專利名稱：基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療系統，具體是一種基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統。
背景技術：
在80年代早期引進的帶鎖髓內釘技術大大擴展了髓內釘治療的適應癥。帶鎖髓內釘是一種能達到近端和遠端碎片良性固定的較好方法，能夠滿足粉碎性骨折、近端及遠端骨折的固定要求，可有效避免旋轉、側移、成角及分離的發生，手術效果好，得到了不斷的推廣。帶鎖最常見的方式是用穿過一側皮質層的螺釘，通過釘子上的一個孔，鎖住遠端的皮質。靜力型固定髓內釘在遠端與近端均須與骨固定。目前，在手術中一般采用外部瞄準器的帶鎖方式，即通過外部瞄準器找正髓內釘近端和遠端的鎖孔，在瞄準器套管的導引下，完成鉆孔和鎖釘操作。由于髓內釘插入骨髓腔后承受了相當的彎力和扭轉力，尤其在不擴髓手術中受力情況更加惡劣，致使髓內釘產生變形，外部瞄準器與髓內釘的相對位置關系發生變化，通過瞄準器套管無法鎖定髓內釘上的鎖孔。出現這種情況時，醫生不得不在X光機直接照射下找正鎖孔，完成鎖釘，有時需要重復多次才能成功。這對醫生和患者都產生了不利的影響。另外不同廠家的瞄準器只能鎖定自己廠家的髓內釘，不具備通用性，造成了應用的局限性。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統。本發明可解決現有系統中要在X光機直接照射下找正鎖孔，并多次重復才能成功的缺點。本發明由工業控制計算機1、手術床2、C形臂X光機3、導航機器人4組成；C形臂X光機3、導航機器人4分別安置在手術床2的左右兩側，并使C形臂X光機3的工作空間、導航機器人4的工作空間與手術床2的工作空間相重合；手術床2的控制數據輸出輸入端連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端，C形臂X光機3的控制數據輸出輸入端、圖像數據輸出端分別連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端、圖像數據輸入端，導航機器人4的控制數據輸出輸入端連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端。工作原理患者躺在手術床2上，醫生將髓內釘插入患者斷骨的骨髓腔中，醫生遙控操作C形臂X光機3拍攝斷骨的X光照片，由工業控制計算機1對X光照片進行處理，獲得鎖孔的位置和姿態信息，工業控制計算機1將鎖孔的位置和姿態信息傳遞給導航機器人4，導航機器人4進行鎖孔定位，由醫生或導航機器人4自動進行鉆孔，然后鎖釘。本發明能一次性確定鎖孔的位置，能避免醫護人員在髓內釘發生變形時要在X光長時間照射下工作，能全自動或人機配合完成手術過程，具有通用性，手術時間短，并能實現遠程手術。
圖1是本發明的系統結構示意圖，圖2是本發明的整體結構主視圖，圖3是本發明的整體結構俯視圖，圖4是手術床2的電路結構示意圖，圖5是C形臂X光機3的電路結構示意圖，圖6是手術床2的機械結構示意圖，圖7是C形臂X光機3的機械結構示意圖。
具體實施例方式結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7說明本實施方式，本實施方式由工業控制計算機1、手術床2、C形臂X光機3、導航機器人4組成；C形臂X光機3、導航機器人4分別安置在手術床2的左右兩側，并使C形臂X光機3、導航機器人4的工作空間與手術床2的工作空間相重合；手術床2的控制數據輸出輸入端連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端，C形臂X光機3的控制數據輸出輸入端、圖像數據輸出端分別連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端、圖像數據輸入端，導航機器人4的控制數據輸出輸入端連接工業計算機1的控制數據輸入輸出端；所述手術床2由運動控制卡2-1、橫向移動裝置2-2、縱向移動裝置2-3、垂直升降移動裝置2-4、床面2-5組成；縱向移動裝置2-3的下端面連接在橫向移動裝置2-2的上端面上，垂直升降移動裝置2-4的下端面連接在縱向移動裝置2-3的上端面上，床面2-5的下端面連接在垂直升降移動裝置2-4的上端面上；運動控制卡2-1的三個數據控制輸出輸入端分別連接橫向移動裝置2-2、縱向移動裝置2-3、垂直升降移動裝置2-4的數據控制輸入輸出端，運動控制卡2-1的受控端連接工業控制計算機1的控制數據輸入輸出端；上述結構使手術床2能夠在三維空間自由移動；C形臂X光機3由圖像采集卡3-1、X光機頭3-2、伺服運動控制卡3-3、橫向移動裝置3-4、縱向移動裝置3-5、垂直升降移動裝置3-6、水平轉動裝置3-7、垂直轉動裝置3-8、C形臂轉動裝置3-9組成；縱向移動裝置3-5的下端面連接在橫向移動裝置3-4的上端面上，垂直升降移動裝置3-6的下端面連接在縱向移動裝置3-5的上端面上，水平轉動裝置3-7的下端面連接在垂直升降移動裝置3-6的上端面上，垂直轉動裝置3-8的下端面連接在水平轉動裝置3-7的上端面上，C形臂轉動裝置3-9的外側連接在垂直轉動裝置3-8的一個側端，X光機頭3-2連接在C形臂轉動裝置3-9的C形臂的兩端的端頭上；X光機頭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的圖像數據輸出端連接工業控制計算機1的圖像數據輸入端，伺服運動控制卡3-3的六個數據控制輸出輸入端分別連接橫向移動裝置3-4、縱向移動裝置3-5、垂直升降移動裝置3-6、水平轉動裝置3-7、垂直轉動裝置3-8、C形臂轉動裝置3-9數據控制輸入輸出端，伺服運動控制卡3-3的控制數據輸入輸出端連接工業控制計算機1控制數據輸入輸出端；上述結構使C形臂X光機3具有六個自由度的運動功能。