一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，包括手术床、平面移动机构、多自由度机械臂、数个球头螺钉、数个方形块、连接棒组件和夹持组件，平面移动机构通过支架安装在手术床上侧，多自由度机械臂安装在平面移动机构，平面移动机构可带动多自由度机械臂手术床上侧的平面内移动，夹持组件安装在多自由度机械臂的自由端。本发明专利技术实现了远程操作夹持组件主动调整相邻的杆体的夹角，相对于传统的调整方式更加精确，也可配合远程图像的实时传输与计算机的图像处理能力实现了远程操作脊柱手术中椎弓根螺钉支撑组件的调整，还可通过混合现实技术的配合训练年轻医师的远程操控机械手臂、夹持组件的能力，通过计算机模拟的手术场景进行手术模拟训练。
【技术实现步骤摘要】
一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置
本专利技术属于医疗设备领域，具体地说是一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置。
技术介绍
目前，骨科手术中所使用的椎弓根钉棒固定系统，均是由若干枚椎弓根钉(以下简称“钉“)与连接各椎弓根钉的连接棒(以下简称”棒“)所组成，早期的椎弓根钉棒固定系统是根据被称为“黄金定律”的“刚性固定融合”理论而制作，其特点是：连接棒是一条刚性棒，各椎弓根钉虽然有“单轴钉”与“万向钉”之区分，但在手术的尾段，即将螺塞锁紧连接棒后，整个椎弓根钉棒系统，连同所植入的病变椎体，均被固定成为一个无相对活动的整体；但随着学术界的继续发展，人们专利技术一个现像，即：当手术后的各椎体，若能够保持微小的相对活动，则更有利于减少相邻节段的应力集中而造成的可能的损伤，有利于其康复。现有的椎弓根螺钉组件多数为固定安装，且连接棒需要提前折弯，安装后如果曲度不合适还需要取下再次折弯，操作难度大，不利于安装，且只能一次性使用，难以回收再利用，现有的椎弓根钉棒固定系统在整体组装完成后，难以进行进一步的调整或微调，随着５G技术等科技的发展，远程手术慢慢开始发展，混合现实技术可以应用于远程医疗手术，还可以作为年轻医生的模拟训练手段，提高手术技巧。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，用以解决现有技术中的缺陷。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，包括手术床、平面移动机构、多自由度机械臂、数个球头螺钉、数个方形块、连接棒组件和夹持组件，平面移动机构通过支架安装在手术床上侧，多自由度机械臂安装在平面移动机构，平面移动机构可带动多自由度机械臂手术床上侧的平面内移动，夹持组件安装在多自由度机械臂的自由端；方形块顶端开设第一通孔，第一通孔下端内部为球形，第一通孔内部开设螺纹，方形块的前后左右四个侧面均开设上端开口的第一透槽，第一透槽与第一通孔连通，球头螺钉的球头部与第一通孔下端内部的球形相配合，球头螺钉的球头部上侧设有第一螺纹压块，第一螺纹压块与第一通孔内螺纹螺纹连接，球头螺钉的球头部开设六方孔；连接棒组件包括数根截面为矩形的杆体，杆体内开设两个相互平行的上下分布的第二通孔，第二通孔的两端均配合安装活塞杆，杆体中间的顶部及底部对应第二通孔的位置均开设第三通孔，第三通孔内端设置球形塞，球形赛与第三通孔内部远离第三通孔的一侧通过弹簧固定连接，弹簧的弹力使球形塞将第三通孔的内端封闭，第三通孔的内端两侧均设置挡板，挡板外圈与第三通孔内壁密闭固定连接，挡板中间开设第四通孔，第四通孔的内端设置封板，封板内侧与相应的球形塞通过连杆固定连接，封板可以将对应的第四通孔内端封闭，位于右侧的活塞杆的外端固定安装铰接母件，位于左侧