專(zhuān)利名稱(chēng)：大壁虎脊柱立體定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的大壁虎脊柱立體定位裝置及方法，用于大壁虎脊柱立體定位，以進(jìn)行大壁虎在體脊髓制備及其電 生理相關(guān)實(shí)驗(yàn)，屬定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大壁虎因其超凡的三維空間無(wú)障礙運(yùn)動(dòng)能力，成為了仿生機(jī)器人研發(fā)的理想模型，近些年來(lái)，仿壁虎機(jī)器人已成為了仿生機(jī)器人的研究熱點(diǎn)。但目前國(guó)內(nèi)外所研制出的仿壁虎機(jī)器人，仍采用傳統(tǒng)的人工規(guī)劃控制法，依賴(lài)對(duì)環(huán)境的精確建模，不能適應(yīng)復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境，缺乏靈活性和自主性，嚴(yán)重影響了機(jī)器人的應(yīng)用性能。自然界中，脊椎動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為表現(xiàn)出了極好的靈活性與穩(wěn)定性，主要是由脊髓內(nèi)的中央模式發(fā)生器(Central Pattern Generator , CPG)產(chǎn)生、控制諸如走、跑、跳、游等節(jié)律性行為。神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ笫?、小鼠、貓、七鰓鰻等動(dòng)物CPG運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究及機(jī)器人領(lǐng)域?qū)PG控制模式的仿生均已取得一定的成果，但到目前為止，還未有學(xué)者對(duì)大壁虎這種具有特殊運(yùn)動(dòng)能力的動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)研究。利用大壁虎在體脊髓制備，開(kāi)展相關(guān)的電生理實(shí)驗(yàn)，建立相應(yīng)的CPG控制，提高仿壁虎機(jī)器人的性能，實(shí)現(xiàn)向非結(jié)構(gòu)環(huán)境和極限環(huán)境的應(yīng)用延伸，是仿壁虎機(jī)器人研究發(fā)展的必然趨勢(shì)。為了進(jìn)行大壁虎在體脊髓制備及其電生理相關(guān)實(shí)驗(yàn)，探索揭示大壁虎脊髓CPG運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，必須實(shí)現(xiàn)大壁虎脊柱的可靠定位。Cunningham設(shè)計(jì)了適用于成年及幼年嚙齒類(lèi)動(dòng)物脊髓制備及電生理實(shí)驗(yàn)的的脊柱適配器；Fiford針對(duì)大鼠脊髓損傷模型制備，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的脊髓損傷裝置。但隸屬于爬行動(dòng)物的大壁虎，其脊柱結(jié)構(gòu)與哺乳類(lèi)的嚙齒類(lèi)動(dòng)物差異明顯，這使得現(xiàn)有的脊柱適配器均不能滿(mǎn)足大壁虎脊髓研究的需要。另夕卜，Cunningham所設(shè)計(jì)的脊柱適配器的脊骨夾間距固定，采用兩個(gè)成對(duì)使用的脊骨對(duì)同一節(jié)椎骨進(jìn)行夾持，兩對(duì)脊骨夾分別夾持相鄰兩塊椎骨。所暴露脊髓的范圍有限。而且脊骨夾端部結(jié)構(gòu)單一，難以滿(mǎn)足大壁虎椎骨尺寸差異變化的要求。因此，必須根據(jù)大壁虎自身特點(diǎn)，建立大壁虎脊柱立體定位方法，并研制相關(guān)定位裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)大壁虎自身特點(diǎn)的，定位可靠、操作簡(jiǎn)單的大壁虎脊柱立體定位裝置及方法。