中，所述定位工装包括定位板、定位导杆和定位导轨；所述步骤S11包括：

步骤S101，将定位板可拆卸地安装在固定座的镂空部内；

步骤S102，将定位导轨固定在规划位置，定位导杆穿过定位导轨并与定位板连接，调节定位导杆使得定位板和固定座形成的组合件的远端面与目标物表面相切并指向预定的方向；

步骤S103，将所述固定座固定在目标物表面上；

步骤S104，移除定位板、定位导杆和定位导轨。

其中，所述目标物表面为圆弧形表面或平坦表面。

其中，所述目标物为颅骨或者颅骨模型。

本发明提供的凹槽加工装置包括切削刀具、深度调节机构和形状约束装置，切削刀具与形状约束装置配合使用，能够在目标物表面制备出所需形状的凹槽，深度调节机构与所述切削刀具配合，能够在目标物表面制出设定深度的凹槽。使用时，将待植入设备放入目标物表面的凹槽内，由于凹槽与待植入设备相适配，因而待植入设备能够牢固可靠地固定在用户的目标物内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的凹槽加工装置的结构示意图；

图2为采用本发明提供的凹槽加工装置在目标物表面制备出凹槽的示意图；

图3为本发明实施例1的切削刀具的结构示意图；

图4为本发明实施例1的切削模具的结构示意图；

图5a为本发明实施例1的固定座的上表面结构示意图；

图5b为本发明实施例1的固定座的下表面结构示意图；

图6为本发明实施例1的第一螺钉的结构示意图；

图7为本发明实施例1的固定座安装在目标物上的结构示意图；

图8为本发明实施例1的形状约束装置安装在目标物上的结构示意图；

图9为本发明实施例1的定位工装的结构示意图；

图10a为图9中的定位板的上表面的结构示意图；

图10b为图9中的定位板的下表面的结构示意图；

图11为本发明实施例1定位导杆、定位板和定位座的连接示意图；

图12为图11中的定位座和定位板形成的组合件与目标物表面相切时的结构示意图；

图13为本发明实施例1的切削深度调节机构与切削刀具的装配示意图；

图14为图13中螺杆的一种实施例的结构示意图；

图15与图13中螺母的一种实施例的结构示意图；

图16与图13中旋钮的一种实施例的结构示意图；

图17为图13中的切削深度调节机构的切削深度调节范围的示意图；

图18本发明实施例1提供的凹槽加工装置在目标物表面切骨的过程示意图；

图19本发明实施例2提供的凹槽加工装置的结构示意图；

图20为图19的剖视图；

图21图19中的夹具工装的一种实施例示意图；

图22为本发明实施例中确定规划轴线结构示意图；

图23为图22的俯视图。

附图标记：

1-切削工具；

10-切削刀具；101-动力部件；102-机头部件；103-刀头；104-导线；1021-机头部件配合部；

11-螺杆；110-杆体；111-机头连接部；112-第二抵接面；113-螺杆固定孔；114-螺母连接部；115-刻度尺；

12-旋钮；120-凹槽；121-螺杆套接部；122-滚花纹；123-滑动面；124-第一抵接面；125-卡合面；126-旋钮下端面；127-螺母套接部；128-旋钮上端面；

13-螺母；130-外螺纹；131-内孔；132-卡合面；133-第二平面；134-切削模具配合面；135-螺母下端面；136-第一平面；

2-切削工装2；

21-固定座21；212-固定座上表面；210a-固定座固定部；210b-固定座固定部；210c-固定座固定部；211a-固定座固定孔；211b-固定座固定孔；211c-固定座固定孔；213-第二定位结构；214c-紧定孔；215a-连接孔；215b-连接孔；216-镂空部；217-固定座下表面；

22-定位板；220-定位板上表面；223-定位板下表面；224-定位板侧面；225-定位条；225-1、定位条下表面；225-2、定位条下表面；221a-第二固定座连接孔；221b-第二固定座连接孔；222-定位导杆连接孔；

23-第一螺钉；231-螺纹部分；232-光杆部分；

24-定位导杆；

25-定位导轨；

26-切削模具26；260-切削模具上表面；261-切削模具下表面；262a-第一开口；262b-第二开口；263-阶梯面；264a-第一固定座连接孔；264b-第一固定座连接孔；265-第一定位结构；