的活塞杆外端固定安装铰接子件，铰接子件与相邻的活塞杆外端的铰接母件转动连接；夹持组件包括竖管，竖管下端套装外螺纹管，外螺纹管与竖管通过轴承连接，外螺纹管上配合安装螺母，竖管的下端固定安装横板，螺母的左侧固定安装套环，套环内配合安装导向轴，导向轴的下端与横板左端固定连接，横板与螺母的右侧均固定安装夹板，夹板为内部中空，两块夹板右端相对的一侧均固定安装半球形的弹性气囊，弹性气囊中心穿过一根顶管，顶管与弹性气囊连接处为密封固定连接，弹性气囊与夹板侧面连接处为密封固定连接，顶管的内端与夹板固定连接并与对应的夹板内部连通，竖管内中上部固定安装两个上下分布的隔板，竖管内位于隔板下侧均配合安装活塞，竖管的内部对应活塞的下部固定安装竖向的电动伸缩杆，电动伸缩杆活动杆上端与对应的活塞固定连接，相邻的隔板与活塞之间形成密闭的柱形腔，上侧的柱形腔与上侧的夹板内部之间以及下侧的柱形腔与下侧的夹板内部之间均通过软管连通，顶管的外端开设有缺口，外螺纹管上端固定套装环形齿圈，环形齿圈的齿朝上，竖管侧部固定安装小型电机，电机的输出轴上固定安装齿轮，齿轮与环形齿圈啮合配合；杆体穿过其中一个方形块上相对的两个第一透槽，第一通孔上端内设有第二螺纹压块，第二螺纹压块与第一通孔螺纹配合，第二螺纹压块与第一螺纹压块均开设六方孔，第二螺纹压块底部与第一螺纹压块顶部均开设十字凹槽，第一透槽底部均开设第二透槽，杆体顶部及底部对应第三通孔的位置均开设第一球形凹槽，弹性气囊能与第一球形凹槽相配合，第三通孔的直径大于顶管的直径。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的杆体上固定安装两个限位环，两个限位环间距等于方形块的宽度。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的铰接母件为球形壳体，铰接子件为球体，球体可在球形壳体内转动。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的铰接母件为圆柱形壳体，铰接子件为圆柱体，圆柱体可在圆柱形壳体内沿其轴转动，圆柱体的轴为水平。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的第三通孔内端开设第二球形凹槽，球形塞朝向第三通孔的一侧包覆有橡胶层，球形塞包覆橡胶层的部分与对应的第二球形凹槽配合。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的活塞柱的内端安装第一密封圈，第四通孔内端固定安装第二密封圈，第二密封圈与对应的封板贴合。如上所述的一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，所述的平面移动机构包括X轴移动组件和Y轴移动组件，X轴移动组件包括两根第一滑轨和两个第一电动滑块，Y轴移动组件包括第二滑轨和第二电动滑块，两根第一滑轨相互平行，第二滑轨的两端与对应的第一滑轨之间配合安装第一电动滑块，第二电动滑块配合安装在第二滑轨下侧，多自由度机械臂的固定端与第二电动滑块固定连接。本专利技术的优点是：本专利技术的手术床周围安装有图像扫描收集装置，将通过扫描以及后期处理所获得的真实的人体器官模型数据导入到仿真软件中搭建而成，操作者通过操作具有力反馈的多自由度操作手柄来控制计算机虚拟手术场景中的手术器械（此为现有成熟技术，本申请是在现有技术基础上进行，此处不在赘述），操作者可以远程控制平面移动机构、多自由度机械臂及夹持组件。