一種大壁虎脊柱立體定位裝置，包括底座、安裝于底座上的U形支座，還包括分別安裝于U形支座U字形兩端的位于同一水平線的左脊柱適配器和右脊柱適配器；將該水平線稱(chēng)作第一水平線；其特征在于所述的左脊柱適配器與右脊柱適配器結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，具體結(jié)構(gòu)如下每個(gè)脊柱適配器均包括一個(gè)支撐座、兩個(gè)移動(dòng)塊、兩個(gè)脊骨夾；其中支撐座帶有連接桿，連接桿通過(guò)適配器固緊螺釘固定于U形支座上；上述兩個(gè)移動(dòng)塊均通過(guò)燕尾槽結(jié)構(gòu)和緊定螺釘安裝并固緊于支撐座上；上述移動(dòng)塊具有矩形槽結(jié)構(gòu)，脊骨夾位于矩形槽結(jié)構(gòu)內(nèi)；上述脊骨夾上具有長(zhǎng)圓槽，并通過(guò)鎖緊螺釘鎖緊在相應(yīng)的移動(dòng)塊上；上述燕尾槽結(jié)構(gòu)的方向與第一水平線方向垂直，上述矩形槽結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)圓槽的方向與第一水平線方向平行；上述每個(gè)脊骨夾的左端均具有用于夾持的左開(kāi)口，右端均具有用于夾持的右開(kāi)口，且兩端開(kāi)口尺寸不同；左脊柱適配器與右脊柱適配器上位于同一水平線上的脊骨夾為一對(duì)脊骨夾，共形成兩對(duì)脊骨夾。利用上述大壁虎脊柱立體定位裝置的定位夾持方法，其特征在于對(duì)于頸椎、胸椎及腰椎的某一節(jié)椎骨的夾持定位，是通過(guò)分別夾持定位與該節(jié)椎骨相鄰的前兩節(jié)椎骨和后兩節(jié)椎骨實(shí)現(xiàn)的；具體是利用相鄰兩節(jié)椎骨的前關(guān)節(jié)突和后關(guān)節(jié)突之間的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)，采用左脊柱適配器與右脊柱適配器上位于同一水平線上的一對(duì)脊骨夾夾持該內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾持定位；上述頸椎不包括寰椎和樞椎；(b)、對(duì)于薦椎的某一節(jié)椎骨的夾持定位，是通過(guò)分別夾持該椎骨與其前一相鄰椎骨之間的椎間孔，以及該椎骨與其后一相鄰椎骨之間的椎間孔實(shí)現(xiàn)的；具體是利用左脊柱適配器與右脊柱適配器上位于同一水平線上的一對(duì)脊骨夾夾持上述椎間孔。上述大壁虎脊柱立體定位裝置的脊骨夾兩端的左開(kāi)口和右開(kāi)口均為圓弧形開(kāi)口。脊骨夾兩端開(kāi)口的圓弧形設(shè)計(jì)可以避免所夾持椎骨的突起(如，前關(guān)節(jié)突、后關(guān)節(jié)突)的干 涉。上述脊骨夾的左開(kāi)口的寬度為2. 8 mm，右開(kāi)口的寬度為2. 6 mm。開(kāi)口的寬度是根據(jù)對(duì)大壁虎各節(jié)椎骨長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)測(cè)量值確定的。一般椎骨長(zhǎng)選擇大的開(kāi)口寬度，椎骨短，則選擇小的開(kāi)口寬度。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，需根據(jù)椎骨的實(shí)際長(zhǎng)度選擇合適的開(kāi)口寬度；每個(gè)脊骨夾上的長(zhǎng)圓槽為兩個(gè)。這樣方便左右脊柱適配器的脊骨夾配對(duì)使用，同時(shí)保證每一對(duì)脊骨夾都可以分別沿著移動(dòng)塊的矩形槽作短距離調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)范圍均為
O^ 4 mm),以方便每一對(duì)脊骨夾的夾持定位。此外，上述脊骨夾兩端為斜面，斜面傾角范圍20° < α < 25°。斜面的設(shè)計(jì)是為了降低脊骨夾夾持端的厚度，極薄的夾持端部使得對(duì)椎骨的夾持更加牢固不易脫落。總之，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，調(diào)節(jié)靈活，定位可靠，安裝拆卸方便，夾持過(guò)程簡(jiǎn)單易行；(2)以通用腦立體定位儀為平臺(tái)，兼容性強(qiáng)；(3)兩端結(jié)構(gòu)尺寸不同的脊骨夾，適合于不同體長(zhǎng)的成年大壁虎，并能滿(mǎn)足不同節(jié)段的脊柱結(jié)構(gòu)尺寸差異的要求；(4)穩(wěn)定性高，在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，即使在外力或者外部刺激下實(shí)驗(yàn)動(dòng)物做出相應(yīng)的行為反應(yīng)，也能保證實(shí)驗(yàn)區(qū)域的持續(xù)定位。本發(fā)明的立體定位裝置可以方便的安裝于通用腦立體定位儀上。大壁虎在體脊髓制備實(shí)驗(yàn)、電生理實(shí)驗(yàn)及脊髓內(nèi)給藥的實(shí)際應(yīng)用表明，該夾持定位方法和裝置能完全滿(mǎn)足我們的實(shí)驗(yàn)需要，為大壁虎脊髓在體制備及CPG運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了基礎(chǔ)。


