CN114176752A - 一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置 - Google Patents

一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于医疗机器人的骨骼复位辅助装置，包括近端骨块固定机构和远端骨块固定机构均包括并列设置在支架上的至少两组套筒，套筒内设有螺纹针，支架上设有与螺纹针相垂直的连接槽；临时连接机构包括通过连接杆和第一球形关节连接的近端固定杆和远端固定杆，近端固定杆与近端骨块固定机构的连接槽可拆卸连接，远端固定杆与远端骨块固定机构的连接槽可拆卸连接；近端骨块固定机构通过手术床固定机构固定在手术床本体上，远端骨块固定机构通过机器人连接机构与医疗机器人本体可拆卸连接。利用近、远端骨块固定机构和螺纹针通过极小的创伤实现理想的骨骼复位效果。

Description

一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体为一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
骨折是临床常见的疾病，多由骨骼受到外力导致骨的完整性和连续性中断，目前治疗骨折时没有较好的固定骨块及便于与机器人链接的装置。
骨折通常伴随着的骨块位置的移动，治疗上需要恢复骨折远近端骨块的正常位置关系，然而传统的治疗方式往往会破坏局部的血运，造成骨折不愈合或延迟愈合，机器人已越来越多的应用于临床骨折治疗，利用机器人移动定位功能使得骨块的复位更加精确，但目前却缺乏骨块与机器人之间的夹持装置，使得机器人难以发挥其拥有的功能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，用于固定骨折的骨块部分，并通过与机械臂连接的装置，可用于术前、术中及术后机器人骨折复位的过程，手术前可进行肢体临时固定；术中肢体与床体的连接固定，肢体远端与机械臂的夹持固定，以及术后的骨折固定，发挥机器人的在骨折复位过程中的优势。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，包括可拆卸连接的近端骨块固定机构、远端骨块固定机构、临时连接机构、手术床固定机构和机器人连接机构；
近端骨块固定机构和远端骨块固定机构均包括并列设置在支架上的至少两组套筒，套筒内设有螺纹针，支架上设有与螺纹针相垂直的连接槽；
临时连接机构包括通过连接杆和第一球形关节连接的近端固定杆和远端固定杆，近端固定杆与近端骨块固定机构的连接槽可通过连接槽开口的卡进卡出实现拆卸连接，远端固定杆与远端骨块固定机构的连接槽可通过连接槽开口的卡进卡出实现拆卸连接；
近端骨块固定机构通过手术床固定机构固定在手术床本体上，远端骨块固定机构通过机器人连接机构与医疗机器人本体可拆卸连接。
支架设有卡槽，卡槽位于两组套筒之间；套筒通过内部的螺纹与螺纹针可拆卸连接。
连接槽沿着与螺纹针相垂直的方向设置，用于卡入近端固定杆和远端固定杆。
手术床固定机构包括通过立柱和固定杆连接的第一固定部和第二固定部，第一固定部与近端骨块固定机构的支架可拆卸连接，第二固定部与手术床本体可拆卸连接。
手术床固定机构的立柱顶部与固定杆连接，第二固定部沿立柱滑动连接，第一固定部通过第二球形关节与固定杆连接，第二球形关节设有球形关节锁定件，用于第一固定部的位置锁定。
第一固定部设有开口，开口与近端骨块固定机构的支架相配合，实现手术床固定机构与近端骨块固定机构的连接。
机器人连接机构包括位于医疗机器人本体上的底座法兰，底座法兰一侧设有法兰连接件，法兰连接件设有至少两组连接孔，两连接孔的间距与两套筒的间距相等，连接孔通过延长杆与远端骨块固定机构的套筒实现连接，法兰连接件设有连接紧固件，用于紧固***连接孔的延长杆。
延长杆包括连接在一起的延长杆本体和延长杆底座，远端骨块固定机构的套筒***延长杆底座内部，延长杆本体则***机器人连接机构的连接孔，通过连接紧固件实现远端骨块固定机构与医疗机器人本体的连接。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、通过近、远端装置固定骨折的两个部分，使其分别成为一个整体，近端骨块固定装置通过连接装置与手术床链接并牢固固定，从而达到近端骨块固定，而控制远端骨块位移、旋转来达到骨折端的复位的目的，并且在手术前、后均可用其进行连接固定，不需要更换其余的固定装置。
2、螺纹针在开始的植入阶段只需要夹持保持平行，对骨块的位置没有过多的要求，从而在术前和术后通用一套夹持固定装置，不需要再次置顶或更换固定方式。