本专利技术的连接棒组件使用时如图１所示进行组装，首先将球头螺钉穿过第一通孔使球头部与第一通孔下端内部的球形相配合，球头螺钉的球头部上侧设有第一螺纹压块，可以将球头螺钉与方形块进行连接，通过第二螺纹压块将杆体压紧在方形块的两个相对的第一透槽内，此时保证第三通孔位于方形块的中间位置，连接棒组件的杆体的数量可以有多种数量的规格，根据实际手术的需要选择合适的连接棒组件，组装完毕后，将夹持组件的两个夹板通过上下两个十字凹槽伸入，通过电机转动外螺纹管，在螺纹配合下螺母带动上侧的夹板移动，从而调整两块夹板的间距，通过弹性气囊与第一球形凹槽配合，两根顶管分别深入到两个第三通孔内（如图８和１１所示），然后继续使两个夹板靠近，弹性气囊变形并将对应的第三通孔外端封闭，部分变形的弹性气囊挤入到第三通孔上端内部，然后顶管电动对应球形塞移动（如图１３所示），在连杆的作用下封板随之移动，此时第三通孔和第四通孔同时被打开，通过转动内螺纹套，通过电动伸缩杆的伸缩可以带动对应的活塞上下移动，活塞下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，其特征在于：包括手术床（102）、平面移动机构（103）、多自由度机械臂（101）、数个球头螺钉（1）、数个方形块（2）、连接棒组件和夹持组件，平面移动机构通过支架安装在手术床上侧，多自由度机械臂（101）安装在平面移动机构，平面移动机构可带动多自由度机械臂手术床上侧的平面内移动，夹持组件安装在多自由度机械臂（101）的自由端；方形块顶端开设第一通孔（3），第一通孔（3）下端内部为球形，第一通孔（3）内部开设螺纹，方形块（2）的前后左右四个侧面均开设上端开口的第一透槽（4），第一透槽（4）与第一通孔（3）连通，球头螺钉（1）的球头部与第一通孔下端内部的球形相配合，球头螺钉（1）的球头部上侧设有第一螺纹压块（5），第一螺纹压块（5）与第一通孔（3）内螺纹螺纹连接，球头螺钉（1）的球头部开设六方孔；连接棒组件包括数根截面为矩形的杆体（6），杆体（6）内开设两个相互平行的上下分布的第二通孔（7），第二通孔（7）的两端均配合安装活塞杆（8），杆体（6）中间的顶部及底部对应第二通孔（7）的位置均开设第三通孔（9），第三通孔（9）内端设置球形塞（10），球形赛（10）与第三通孔内部远离第三通孔（9）的一侧通过弹簧（11）固定连接，弹簧（11）的弹力使球形塞（10）将第三通孔（9）的内端封闭，第三通孔（9）的内端两侧均设置挡板（12），挡板（12）外圈与第三通孔（9）内壁密闭固定连接，挡板（12）中间开设第四通孔（13），第四通孔（13）的内端设置封板（14），封板（14）内侧与相应的球形塞（10）通过连杆固定连接，封板（14）可以将对应的第四通孔（13）内端封闭，位于右侧的活塞杆（8）的外端固定安装铰接母件（15），位于左侧的活塞杆（8）外端固定安装铰接子件（16），铰接子件（16）与相邻的活塞杆（8）外端的铰接母件（15）转动连接；夹持组件包括竖管（24），竖管（24）下端套装外螺纹管（25），外螺纹管（25）与竖管（24）通过轴承连接，外螺纹管（25）上配合安装螺母（26），竖管（24）的下端固定安装横板（27），螺母（26）的左侧固定安装套环（28），套环（28）内配合安装导向轴（29），导向轴（29）的下端与横板（27）左端固定连接，横板与螺母（26）的右侧均固定安装夹板（30），夹板（30）为内部中空，两块夹板（30）右端相对的一侧均固定安装半球形的弹性气囊（31），弹性气囊（31）中心穿过一根顶管（32），顶管（32）与弹性气囊（31）连接处为密封固定连接，弹性气囊（31）与夹板（30）侧面连接处为密封固定连接，顶管（32）的内端与夹板（30）固定连接并与对应的夹板（30）内部连通，竖管（24）内中上部固定安装两个上下分布的隔板（33），竖管内位于隔板（33）下侧均配合安装活塞（34），竖管的内部对应活塞（34）的下部固定安装竖向的电动伸缩杆（35），电动伸缩杆（35）