圖I是大壁虎脊柱立體定位裝置示意圖；圖2是大壁虎脊柱適配器裝配的前視圖；圖3是大壁虎脊柱適配器裝配的俯視圖4是移動(dòng)塊結(jié)構(gòu)的前視圖；圖5是移動(dòng)塊結(jié)構(gòu)的左側(cè)視圖；圖6是脊骨夾結(jié)構(gòu)的前視圖；圖7是脊骨夾結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖8是大壁虎脊柱節(jié)段分布圖側(cè)面觀，右上角為第一薦椎左側(cè)視圖；圖9是大壁虎椎骨前后關(guān)節(jié)突以及夾持位點(diǎn)的側(cè)面觀；圖10是大壁虎椎骨前后關(guān)節(jié)突以及夾持位點(diǎn)的俯視圖；圖11是脊骨夾夾持的俯視圖；
圖12是脊骨夾夾持示的前視圖；圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)1_底座；2-U形支座；3_左脊柱適配器固緊螺釘；4_左脊柱適配器；5_右脊柱適配器；6_右脊柱適配器固緊螺釘；7_支撐座；8_燕尾槽結(jié)構(gòu)；9_連接桿；10-緊定螺釘；11-移動(dòng)塊；12-鎖緊螺釘；13-脊骨夾；14-矩形槽結(jié)構(gòu)；15-左開(kāi)口 ；16_長(zhǎng)圓槽；17_右開(kāi)口 ；18_頸椎；19_胸椎；20_腰椎；21_薦椎；22_尾椎；23_橫突；24_前關(guān)節(jié)突；25_后關(guān)節(jié)突；26_棘突；27_椎間孔；28_副突；29_內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖I-圖12，用某一節(jié)段脊髓制備及電生理相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方法。本發(fā)明原理解剖學(xué)研究表明，大壁虎脊柱包含頸椎8節(jié)，胸椎5節(jié)，腰椎13節(jié)，薦椎2節(jié)，尾椎27-33節(jié)。頸椎的前兩節(jié)為寰椎和樞椎，用于連接顱骨。頸椎的剩余節(jié)段與胸椎、腰椎結(jié)構(gòu)基本一致，包含了棘突、前關(guān)節(jié)突、后關(guān)節(jié)突與副突。脊柱某一節(jié)椎骨的前后關(guān)節(jié)突之間為內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)，該部分骨質(zhì)厚實(shí)堅(jiān)硬，可以定位并夾持。本發(fā)明的脊柱定位方法是利用相鄰兩節(jié)椎骨的前關(guān)節(jié)突和后關(guān)節(jié)突之間的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)對(duì)相鄰兩節(jié)椎骨進(jìn)行夾持定位；對(duì)所需實(shí)驗(yàn)的某一節(jié)椎骨的前兩節(jié)段與后兩節(jié)段分別夾持定位，實(shí)現(xiàn)所需實(shí)驗(yàn)部分椎骨的夾持定位。從薦椎開(kāi)始出現(xiàn)橫突，尾椎的橫突隨著節(jié)段的增加而變小，直至消失，各節(jié)椎體也較短。薦椎的前后關(guān)節(jié)突之間存在著較長(zhǎng)的橫突，所以，對(duì)于薦椎，通過(guò)夾持相鄰三個(gè)脊柱節(jié)段之間的兩個(gè)椎間孔實(shí)現(xiàn)夾緊定位。根據(jù)大壁虎不同脊柱節(jié)段椎骨長(zhǎng)度的變化，本發(fā)明設(shè)計(jì)了端部尺寸不同的脊骨夾(圖7)用以?shī)A持相鄰兩節(jié)椎骨，利用脊骨夾端部開(kāi)口抵住相鄰兩節(jié)椎骨的前、后關(guān)節(jié)突之間的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)(圖10)實(shí)現(xiàn)兩節(jié)椎骨的定位夾持。