3-目标物；31-凹槽；

5-机械臂的端部

51-夹具工装；511a-机械臂连接孔；511b-机械臂连接孔；512-夹具连接孔；513-切削刀具紧定孔；

A-待植入设备的外形所形成的几何形状；L-规划轴线，O-切点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种植入式医疗装置，包括：待植入设备(例如脉冲发生器)和电极，待植入设备和电极直接连接，脉冲发生器用于固定在目标物(例如颅骨或颅骨模型)上。进一步地，脉冲发生器用于固定在目标物的凹槽31内。将脉冲发生器直接植于目标物上，电极直接与脉冲发生器连接，手术复杂性降低，消除现有脑深部电刺激***中的延长导线，避免由于延长导线受力引起的连接失效、延长导线或电极断裂、皮肤溃破等问题。

为方便、可靠地将脉冲发生器固定于目标物上，需要在目标物表面制备凹槽31，以放置和固定待植入设备，例如脉冲发生器。在本发明的一个实施例中，目标物可以为颅骨或者颅骨模型。目标物表面为圆弧形表面或平坦表面。当目标物为颅骨或者颅骨模型时，目标物表面基本为圆弧形表面。

如图1所示，本发明提供一种凹槽加工装置，包括切削工具1和切削工装2。切削工具1包括切削刀具10，切削刀具10用于在目标物3上切削凹槽31，以使待植入设备固定在目标物3的凹槽31内；切削工装2包括形状约束装置，形状约束装置与切削刀具10配合，用于约束切削刀具10的动作，以在目标物3上切削出设定形状的凹槽31(参见图2)。

待植入设备可以是脉冲发生器或者其他需要的设备。凹槽31的形状根据待植入设备的外形而设置，与待植入设备相适配，能够使待植入设备固定在凹槽31内即可。

进一步地，本发明提供的切削工具1还包括深度调节机构。切削刀具10与形状约束装置配合使用，能够在目标物3表面制备出所需形状的凹槽31，深度调节机构与切削刀具10配合，能够在目标物表面制出设定深度的凹槽31。采用本发明提供的凹槽加工装置制备凹槽能够可靠地放置和固定待植入设备。使用时，将待植入设备放入凹槽31内，由于凹槽31与待植入设备相适配，因而待植入设备能够牢固可靠地固定在目标物3内，电极直接与待植入设备连接，消除现有脑深部电刺激***中的延长导线，避免由于延长导线受力引起的连接失效、延长导线或电极断裂、皮肤溃破等问题。并且，通过制备凹槽31能够可靠地放置和固定待植入设备。

具体地，如图3所示，切削刀具10包括动力部件101、机头部件102、刀头103和导线104，机头部件102与刀头103连接，动力部件101与机头部件102连接，用于驱动切削刀具10工作。动力部件101优选采用可调节转速、扭矩等参数的动力装置。优选地，动力部件101为电动或气动装置。刀头103可为标准的骨科刀头或者定制的刀头。导线104连接控制单元，用于控制切削刀具10的转速、扭矩等参数。机头部件102包括机头部件配合部1021，在图3所示的实施例中，机头部件配合部1021为圆柱形。

优选地，机头部件102与动力部件101通过I SO3964:2016(E)规定的接口连接或其他结构连接。优选地，机头部件102能够与不同用途的切削刀具10适配，以便更换切削刀具10。更具体地，机头部件102包括与动力部件101连接的连接结构以及用于夹持切削刀具10的夹持结构，夹持结构能够根据需求快速更换切削刀具10。

实施例1

在本发明的一个实施例中，形状约束装置包括切削模具26，如图4所示，切削模具26上设有与待植入设备外形相适配的约束边界，约束边界用于引导切削刀具10在目标物3表面制出与待植入设备的外轮廓相适配的凹槽31。本实施例通过切削模具26来约束切削刀具10的动作，从而在目标物3表面制出要求形状和深度的凹槽31。

在本发明的一个实施例中，切削模具26包括切削模具上表面260和切削模具下表面261，切削模具26的中部设有与待植入设备外形相似的开口，开口贯穿切削模具上表面260和切削模具下表面261。开口的边缘形成与待植入设备外形相适配的约束边界，使用时可将切削模具26上的开口形状映射到目标物3表面，形成所需要形状的凹槽31。本实施例中约束边界262呈矩形结构。具体地，开口包括呈阶梯型设置的第一开口262a和第二开口262b，所述第一开口262a的尺寸大于所述第二开口262b的尺寸，第一开口262a和第二开口262b之间形成阶梯面263，优选地，阶梯面263与第一开口262a的内壁垂直。