3、通过直接对近端固定块的固定，使之跟床体形成固定；通过延长杆对螺纹针及套筒的直接固定，建立骨折远端与机械臂的固定连接。
4、近端骨块固定机构将待复位的骨块固定，而医疗机器人则利用远端骨块固定机构带动远端骨块实现复位，复位效果理想。
5、近端骨块固定机构和远端骨块固定机构各自通过至少两组螺纹针及套筒的复合体实现复位，该复合体除固定骨块外还发挥导向作用，确保复位效果；螺纹针与套筒配合形成组合体在牵引过程中不易产生位移，组合体也极大的增加了整套装置的刚度，从而避免螺纹针受力变形。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1(a)是本发明实施例一提供的近端骨块固定机构主视结构示意图；
图1(b)是本发明实施例一提供的近端骨块固定机构侧视结构示意图；
图1(c)是本发明实施例一提供的近端骨块固定机构俯视结构示意图；
图2(a)是本发明实施例一提供的远端骨块固定机构主视结构示意图；
图2(b)是本发明实施例一提供的远端骨块固定机构侧视结构示意图；
图2(c)是本发明实施例一提供的远端骨块固定机构俯视结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的临时连接机构的结构示意图；
图4(a)是本发明实施例一提供的手术床固定机构的主视结构示意图；
图4(b)是本发明实施例一提供的手术床固定机构的俯视结构示意图；
图5(a)是本发明实施例一提供的机器人连接机构的俯视示意图；
图5(b)是本发明实施例一提供的机器人连接机构的侧视示意图；
图5(c)是本发明实施例一提供的机器人连接机构的主视示意图；
图6是本发明实施例一提供的延长杆结构示意图；
图7是本发明实施例二提供的手术床固定机构的结构示意图；
图8是本发明实施例二提供的手术床固定机构的转接装置结构示意图；
图1-2中：1、螺纹针，2、套筒，21、卡槽，3、连接槽，31、连接槽锁定件，4、盖板，5、支架，51、套筒锁定件；
图3中：61、近端固定杆，62、远端固定杆，63、连接杆，64、第一球形关节；
图4中：71、第一固定部，711、开口，72、第二球形关节，721、球形关节锁定件，73、固定杆，74、立柱，75、第二固定部；
图5中：81、底座法兰，82、法兰连接件，821、连接紧固件，822、连接孔；
图6中：91、延长杆本体，92、延长杆底座；
图7中：104、连接旋转架，105、旋转升降杆，106、旋转升降轴，107、垂直架。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的，骨折通常伴随着的骨块位置的移动，治疗上需要恢复骨折远近端骨块的正常位置关系，然而传统的治疗方式往往会破坏局部的血运，造成骨折不愈合或延迟愈合，机器人已越来越多的应用于临床骨折治疗，利用机器人移动定位功能使得骨块的复位更加精确，但目前却缺乏骨块与机器人之间的夹持装置，使得机器人难以发挥其拥有的功能。
因此以下实施例给出了一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置的硬件结构，通过近端骨块固定机构和远端骨块固定机构中各自两组螺纹针完成骨块与固定机构的固定，将近端和远端的骨块固定机构临时连接后利用现有的CT扫描实现骨折处的3D建模，再将近端骨块连同固定机构固定在手术床上，通过延长杆固定连接远端骨块固定机构，医疗机器人带动远端的骨块固定机构实现骨折复位。
实施例一：
如图1-6所示，一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，包括可拆卸连接的近端骨块固定机构、远端骨块固定机构、临时连接机构、手术床固定机构和机器人连接机构；
近端骨块固定机构包括并列设置在支架5上的至少两组套筒2，支架5上设有盖板4，两组套筒2通过套筒锁定件51固定在支架5与盖板4之间，套筒2内设有螺纹针1，两组套筒2之间设有卡槽21，支架5上设有与螺纹针1相垂直的连接槽3；
远端骨块固定机构与近端骨块固定机构结构相同；
临时连接机构包括通过第一球形关节64连接的近端固定杆61和远端固定杆62，近端固定杆61与近端骨块固定机构的连接槽3可拆卸连接，远端固定杆62与远端骨块固定机构的连接槽3可拆卸连接；
本实施例中，临时连接机构的第一球形关节64具有结构相同两组关节结构，两组关节结构通过连接杆63连接形成双关节结构。
也可以为单关节结构，即一组球形关节分别连接近端固定杆61和远端固定杆62。