采用此方法，分別對(duì)所需實(shí)驗(yàn)的某一節(jié)椎骨的前兩節(jié)椎骨與后兩節(jié)椎骨分別夾持定位，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)部位椎骨的固定(圖11、圖12)。同時(shí)，脊骨夾端部很薄(圖6)，可以方便地夾持薦椎部位的椎間孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)薦椎的固定。解剖學(xué)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，脊神經(jīng)外被硬脊膜，出椎間孔后向腹側(cè)行走，且與脊神經(jīng)相比，椎間孔孔徑較大，所以使用接觸端較薄的夾持器夾持椎間孔，不會(huì)對(duì)脊神經(jīng)造成壓迫性傷害。為了使成對(duì)使用的脊骨夾的調(diào)節(jié)夾持方便，支撐脊骨夾的移動(dòng)塊和脊骨夾之間設(shè)計(jì)成矩形槽配合(圖2-圖5，使得脊骨夾只能沿矩形槽左右移動(dòng)(B卩，平行于第一水平線方向)。同時(shí)，支撐座和移動(dòng)塊之間采用燕尾槽結(jié)構(gòu)配合(圖2)，也保證了完成夾持的一對(duì)脊骨夾快速對(duì)齊。脊骨夾兩端的斜面和尺寸不同的開(kāi)口，確保了脊骨夾端部適應(yīng)椎骨的尺寸變化，滿(mǎn)足不同節(jié)段脊柱的夾持需要，同時(shí)極薄的端部結(jié)構(gòu)也使得對(duì)椎骨的夾持更加牢固不易脫落。另外，脊骨夾上的長(zhǎng)圓槽設(shè)計(jì)方便了脊骨夾的前后小位移調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)距離4毫米)。I.將壁虎麻醉后，解剖暴露該節(jié)椎骨及與其相鄰的前后各兩節(jié)椎骨，分離椎骨(共五節(jié))周?chē)募∪夂徒M織；2.將左右兩支撐座7置于U形支座2上，擰緊固緊螺釘，固定住支撐座；3.在定位儀上放置一墊板，以消除大壁虎脊柱固定時(shí)與脊柱適配器之間的高度差;4.將大壁虎放置于墊板中間，通過(guò)燕尾槽8前后調(diào)節(jié)移動(dòng)塊11，使前一對(duì)脊骨夾 13位于前兩節(jié)椎骨的夾持位置，后一對(duì)脊骨夾13位于后兩節(jié)椎骨的夾持位置，擰緊外側(cè)的緊定螺釘10固定住移動(dòng)塊11 ；5.使處于左右脊柱適配器上位于同一水平線上的一對(duì)脊骨夾13沿著矩形槽14對(duì)稱(chēng)向中間移動(dòng)，使脊骨夾端部開(kāi)口(根據(jù)椎骨長(zhǎng)短開(kāi)口選擇合適大小的開(kāi)口)位于脊柱前關(guān)節(jié)突24和后關(guān)節(jié)突25之間的夾持位置(B卩，椎骨的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)29)，擰緊脊骨夾上的鎖緊螺釘12固定脊骨夾13。6.對(duì)該節(jié)椎骨進(jìn)行椎板切除術(shù)，暴露出脊髓，并根據(jù)需要，插入電極，進(jìn)行相關(guān)的電生理實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種大壁虎脊柱立體定位裝置，包括底座(I)、安裝于底座上的U形支座(2 )，還包括分別安裝于U形支座(2) U字形兩端的位于同一水平線的左脊柱適配器(4)和右脊柱適配器(5);將該水平線稱(chēng)作第一水平線；其特征在于 所述的左脊柱適配器(4)與右脊柱適配器(5)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，具體結(jié)構(gòu)如下 每個(gè)脊柱適配器均包括一個(gè)支撐座(7 )、兩個(gè)移動(dòng)塊(11)、兩個(gè)脊骨夾(13); 其中支撐座(7 )帶有連接桿(9 )，連接桿(9 )通過(guò)適配器固緊螺釘固定于U形支座(2 )上；上述兩個(gè)移動(dòng)塊(11)均通過(guò)燕尾槽結(jié)構(gòu)(8)和緊定螺釘(10)安裝并固緊于支撐座(7)上；上述移動(dòng)塊(11)具有矩形槽結(jié)構(gòu)(14)，脊骨夾(13)位于矩形槽結(jié)構(gòu)(14)內(nèi)；上述脊骨夾(13)上具有長(zhǎng)圓槽(16)，并通過(guò)鎖緊螺釘(12)鎖緊在相應(yīng)的移動(dòng)塊(11)上； 