工業控制計算機1選用的型號是研華PCA-6006，導航機器人4選用的型號是日本Motoman公司的SV3，運動控制卡2-1選用的型號是HIT6502，橫向移動裝置2-2、縱向移動裝置2-3、垂直升降移動裝置2-4選用的步進電機型號全是意大利MAE公司的HN3451，圖像采集卡3-1選用的型號是大恒Video-PCI-XR，X光機頭3-2選用型號是西安恒星NOVA TR60，伺服運動控制卡3-3選用的型號是HIT6505，橫向移動裝置3-4、縱向移動裝置3-5、垂直升降移動裝置3-6、水平轉動裝置3-7、垂直轉動裝置3-8選用的步進電機的型號全是松下MHMA052C，C形臂轉動裝置3-9選用的步進電機的型號是松下MHMA042C。
權利要求
1.基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統，其特征在于它由工業控制計算機(1)、手術床(2)、C形臂X光機(3)、導航機器人(4)組成；C形臂X光機(3)、導航機器人(4)分別安置在手術床(2)的左右兩側，并使C形臂X光機(3)的工作空間、導航機器人(4)的工作空間與手術床(2)的工作空間相重合；手術床(2)的控制數據輸出輸入端連接工業計算機(1)的控制數據輸入輸出端，C形臂X光機(3)的控制數據輸出輸入端、圖像數據輸出端分別連接工業計算機(1)的控制數據輸入輸出端、圖像數據輸入端，導航機器人(4)的控制數據輸出輸入端連接工業計算機(1)的控制數據輸入輸出端。
2.根據權利要求1所述的基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統，其特征在于手術床(2)由運動控制卡(2-1)、橫向移動裝置(2-2)、縱向移動裝置(2-3)、垂直升降移動裝置(2-4)、床面(2-5)組成；縱向移動裝置(2-3)的下端面連接在橫向移動裝置(2-2)的上端面上，垂直升降移動裝置(2-4)的下端面連接在縱向移動裝置(2-3)的上端面上，床面(2-5)的下端面連接在垂直升降移動裝置(2-4)的上端面上；運動控制卡(2-1)的三個數據控制輸出輸入端分別連接橫向移動裝置(2-2)、縱向移動裝置(2-3)、垂直升降移動裝置(2-4)的數據控制輸入輸出端，運動控制卡(2-1)的受控端連接工業控制計算機(1)的控制數據輸入輸出端。
3.根據權利要求1所述的基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統，其特征在于C形臂X光機(3)由圖像采集卡(3-1)、X光機頭(3-2)、伺服運動控制卡(3-3)、橫向移動裝置(3-4)、縱向移動裝置(3-5)、垂直升降移動裝置(3-6)、水平轉動裝置(3-7)、垂直轉動裝置(3-8)、C形臂轉動裝置(3-9)組成；縱向移動裝置(3-5)的下端面連接在橫向移動裝置(3-4)的上端面上，垂直升降移動裝置(3-6)的下端面連接在縱向移動裝置(3-5)的上端面上，水平轉動裝置(3-7)的下端面連接在垂直升降移動裝置(3-6)的上端面上，垂直轉動裝置(3-8)的下端面連接在水平轉動裝置(3-7)的上端面上，C形臂轉動裝置(3-9)的外側連接在垂直轉動裝置(3-8)的一個側端，X光機頭(3-2)連接在C形臂轉動裝置(3-9)的C形臂的兩端的端頭上；X光機頭(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)的圖像數據輸出端連接工業控制計算機(1)的圖像數據輸入端，伺服運動控制卡(3-3)的六個數據控制輸出輸入端分別連接橫向移動裝置(3-4)、縱向移動裝置(3-5)、垂直升降移動裝置(3-6)、水平轉動裝置(3-7)、垂直轉動裝置(3-8)、C形臂轉動裝置(3-9)數據控制輸入輸出端，伺服運動控制卡(3-3)的控制數據輸入輸出端連接工業控制計算機(1)控制數據輸入輸出端。
全文摘要
基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統，它涉及一種醫療系統，具體是一種基于圖像導航的機器人輔助帶鎖髓內釘鎖定系統。C形臂X光機(3)、導航機器人(4)分別安置在手術床(2)的左右兩側，并使(3)、(4)的工作空間與(2)的工作空間相重合；(2)的控制數據輸出輸入端連接工業計算機(1)的控制數據輸入輸出端，(3)的控制數據輸出輸入端、圖像數據輸出端分別連接(1)的控制數據輸入輸出端、圖像數據輸入端，(4)的控制數據輸出輸入端連接(1)的控制數據輸入輸出端。本發明能一次性鎖定鎖孔的位置，能避免醫護人員在髓內釘發生變形時要在X光長時間照射下工作，能全自動或人機配合來完成手術過程，具有通用性，并能實現遠程手術。
文檔編號A61B17/56GK1561926SQ200410013630
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月17日 優先權日2004年3月17日
發明者孫立寧, 杜志江, 富歷新 申請人:哈爾濱工業大學