專利名稱：股骨頭壞死髓芯清除操作臂的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫(yī)療設備和機器人技術領域，具體而言涉及一種具有三個自由度的股骨頭壞死髓芯清除操作臂。
背景技術：
股骨頭缺血性壞死(AVascular Necrosis of Femeral Head, AVNFH)是常見的骨科疾病，當出現(xiàn)軟骨面塌陷時將導致髖關節(jié)病廢而不能行走，或不可避免地要接受全髖關節(jié)置換手術，是危害大的疾病之一。目前主要采用外科手術進行治療，如各種髓芯減壓植骨法等，而徹底清除死骨則是各種外科手術法關鍵的第一步。但是壞死區(qū)有著多種不同的幾何形狀和空間分布形式，而由于股骨頸的尺寸限制，這種外科手術操作距離長、通道狹窄，器械較難準確到達股骨壞死區(qū)。這些因素使得手術清除死骨時，只能依賴于醫(yī)生通過勺子憑手感和經驗配合磁共振造影(Magnetic Resonance Imaging, MR)來挖掘進行，不可避免地存在部分死骨清除困難且不精準、不徹底、費時費力等不足。這將影響后續(xù)植骨術對AVNHl的治療效果。另外，對于軟骨面塌陷的修復手術，一般是死骨刮出后頂推復位。目前也是醫(yī)生憑經驗和感覺進行，缺乏精準的復位，影響術后骨愈合和骨支撐，易造成再次塌陷。因此，開發(fā)一種操作方便的精準的專門用于清除股骨頭壞死區(qū)和軟骨面塌陷復位的手術儀器設備——股骨頭壞死髓芯清除操作臂，是當務之急。從20世紀90時年代初期至今，外科手術機器人的研制取得了飛躍性的發(fā)展，并已成為機器人領域的一個研究熱點。機器人輔助外科手術在減輕醫(yī)生工作強度、減輕患者手術痛苦、提高手術效率、縮短術后痊愈時間、改善手術療效等等方面有著巨大的發(fā)揮空間。 然而目前世界上用于治療AVNHl的股骨頭壞死髓芯清除和塌陷軟骨面復位的設備尚未見報道。因此，開發(fā)一種微創(chuàng)、精準的專門用于徹底清除股骨頭壞死區(qū)和塌陷軟骨面復位的手術設備，進而將外科手術機器人進一步推廣至股骨頭手術，具有重要意義。

實用新型內容本實用新型的目的在于為股骨頭缺血性壞死的手術治療提供一種能徹底地清除股骨頭壞死髓芯和精確地對塌陷軟骨面進行復位，從而改善手術治療效果的股骨頭壞死髓芯清除操作臂。為實現(xiàn)本實用新型的目的，采用如下技術方案一種股骨頭壞死髓芯清除操作臂，包括磨削頭、電機座前部、電機座后部、驅動電機、擺轉關節(jié)端蓋、兩個同步帶輪、擺動關節(jié)基座、同步齒形帶、空心套管、帶輪基座前部、擺動手輪、滾珠軸承、帶輪基座后部、把手、轉動軸、套筒、擺動軸、擋塊、固定支架和固定螺釘， 磨削頭通緊固于驅動電機的電機軸上，驅動電機由電機座前部和電機座后部包裹密封；磨削頭、驅動電機、電機座前部、電機座后部組成操作臂擺動關節(jié)前部；電機座后部為叉耳結構，擺動軸貫穿叉耳兩端；擺動軸兩端與叉耳連接處各開有用于裝入起傳動作用的方形擋塊的方形孔，方形擋塊將擺動軸的轉動轉化為擺動關節(jié)前部的俯仰運動；第一同步帶輪與擺動軸固接；擺動軸通過滾珠軸承支承于擺動端蓋，而擺動端蓋則由螺釘固定于擺動關節(jié)基座上；擺動軸兩端安裝有用于安裝防止擺動軸串動的螺母；同步齒形帶的一端安裝在第一同步帶輪上，另一端也裝在第二同步帶輪上，第二同步帶輪固定于轉動軸上；轉動軸兩端裝有兩個擺動手輪，擺動手輪中心開有孔，轉動軸與擺動手輪結合處開有使轉動軸與手輪不能相對轉動的平面；轉動軸通過滾珠軸承支承于帶輪基座前部和帶輪基座后部形成的安裝孔內，帶輪基座前部和帶輪基座后部直接固定連接；帶輪基座前部與擺動關節(jié)基座通過空心套管連接；同步齒形帶藏于空心套管內部；空心套管套于固定支架的軸套內，且能在軸套內移動及回轉。上述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂中，固定支架通過螺釘固定于患者的股骨側面上。上述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂中，所述磨削頭通過螺釘緊固于電機軸上。