上述燕尾槽結(jié)構(gòu)(8)的方向與第一水平線方向垂直，上述矩形槽結(jié)構(gòu)(14)和長(zhǎng)圓槽(16)的方向與第一水平線方向平行； 上述每個(gè)脊骨夾(13)的左端均具有用于夾持的左開(kāi)口(15)，右端均具有用于夾持的右開(kāi)口(17)，且兩端開(kāi)口尺寸不同； 左脊柱適配器(4)與右脊柱適配器(5)上位于同一水平線上的脊骨夾(13)為一對(duì)脊骨夾，共形成兩對(duì)脊骨夾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大壁虎脊柱立體定位裝置，其特征在于上述脊骨夾(13)兩端的左開(kāi)口( 15)和右開(kāi)口( 17)均為圓弧形開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大壁虎脊柱立體定位的裝置，其特征在于上述脊骨夾(13)的左開(kāi)口(15)的寬度為2.8 _，右開(kāi)口(17)的寬度為2.6 _。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大壁虎脊柱立體定位裝置，其特征在于每個(gè)脊骨夾(13)上的長(zhǎng)圓槽(16)為兩個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大壁虎脊柱立體定位裝置，其特征在于上述脊骨夾(13)兩端為斜面，斜面傾角范圍20°≤α≤25°。
6.利用權(quán)利要求I所述大壁虎脊柱立體定位裝置的定位夾持方法，其特征在于 (a)、對(duì)于頸椎(18)、胸椎(19)及腰椎(20)的某一節(jié)椎骨的夾持定位，是通過(guò)分別夾持定位與該節(jié)椎骨相鄰的前兩節(jié)椎骨和后兩節(jié)椎骨實(shí)現(xiàn)的；具體是利用相鄰兩節(jié)椎骨的前關(guān)節(jié)突(24)和后關(guān)節(jié)突(25)之間的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)(29)，采用左脊柱適配器(4)與右脊柱適配器(5)上位于同一水平線上的一對(duì)脊骨夾(13)夾持該內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)(29)實(shí)現(xiàn)夾持定位；上述頸椎(18)不包括寰椎和樞椎； (b)、對(duì)于薦椎(21)的某一節(jié)椎骨的夾持定位，是通過(guò)分別夾持該椎骨與其前一相鄰椎骨之間的椎間孔(27)，以及該椎骨與其后一相鄰椎骨之間的椎間孔(27)實(shí)現(xiàn)的；具體是利用左脊柱適配器(4)與右脊柱適配器(5)上位于同一水平線上的一對(duì)脊骨夾(13)夾持上述椎間孔(27)。
全文摘要
一種大壁虎脊柱立體定位裝置及方法，可用于大壁虎在體脊髓制備及其電生理相關(guān)實(shí)驗(yàn)，屬定位技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法是利用大壁虎頸椎、胸椎及腰椎的前后關(guān)節(jié)突之間的內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)可以?shī)A持定位的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)夾持裝置，夾持相鄰兩節(jié)椎骨，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壁虎脊柱不同位區(qū)的可靠定位。本發(fā)明裝置，由支撐座、移動(dòng)塊、脊骨夾、緊定螺釘和鎖緊螺釘組成。本發(fā)明裝置，定位可靠、操作簡(jiǎn)單，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外壁虎類(lèi)爬行動(dòng)物沒(méi)有專(zhuān)用脊柱立體定位裝置的空白，為大壁虎在體脊髓制備及其電生理實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)A61D3/00GK102871768SQ20121036089
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者王文波, 郭策, 劉磊, 蔡雷, 王浩 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)