具体地，第一开口262a具有约束切削刀具10运动的内壁，该内壁为平面、折平面或曲面；阶梯面263一端连接第一开口262a的内壁，另一端连接第二开口262b的内壁，在不使用深度调节机构的情况下，阶梯面263的宽度小于或等于机头部件102和刀头103伸入切削模具26中的最大半径差，阶梯面263可以对切削刀具10起支撑作用，且不对约束边界产生干涉，在使用深度调节机构的情况下，阶梯面263的宽度小于或等于深度调节机构和刀头103伸入切削模具26中的最大半径差，同样对切削刀具10起支撑作用，且不对约束边界产生干涉。根据内壁的不同可制备出不同形状的凹槽31，以与待植入的设备形状相适配。

形状约束装置还包括固定座21，参见图5a和图5b，固定座21具有镂空部216，镂空部216的内壁边界大于或等于约束边界262，用于露出待切削的目标物3表面(参见图7)，切削模具26固定在固定座21上。使用时，将固定座21固定在目标物3表面(参见图7)，再将切削模具26安装在固定座21上(参见图8)，切削模具26和固定座21形成稳定的工作平台，切削刀具10与工作平台配合使用，实现在目标物3表面加工出要求形状、深度的凹槽31。

优选地，固定座21上设有多个固定孔，固定孔的侧壁设有紧定孔，固定座21通过穿过固定孔的第一螺钉23固定在目标物3表面，第一螺钉23通过穿过紧定孔的紧定螺钉固定于固定座21上。

具体地，如图5a所示，固定座21上还设有固定座固定部210a、210b、210c，固定座固定部210a、210b、210c的轴线与固定座上表面212、固定座下表面217垂直。固定座固定部210a、210b、210c上设有与固定座固定部210a、210b、210c共轴线的固定座固定孔211a、211b、211c，固定座固定部210a、210b、210c的侧壁分别设有紧定孔214c，优选地，紧定孔为螺纹孔，紧定孔与固定座固定孔211a、211b、211c垂直。

固定座21与目标物3通过第一螺钉23固定。第一螺钉23包括相互连接的螺纹部分231和光杆部分232，光杆部分232与固定座21的固定座固定孔211a、211b、211c配合，起导向作用。第一螺钉23穿过固定座固定孔211a、211b、211c后旋入目标物3中，在旋入目标物3的过程中，第一螺钉23的轴线与固定座固定孔211a～211c的轴线重合。第一螺钉23旋入目标物3后，紧定螺钉(图未示)穿过紧定孔214c后将第一螺钉23与固定座21固定。参见图7，固定座21、第一螺钉23和紧定螺钉形成稳定的操作平台。

切削模具26与固定座21的连接方式可用为螺纹连接、过盈配合、卡扣连接或者其他适合的方式。本实施例中切削模具26与固定座21通过螺钉连接。具体参见图4，切削模具26包括第一固定座连接孔264a、264b，第一固定座连接孔264a、264b贯穿切削模具上表面260和切削模具下表面261。如图5a和图5b所示，固定座21具有固定座上表面212和固定座下表面217，固定座上表面212上设有连接孔215a、215b，螺钉经切削模具26上的第一固定座连接孔264a、264b及固定座21上的连接孔215a、215b将切削模具26固定在固定座21上。第一固定座连接孔264a、264b和连接孔215a、215b的数量可以为一个或者多个，本实施例中第一固定座连接孔264a、264b和连接孔215a、215b的数量分别为两个，在其他实施例中，第一固定座连接孔264a、264b和连接孔215a、215b的数量为大于两个。优选地，第一固定座连接孔264a、264b为阶梯孔。优选地，连接孔215a、215b为螺纹孔。

进一步地，如图4所示，切削模具26上还设有第一定位结构265，如图5a所示，固定座21上设有第二定位结构213，第一定位结构265与第二定位结构213配合，起定位和防转作用。具体地，第一定位结构265可以为凹槽，第二定位结构213可以为凸起。在本实施例中，第一定位结构265为弧形卡槽，第二定位结构213为圆柱状凸起。第一定位结构265和第二定位结构213可以为一个或者多个。