上述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂中，第一同步帶輪及擺動軸二者由緊定螺釘固接；第二同步帶輪也通過緊定螺釘固定于轉動軸上。上述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂中，帶輪基座前部和后部則通過螺釘徑向固定。上述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂中，帶輪基座后部末端套有把手。本實用新型的操作臂設置三個自由度，包括兩個轉動和一個移動，在醫(yī)生的操作下運動(其位置可由相應的傳感器反饋，本實用新型未涉及)。磨削頭安裝在操作臂的末端， 在電機的驅動下旋轉以清除股骨頭壞死髓芯，復位時換上專用頂推頭；磨削頭、電機、電機座和擺動軸等構成末端擺動關節(jié)，其擺動由位于把手附近的手輪通過同步帶傳動來驅動， 醫(yī)生通過來回撥動手輪即可控制該關節(jié)的俯仰擺動；空心套管套裝于固定支架的軸套內， 通過旋轉及推拉把手即可實現(xiàn)操作臂的繞空心套管軸線的回轉和沿該軸線的移動；固定支架通過螺釘?shù)裙潭ㄓ诨颊吖晒莻让嫔稀１緦嵱眯滦偷牟僮鞅勰軋?zhí)行航股骨頭壞死髓芯清除和塌陷軟骨復位手術，具有結構簡單緊湊、操作方便、成本低、易于推廣和普及等特點。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1.自由度少，但能保證手術所需要到達的工作空間，動作靈活；2.兼具股骨頭壞死髓芯清除和塌陷軟骨復位兩種功能；3.結構簡單、操作方便，磨削頭由電機驅動，減輕醫(yī)生工作量；而關節(jié)運動則由醫(yī)生人工操作，能保證手術的安全性。

圖1是本實用新型的外觀圖；圖2是本實用新型的剖面圖；圖3是本實用新型的機構簡圖；圖4為操作臂的工作空間示意圖；圖5是本實用新型的工作示意圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型的實施作進一步說明但本實用新型的實施和保護不限于此。如圖1、圖2所示為本實用新型的結構，具體包括磨削頭01、電機座前部02、驅動電機03、電機座后部04、擺轉關節(jié)端蓋05、同步帶輪06、擺動關節(jié)基座07、同步齒形帶08、 空心套管09、帶輪基座前部10、擺動手輪11、滾珠軸承12、帶輪基座后部13、把手14、轉動軸15、套筒16、擺動軸17、擋塊18、螺母19、固定支架20、固定螺釘21等。各零部件的連接方式為磨削頭01通過螺釘緊固于電機軸上，電機03則由電機座前部02、電機座后部04包裹密封，從而組成操作臂擺動關節(jié)的前部；電機座后部04為叉耳結構，擺動軸17貫穿叉耳兩端；擺動軸17兩端與叉耳連接處各開有小平面(裝配后為一方形孔洞)，裝入方形擋塊后即可起傳動鍵的作用，從而將擺動軸17的轉動轉化為擺動關節(jié)前部的俯仰運動；同步帶輪 06及擺動軸17 二者由緊定螺釘固接；擺動軸17通過滾珠軸承12支承于擺動端蓋05，而擺動端蓋05則由螺釘固定于擺動關節(jié)基座07上；擺動軸17兩端開有螺紋，通過螺母19防止擺動軸17串動；同步齒形帶08另一端也裝有同步帶輪，該同步帶輪也通過緊定螺釘固定于轉動軸15上；轉動軸15兩端裝有兩個手輪11，而手輪11中心開有孔，轉動軸15與手輪結合處開有小平面，配合后轉動軸15與手輪11即不能相對轉動；轉動軸15通過滾珠軸承12 支承于帶輪基座前部10和帶輪基座后部13形成的安裝孔內，帶輪基座前部10和后部13 則通過螺釘徑向固定；帶輪基座前部10與擺動關節(jié)基座07通過空心套管09連接，螺紋固定；同步齒形帶08藏于空心套管09內部，連接起前后兩個同步帶輪，即往復撥動手輪即可控制擺動關節(jié)的俯仰運動；帶輪基座后部13末端套有塑料把手14，便于握持；空心套管09 套于固定支架20的軸套內，且可在軸套內移動及回轉；手術時固定支架20通過螺釘21固定于患者的股骨側面上。如圖3所示為實用新型的機構簡圖。由圖可見該操作臂具有三個自由度(左圖)， 包括兩個轉動和一個移動，即磨削頭末端俯仰自由度θ ”操作臂相對固定支架的回轉自由度θ 2，以及操作臂相對于固定支架的移動自由度A115其工作空間為一半球體加圓柱體所包絡的封閉空間(如圖4)。