手术床固定机构包括通过立柱74和固定杆73连接的第一固定部71和第二固定部75，第一固定部71与近端骨块固定机构的盖板4可拆卸连接，第二固定部75与手术床本体可拆卸连接；
远端骨块固定机构通过机器人连接机构与医疗机器人本体可拆卸连接。
本实施例中，支架5为长方体，两组沿卡槽21滑动的套筒2设在支架5上，套筒2通过内部的螺纹与螺纹针1可拆卸连接，相应的螺纹针1设有与套筒2内螺纹相配合的外螺纹。
采用套筒2的方式间接加粗螺纹针固定，增加其刚度防止变形；
支架5利用套筒2形成两个螺纹针孔槽，通过套筒锁定件51锁定套筒2在支架5内的位置，控制螺纹针1的进针方向，通过卡槽21作为引导螺纹针1***的模具，将螺纹针1***套筒2使两根螺纹针1打入近端骨块，套筒2紧贴骨表面。
连接槽3沿着与螺纹针1相垂直的方向设置，用于卡入近端固定杆61和远端固定杆62，连接槽锁定件31用于近端固定杆61和远端固定杆62卡入后的锁定。
手术床固定机构的立柱74顶部与固定杆73连接，第二固定部75沿立柱74滑动连接，第一固定部71通过第二球形关节72与固定杆73连接，第二球形关节72设有球形关节锁定件721，用于第一固定部71的位置锁定。
第一固定部71设有开口711，开口711与近端骨块固定机构的支架5相配合，用于固定近端骨块固定机构。
机器人连接机构包括位于医疗机器人本体上的底座法兰81，底座法兰81一侧设有法兰连接件82，法兰连接件82设有连接孔822，连接孔822通过延长杆与远端骨块固定机构的套筒实现连接，法兰连接件82设有连接紧固件821，用于紧固***连接孔822的延长杆。
延长杆包括连接在一起的延长杆本体91和延长杆底座92，远端骨块固定机构的套筒***延长杆底座92内部，延长杆本体91则***机器人连接机构的连接孔822，通过连接紧固件821紧固，完成远端骨块固定机构与医疗机器人本体的连接；本实施例中，两组连接孔822的间距与远端固定机构的套筒2间距相等。
上述装置的工作过程如下:
1、螺纹针1***套筒2，露出套筒2的螺纹针1打入近端骨块，使套筒2紧贴骨表面，二者通过套筒2的内螺纹与螺纹针的外螺纹固定，内外螺纹的配合能够精确的调节螺纹针1打入骨块的深度，两套筒2之间的卡槽21，用于引导螺纹针1***套筒2中。
2、同样的方式固定图2所示的远端骨块固定机构。
3、将图3所示临时连接机构中的近端固定杆61卡入图1所示近端骨块固定机构的连接槽3内，远端固定杆62卡入图2所示远端骨块固定机构的连接槽3内，利用第一球形关节64的角度调节功能实现近端骨块和远端骨块的临时固定。
4、推患者进CT室行骨折处CT扫描，得出3D建模备用。
5、将患者推至手术室的手术床上，利用图4所示的手术床固定装置中，第一固定部71的开口711与近端骨块固定机构中的支架5连接，第二固定部75则固定在手术床本体上，完成近端骨块的固定。
6、远端骨块固定机构的两组套筒2分别***图6所示的延长杆的延长杆底座92中，延长杆本体91则***图5所示机器人连接机构的连接孔822中，使远端骨块固定机构通过机器人连接机构连接医疗机器人本体。
7、拆除图3所示临时连接机构，机器人带动远端骨块固定机构实现骨折复位，复位后再次卡入图3所示临时连接机构进行临时固定。
上述结构中，螺纹针1通过极小的创伤配合医疗机器人达到满意的复位效果。
近端骨块固定机构将待复位的骨块固定，而医疗机器人则利用远端骨块固定机构带动远端骨块实现复位，复位效果理想。
近端骨块固定机构和远端骨块固定机构各自通过至少两组螺纹针实现复位，螺纹针除固定骨块外还发挥一定程度上的导向作用，确保复位效果。
实施例二：
本实施例在实施例一的基础上替换了手术床固定机构，并将近端骨块固定机构及替换后的手术床固定机构连接在一起，如图7所示，其结构为：
包括通过连接旋转架104连接的第一固定机构和第二固定机构，第一固定机构为实施例一中的近端骨块固定机构，包括螺纹针1、连接槽3，支架5和卡槽21等部件，第二固定机构为替换后的手术床固定机构，具有与手术床本体可拆卸连接的第二固定部75；
具体的，支架5通过连接旋转架104与旋转升降杆105连接，旋转升降杆105通过旋转升降轴106与垂直架107连接，垂直架107末端设有第二固定部75。
垂直架107为倒T型，底部的两端分别设有与手术床可拆卸连接的第二固定部75，中部立柱通过旋转升降轴106与旋转升降杆105活动连接，垂直架107中部立柱沿垂直方向布置，旋转升降轴106水平布置，旋转升降杆105与螺纹针1同向布置，旋转升降杆105绕旋转升降轴106转动，带动螺纹针1在纵向平面运动至所需的角度；