进一步地，切削工装2还包括定位工装，用于引导固定座21安装在目标物3表面的设定位置。

图9为本发明实施例1的定位工装的结构示意图；该定位工装包括定位板22、定位导杆24和定位导轨25，定位板22可拆卸地安装在固定座21的镂空部216内，定位板22与定位导杆24固定连接，定位导杆24能够沿定位导轨25滑动以带动定位板22和固定座21移动至与目标物3表面相切。本实施例中，定位导杆24与定位导轨25配合，使定位导杆24的轴线与规划的重合(定位导轨25的位置按照规划的轴线设置)。定位板22与定位导杆24垂直连接，用于确定工作平台的工作平面。定位板22、定位导杆24和定位导轨25形成可精确定位固定座21位置的定位工装。

优选地，如图9所示，固定座21与定位板22预安装在一起，形成组合件。优选地，组合件垂直地与定位导杆24连接；组合件通过第一螺钉23固定在目标物3上；组合件固定在目标物3后，可以移除定位板22，将组合件中的固定座21保留在目标物3上。

本实施例提供一种定位板22与固定座21的连接方式。具体地，如图10a和图10b所示，定位板22包含定位板上表面220、定位板下表面223及定位板侧面。定位板上表面220上设有定位条225，定位条225两端伸出定位板上表面220，定位条225伸出定位板上表面220的部分为定位条下表面225-1、225-2，定位条225上设有用于与固定座连接的第二固定座连接孔221a、221b。优选第二固定座连接孔为通孔。定位板22与固定座21装配时，定位板侧面224与固定座21上的镂空部216配合，定位条下表面225-1、225-2与固定座上表面212配合，即定位条下表面225-1、225-2贴合在固定座上表面212上，如图9所示，定位板下表面223与固定座下表面217位于同一平面(平齐)，螺钉穿过定位板22上的第二固定座连接孔221a、221b与固定座21上的连接孔215a、215b连接，将定位板22可拆卸地连接到固定座21上形成组合件。

本实施例提供一种定位板22与定位导杆24的连接方式。具体地，如图10a所示，定位板22上的定位条225上设有用于与定位导杆连接的定位导杆连接孔222。本实施例中定位导杆连接孔222位于两个第二固定座连接孔221a、221b之间。优选地，定位导杆连接孔222为螺纹孔，如图11所示，该螺纹孔222与定位导杆24端部的螺纹配合形成固定连接，定位导杆24的轴线与定位板22、固定座21形成的面垂直。在移动定位导杆24时，定位板22和固定座21能够同步进行运动。当固定座下表面217与定位板下表面223形成的同一平面与目标物3外表面相切时(如图12所示)，表明定位板22移动到位，可以将固定座21固定在目标物3上，然后将定位板22从固定座21上拆卸下来。

本发明提供一种上述定位工装的使用方法，用于将固定座21定位安装在设定位置。根据转换头架坐标，将头架上的定位导轨25移动到规划的位置，如图9所示，将定位导杆24穿过定位导轨25的通孔，从而定位导杆24的轴线与规划的轴线重合。如图11所示，将固定座21和定位板22可拆卸地连接，然后将固定座21和定位板22的组合件安装到定位导杆24上，使得定位导杆24的轴线与定位板22的所在平面垂直。移动定位导杆24，使定位板22的下表面223与目标物3表面相切(如图11所示)，固定定位导杆24。将第一螺钉23经固定座21上的孔211a～c(图7)拧入目标物3，利用紧定螺钉(图未示)穿过紧定螺纹孔214c将固定座21与第一螺钉23固定。松开定位导杆24，并移除定位导杆24。将定位板22与固定座21分离，固定座21可靠地固定在目标物3表面(如图7所示)。

进一步地，切削工装2还包括与切削刀具10配合的切削深度调节机构，用于调节切削刀具10沿切削模具26深度方向的运动，以在目标物3表面制出与待植入设备的深度相适配的凹槽31。

切削深度调节机构为精密调节机构，用于精确调整切削深度。

在本实施例中，切削深度调节机构为螺纹传动机构，如图14所示，螺纹传动机构包括螺杆11、螺母13和旋钮12，螺杆11与切削刀具10的机头部件102固定连接，螺母13与螺杆11通过螺纹连接，旋钮12套设在螺杆11和螺母13外并与螺母13固定连接；转动旋钮12，通过螺母13与螺杆11之间的螺纹传动将转动转换成螺母13沿螺杆11轴线方向的直线移动，从而调节螺母13相对刀头的位置，实现精密调节切削深度。