如圖5所示為利用本實用新型進行手術時的示意圖。手術前先鉆孔打通手術入路，將操作臂的固定支架固定于股骨頭側面上。結合圖2和圖3，醫(yī)生手握該操作臂把手進行推拉和扭轉即可分別實現(xiàn)磨削頭相對于固定支架的移動和回轉；往復撥動手輪即可實現(xiàn)磨削頭繞末端擺動軸的俯仰運動。手術完畢后，將俯仰關節(jié)伸直，卸掉固定支架螺釘，即可將操作臂取出。換上專用于復位的頂推頭，該股骨頭壞死髓芯清除操作臂就可以用于塌陷軟骨面的復位。
權利要求1.股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于包括磨削頭、電機座前部、電機座后部、驅動電機、擺轉關節(jié)端蓋、兩個同步帶輪、擺動關節(jié)基座、同步齒形帶、空心套管、帶輪基座前部、擺動手輪、滾珠軸承、帶輪基座后部、把手、轉動軸、套筒、擺動軸、擋塊、固定支架和固定螺釘，磨削頭通緊固于驅動電機的電機軸上，驅動電機由電機座前部和電機座后部包裹密封；磨削頭、驅動電機、電機座前部、電機座后部組成操作臂擺動關節(jié)前部；電機座后部為叉耳結構，擺動軸貫穿叉耳兩端；擺動軸兩端與叉耳連接處各開有用于裝入起傳動作用的方形擋塊的方形孔；第一同步帶輪與擺動軸固接；擺動軸通過滾珠軸承支承于擺動端蓋， 而擺動端蓋則由螺釘固定于擺動關節(jié)基座上；擺動軸兩端安裝有用于安裝防止擺動軸串動的螺母；同步齒形帶的一端安裝在第一同步帶輪上，另一端裝在第二同步帶輪上，第二同步帶輪固定于轉動軸上；轉動軸兩端裝有兩個擺動手輪，擺動手輪中心開有孔，轉動軸與擺動手輪結合處開有使轉動軸與手輪不能相對轉動的平面；轉動軸通過滾珠軸承支承于帶輪基座前部和帶輪基座后部形成的安裝孔內，帶輪基座前部和帶輪基座后部直接固定連接；帶輪基座前部與擺動關節(jié)基座通過空心套管連接；同步齒形帶藏于空心套管內部；空心套管套于固定支架的軸套內。
2.根據(jù)權利要求1所述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于固定支架通過螺釘固定于患者的股骨側面上。
3.根據(jù)權利要求1所述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于所述磨削頭通過螺釘緊固于電機軸上。
4.根據(jù)權利要求1所述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于第一同步帶輪及擺動軸二者由緊定螺釘固接；第二同步帶輪也通過緊定螺釘固定于轉動軸上。
5.根據(jù)權利要求1所述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于帶輪基座前部和后部則通過螺釘徑向固定。
6.根據(jù)權利要求1所述的股骨頭壞死髓芯清除操作臂，其特征在于帶輪基座后部末端套有把手。
專利摘要本實用新型公開股骨頭壞死髓芯清除操作臂。該操作臂有三個自由度，包括兩個轉動和一個移動，由醫(yī)生操作驅動，主要包括磨削頭及其驅動電機、擺動軸、帶輪、傳動帶、關節(jié)基座、空心套管、擺動手輪、把手、固定架等。磨削頭安裝在操作臂末端，在電機驅動下高速旋轉以清除作業(yè)；磨削頭、電機及其安裝殼體構成末端擺動關節(jié)，其擺動由位于把手附近的手輪通過帶傳動來實現(xiàn)；末端擺動關節(jié)還通過前端的回轉關節(jié)和移動關節(jié)實現(xiàn)繞空心套管軸線的回轉和直線移動，從而形成所需要的工作空間。各關節(jié)的位置均由相應的傳感器檢測以計算磨削頭的實際位置和姿態(tài)。該操作臂結構緊湊，操作方便，可在醫(yī)生的操作下對股骨頭壞死髓芯進行精確的清除和塌陷軟骨復位。
文檔編號A61B17/56GK202211739SQ20112030858
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者張宏, 張憲民, 朱海飛, 管貽生, 肖志光, 鄭志芳, 金文濤 申請人:華南理工大學