垂直架107的中部立柱和旋转升降杆105均与旋转升降轴106滑动连接，且均具有容纳旋转升降轴106滑动的开孔，使得旋转升降杆105能够改变相对垂直架107的高度和水平距离，从而带动螺纹针1在纵向平面运动至所需的高度，和水平面运动至所需的进针深度。
旋转架104使得近端固定机构能够绕旋转升降杆105一端转动，进而使螺纹针1能够在纵向平面内以旋转升降杆105一端为旋转轴运动至所需的角度。
实际使用中，螺纹针1打入近端骨块，此时若临时连接机构的近端固定杆61受限于位置不能卡进或卡出连接槽3，则可以在图7中支架5的前端安装一组转接装置，转接装置的结构与支架5相同，如图8所示，在图8转接装置的连接槽3中卡入临时连接机构的近端固定杆61，再利用卡槽21连接螺纹针1固定后整体撤出，实现近端和远端骨块的临时固定。
替换后的手术床固定机构较实施例一中结构，由固定近端固定机构支架5的两侧，改为固定支架5的底部，减少了操作步骤。
替换后的手术床固定机构由杆状支撑改为板状支撑，增加了链接装置的刚度使其不易变形，减少各链接处微动，较稳定，使复位效果更好，精度更高。
替换后的手术床固定机构删除了螺纹针的套筒，直接夹持螺纹针，简化了结构，提高了效率。
备选机构是为了提供多一种的实施方案，弥补实施例一中的刚度不足，链接出不稳定易旋转等的问题。使机器人复位更加精准。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：包括可拆卸连接的近端骨块固定机构、远端骨块固定机构、临时连接机构、手术床固定机构和机器人连接机构；
近端骨块固定机构和远端骨块固定机构均包括并列设置在支架上的至少两组套筒，套筒内设有螺纹针，支架上设有与螺纹针相垂直的连接槽；
临时连接机构包括通过连接杆和第一球形关节连接的近端固定杆和远端固定杆，近端固定杆与近端骨块固定机构的连接槽可拆卸连接，远端固定杆与远端骨块固定机构的连接槽可拆卸连接；
近端骨块固定机构通过手术床固定机构固定在手术床本体上，远端骨块固定机构通过机器人连接机构与医疗机器人本体可拆卸连接。
2.如权利要求1所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述支架设有卡槽，卡槽位于两套筒之间。
3.如权利要求1所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述套筒与螺纹针可拆卸连接。
4.如权利要求1所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述连接槽沿着与螺纹针相垂直的方向设置，用于卡入近端固定杆和远端固定杆。
5.如权利要求1所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述手术床固定机构包括通过立柱和固定杆连接的第一固定部和第二固定部，第一固定部与近端骨块固定机构的支架可拆卸连接，第二固定部与手术床本体可拆卸连接。
6.如权利要求5所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述手术床固定机构的立柱顶部与固定杆连接，第二固定部沿立柱滑动连接，第一固定部通过第二球形关节与固定杆连接。
7.如权利要求6所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述第二球形关节设有球形关节锁定件，用于第一固定部的位置锁定。
8.如权利要求5所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述第一固定部设有开口，开口与近端骨块固定机构的支架相配合，实现手术床固定机构与近端骨块固定机构的连接。
9.如权利要求1所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述机器人连接机构包括位于医疗机器人本体上的底座法兰，底座法兰一侧设有法兰连接件，法兰连接件设有至少两组连接孔，两连接孔的间距与两套筒的间距相等，连接孔通过延长杆与远端骨块固定机构的套筒实现连接，法兰连接件设有连接紧固件，用于紧固***连接孔的延长杆。
10.如权利要求9所述的一种基于机器人骨折复位的夹持固定装置，其特征在于：所述延长杆包括连接在一起的延长杆本体和延长杆底座，远端骨块固定机构的套筒***延长杆底座内部，延长杆本体***机器人连接机构的连接孔，通过连接紧固件实现远端骨块固定机构与医疗机器人本体的连接。
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