具体地，螺杆11与切削刀具10的机头部件102可采用紧定螺钉、过盈配合、螺纹连接等方式固定连接。旋钮12与螺母13可通过过盈配合、螺纹连接等方式固定。优选地，螺杆11为精密螺杆、螺母13为精密螺母。

具体地，如图14所示，螺杆11包括呈阶梯型设置的杆体110、机头连接部111和螺母连接部114，机头连接部111用于与切削刀具10的机头部件配合部1021固定连接，机头部件配合部1021为圆柱面，机头连接部111的内壁为圆柱面，套接在机头部件配合部1021上。机头连接部111上设有螺杆固定孔113，螺杆固定孔113优选为螺纹孔，紧定螺钉穿过螺杆固定孔113将螺杆11固定在切削刀具10上。螺母连接部114用于与螺母13连接，螺母连接部114的内壁加工有内螺纹，能够与螺母13螺纹连接。优选地，螺杆11外壁设有刻度尺115，以便于观察和测量切削深度。

如图15所示，螺母13包括上连接部、下卡接部和切削模具配合面134，上连接部包括用于套设在切削刀具10上的内孔131，上连接部的外壁设有外螺纹130，用于与螺杆11的内壁螺纹连接，下卡接部用于与旋钮卡合，下卡接部包括呈阶梯设置的第一平面136、卡合面132和第二平面133。切削模具配合面134用于与切削模具的开口配合。在本发明的一个实施例中，上连接部呈圆柱状，下卡接部沿上连接部的径向向外呈凸台状，切削模具配合面134呈柱状，与切削模具26的第一开口262a相切，将切削模具26上的形状映射到目标物3表面，制备出需要的凹槽31形状。

如图16所示，旋钮12为中空结构，包括旋钮上端面128、旋钮下端面126和螺杆套接部121，螺杆套接部121用于与螺杆套接，螺杆套接部121的滑动面123与螺杆的外壁接触并能够沿螺杆的长度方向移动；旋钮12的上端部设有凹槽120。旋钮12还包括位于螺杆套接部121下方的螺母套接部127，螺母套接部127的内部设有卡合面125，用于与螺母13的下卡接部的卡合面132配合，以与螺母13固定连接。优选地，螺杆套接部121的外壁加工有滚花纹122或其他能增加摩擦力的特征，方便操作旋钮12。

旋钮12与螺母13固定连接后，旋钮下端面126与螺母下端面135共面(重合)，在其他实施例中旋钮下端面126与螺母下端面135可不共面。转动旋钮12可带动螺母13转动，旋钮上端面128随着螺纹旋合长度的不同而指示在螺杆11外侧壁的刻度尺115的不同位置，用来指示切削刀具10能切入骨组织的深度。

旋钮12还包括第一抵接面124，螺杆11包括第二抵接面112，第一抵接面124与第二抵接面112的距离随着切骨深度的变化而变化，切骨深度为0mm时，第一抵接面124与第二抵接面112接触，防止螺母13旋出螺杆11。

图17为图13中的切削深度调节机构的切削深度调节范围的示意图；如图17所示，当旋钮上端面128指示在0刻度线位置时，刀头103伸出旋钮下端面126一定距离H0，该距离与切削模具上表面260到固定座下表面217之间的距离相等，此时刀头远端面与目标物3表面相切，切骨深度为0。调节旋钮12改变螺母13与螺杆11之间的螺纹旋合长度，使得刀头103伸出旋钮下端面126的长度变化，从而改变切骨深度为△h，在本实施例中切骨深度的调节范围为0～10mm，能满足在目标物3表面制备不同深度凹槽31的要求。在不改变结构的基础上可以重新设计螺纹旋合长度范围，改变切削深度深度的调节范围。

图18本发明实施例1提供的凹槽加工装置在目标物表面切骨的过程示意图；如图18所示，螺母13下端面135与切削模具上表面260配合，结合刀头伸出的长度，调节切骨的深度。螺母13的切削模具配合部134与切削模具26上的第一开口262a相切，将第一开口262a的约束边界的形状映射到目标物3上，形成所需要的凹槽31形状。综合切削深度调节机构及切削模具26上的约束边界可以在目标物3表面制出要求深度、要求形状的凹槽31。

本发明提供一种上述凹槽加工装置的使用方法，包括：

步骤S1，将形状约束装置固定在目标物3表面上；

步骤S2，使用切削刀具10并在上述形状约束装置的约束下进行切削，以在目标物3上切削出设定形状和深度的凹槽31。

在本发明的一个实施例中，目标物可以为颅骨或者颅骨模型。目标物表面为圆弧形表面或平坦表面。当目标物为颅骨或者颅骨模型时，目标物表面基本为圆弧形表面。

进一步地，形状约束装置包括切削模具26和固定座21，切削模具26上设有与待植入设备外形相适配的约束边界；固定座21具有镂空部216，用于露出待切削的目标物3表面；

步骤S1包括：

步骤S11，将固定座21固定在目标物3表面上，

步骤S12，将切削模具26固定在固定座21上。

固定座21和切削模具26形成稳定的切骨工装。

进一步地，在步骤S11中，采用定位工装将固定座21固定在目标物3表面上。

定位工装包括定位板22、定位导杆24和定位导轨25；进一步地，步骤S11包括：

步骤S101，将定位板22可拆卸地安装在固定座21的镂空部216内；定位板22与固定座21预先地安装在一起，形成组合件；

步骤S102，将定位导轨25固定在规划位置，定位导杆24穿过定位导轨25并与定位板22连接，调节定位导杆24使得定位板22和固定座21形成的组合件的远端面与目标物3表面相切并指向预定的方向；优选地，定位导杆24轴线与组合件的远端平面垂直。

步骤S103，将固定座21固定在目标物3表面上；具体可使用第一螺钉23穿过固定座21上所设的通孔固定在目标物3表面，通过紧定螺钉进一步地将固定座21与第一螺钉23固定；

步骤S104，移除定位板22、定位导杆24和定位导轨25。定位导轨25、定位导杆24、定位板22在完成固定座21固定后可以移除，仅保留已经可靠地固定在目标物3表面上的固定座21。其中，定位板22、定位导杆24和定位导轨25的移除顺序优选为：先移除定位导杆24，再移除定位导轨25，最后移除定位板22。

其中，定位导轨25根据手术规划结果移动在规划的位置。

通常，凹槽可设置在目标物的任何适当的位置，用户根据需要确定即可。

由于不同的目标物3(例如颅骨)形状、厚度不一样，使用前需要根据目标物的影像信息规划出适合的凹槽位置。如图22和图23所示，调整与目标物表面相切的切平面的方位，切点O为待植入设备的几何中心，通过调整切平面的方位，使得待植入设备外形所围成的几何形状A到目标物表面的平均距离

最小(其中，h_i-待植入设备外形所形成的几个形状上一点到切平面的距离)，从而确定切平面的位置，过切点O并与切平面垂直的直线为规划轴线L。

进一步地，当目标物3为颅骨时，可以根据用户头部的CT(Computed Tomography,电子计算机断层扫描)、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)数据构建颅骨3D模型，然后规划出适合的I PG(Implantable Pulse Generator,植入式起搏器)的植入位置。

具体地，利用用户的CT、MRI图像重建颅骨3D模型包括：根据需要植入的脉冲发生器的外形特点，规划植入位置，使得植入设备与颅骨最大限度的融合，根据规划的植入位置(即切骨位置)计算出规划轴线L的方位。

其中，上述规划过程可以由通用的三维软件实现也可以专用的手术规划软件实现。专用的手术规划***包括：CT、MRI数据采集***，3D重建及渲染***、交互式或自动化植入位置规划算法。

其中，交互式植入位置规划算法包括：在规划时医生根据所重建颅骨3D模型，初步在颅骨表面指定骨槽的中心位置，算法根据满足剩余颅骨厚度足够、植入设备颅骨表面最少的约束，确定待植入设备所在面的法线，结合预定的中心点位置，给出规划轴线L的方向。

其中，自动化植入位置规划算法包括：医生指定待植入设备拟植入的位置中心的大概区域，算法调整植入设备的中心点位置并通过调整与颅骨表面的切平面的法线位置使得满足剩余颅骨厚度足够、植入设备颅骨表面最少的约束，给出规划轴线L的方向。

其中，给出规划轴线L的方向后，根据规划轴线L的位置转换成头架的坐标，安装定位导轨25与头架，使与头架固连的定位导轨25轴线与规划轴线L重合。然后将定位导杆24穿过已经安装到规划位置的定位导轨25的中心，定位导杆24的轴线与定位导轨5的轴线重合，即定位导杆24的轴线与规划轴线L重合。至此完成定位导轨25与定位导杆24的安装。

实施例2

在本发明的一个实施例中，形状约束装置包括机械臂，机械臂与切削刀具10连接，机械臂根据控制***的指令带动切削刀具10在目标物3表面上加工出设定结构的凹槽31。

控制***可以根据需要，规划制备的凹槽31结构，控制机械臂运动，通过机械臂控制切削刀具10的运动轨迹，从而带动切削刀具10运动，在目标物3表面制备出所需的凹槽31。

优选地，机械臂具有多个自由度，能精确规划终端路径。机械臂至少具有两个方向的移动自由度和一个方向的转动自由度。在本实施例中，如图19所示，机械臂在空间中有六个自由度，分别为xyz三个方向的移动和绕xyz三个方向上的转动。

具体地，切削刀具10通过夹具工装固定在机械臂的终端。夹具工装与机械臂固连，切削刀具10连接在夹具工装上。如图20和21所示，切骨刀具10通过夹具工装51与机械臂的端部5连接。夹具工装51上设有机械臂连接孔511a、511b，通过螺钉将夹具工装51固定在机械臂的端部5上。切削刀具10的机头部件配合部1021的外圆柱面与夹具工装51上的夹具连接孔512配合，并通过紧定螺钉穿过切削刀具10紧定孔513将切削刀具10固定在夹具工装51上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种凹槽加工装置，其特征在于，包括：

切削工具，所述切削工具包括切削刀具和深度调节机构，所述切削刀具用于在目标物表面上切削凹槽，所述深度调节机构与所述切削刀具配合，以在目标物表面制出设定深度的凹槽；

切削工装，所述切削工装包括形状约束装置，所述形状约束装置与所述切削刀具配合，用于约束所述切削刀具的动作，以在目标物表面上切削出设定形状的凹槽。

2.根据权利要求1所述的凹槽加工装置，其特征在于，所述形状约束装置包括切削模具，所述切削模具上设有与待植入设备外形相适配的约束边界，所述约束边界用于引导切削刀具在目标物表面制出与待植入设备的外轮廓相适配的凹槽。

3.根据权利要求2所述的凹槽加工装置，其特征在于，所述形状约束装置还包括固定座，所述固定座具有镂空部，用于露出待切削的目标物表面，所述切削模具固定在所述固定座上。

4.根据权利要求3所述的凹槽加工装置，其特征在于，所述固定座上设有多个固定孔，所述固定孔的侧壁设有紧定孔，所述固定座通过穿过固定孔的第一螺钉固定在目标物表面，所述第一螺钉通过穿过紧定孔的紧定螺钉固定于固定座上。

5.根据权利要求3所述的凹槽加工装置，其特征在于，所述切削模具上还设有第一定位结构，所述固定座上设有第二定位结构，所述第一定位结构与所述第二定位结构配合。

6.根据权利要求3所述的凹槽加工装置，其特征在于，所述切削工装还包括定位工装，用于引导所述固定座安装在目标物表面的设定位置；

所述定位工装包括定位板、定位导杆和定位导轨，定位板可拆卸地安装在固定座的镂空部内，所述定位板与定位导杆固定连接，定位导杆能够沿定位导轨滑动以带动定位板和固定座移动至与目标物表面相切。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述凹槽加工装置的使用方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将形状约束装置固定在目标物表面上；

步骤S2，使用切削刀具并在上述形状约束装置的约束下进行切削，以在目标物上切削出设定形状和深度的凹槽。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述形状约束装置包括切削模具和固定座，所述切削模具上设有与待植入设备外形相适配的约束边界；所述固定座具有镂空部，用于露出待切削的目标物表面；

所述步骤S1包括：

步骤S11，将固定座固定在目标物表面上；

步骤S12，将所述切削模具固定在所述固定座上。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在所述步骤S11中，采用定位工装将所述固定座固定在目标物表面上。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述定位工装包括定位板、定位导杆和定位导轨；所述步骤S11包括：

步骤S101，将定位板可拆卸地安装在固定座的镂空部内；

步骤S102，将定位导轨固定在规划位置，定位导杆穿过定位导轨并与定位板连接，调节定位导杆使得定位板和固定座形成的组合件的远端面与目标物表面相切并指向预定的方向；

步骤S103，将所述固定座固定在目标物表面上；

步骤S104，移除定位板、定位导杆和定位导轨。

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