活动杆上端与对应的活塞（34）固定连接，相邻的隔板（33）与活塞之间形成密闭的柱形腔（40），上侧的柱形腔与上侧的夹板内部之间以及下侧的柱形腔与下侧的夹板内部之间均通过软管连通，顶管（32）的外端开设有缺口（42），外螺纹管（25）上端固定套装环形齿圈（45），环形齿圈（45）的齿朝上，竖管侧部固定安装小型电机（46），电机（46）的输出轴上固定安装齿轮（47），齿轮（47）与环形齿圈（45）啮合配合；杆体（6）穿过其中一个方形块（2）上相对的两个第一透槽（4），第一通孔（3）上端内设有第二螺纹压块（19），第二螺纹压块（19）与第一通孔（3）螺纹配合，第二螺纹压块（19）与第一螺纹压块均开设六方孔，第二螺纹压块底部与第一螺纹压块顶部均开设十字凹槽（20），第一透槽底部均开设第二透槽（21），杆体（6）顶部及底部对应第三通孔（9）的位置均开设第一球形凹槽（41），弹性气囊（31）能与第一球形凹槽（41）相配合，第三通孔（9）的直径大于顶管的直径。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于混合现实技术的新型脊柱外科手术装置，其特征在于：包括手术床（102）、平面移动机构（103）、多自由度机械臂（101）、数个球头螺钉（1）、数个方形块（2）、连接棒组件和夹持组件，平面移动机构通过支架安装在手术床上侧，多自由度机械臂（101）安装在平面移动机构，平面移动机构可带动多自由度机械臂手术床上侧的平面内移动，夹持组件安装在多自由度机械臂（101）的自由端；方形块顶端开设第一通孔（3），第一通孔（3）下端内部为球形，第一通孔（3）内部开设螺纹，方形块（2）的前后左右四个侧面均开设上端开口的第一透槽（4），第一透槽（4）与第一通孔（3）连通，球头螺钉（1）的球头部与第一通孔下端内部的球形相配合，球头螺钉（1）的球头部上侧设有第一螺纹压块（5），第一螺纹压块（5）与第一通孔（3）内螺纹螺纹连接，球头螺钉（1）的球头部开设六方孔；连接棒组件包括数根截面为矩形的杆体（6），杆体（6）内开设两个相互平行的上下分布的第二通孔（7），第二通孔（7）的两端均配合安装活塞杆（8），杆体（6）中间的顶部及底部对应第二通孔（7）的位置均开设第三通孔（9），第三通孔（9）内端设置球形塞（10），球形赛（10）与第三通孔内部远离第三通孔（9）的一侧通过弹簧（11）固定连接，弹簧（11）的弹力使球形塞（10）将第三通孔（9）的内端封闭，第三通孔（9）的内端两侧均设置挡板（12），挡板（12）外圈与第三通孔（9）内壁密闭固定连接，挡板（12）中间开设第四通孔（13），第四通孔（13）的内端设置封板（14），封板（14）内侧与相应的球形塞（10）通过连杆固定连接，封板（14）可以将对应的第四通孔（13）内端封闭，位于右侧的活塞杆（8）的外端固定安装铰接母件（15），位于左侧的活塞杆（8）外端固定安装铰接子件（16），铰接子件（16）与相邻的活塞杆（8）外端的铰接母件（15）转动连接；夹持组件包括竖管（24），竖管（24）下端套装外螺纹管（25），外螺纹管（25）与竖管（24）通过轴承连接，外螺纹管（25）上配合安装螺母（26），竖管（24）的下端固定安装横板（27），螺母（26）的左侧固定安装套环（28），套环（28）内配合安装导向轴（29），导向轴（29）的下端与横板（27）左端固定连接，横板与螺母（26）的右侧均固定安装夹板（30），夹板（30）为内部中空，两块夹板（30）右端相对的一侧均固定安装半球形的弹性气囊（31），弹性气囊（31）中心穿过一根顶管（32），顶管（32）与弹性气囊（31）连接处为密封固定连接，弹性气囊（31）与夹板（30）侧面连接处为密封固定连接，顶管（32）的内端与夹板（30）固定连接并与对应的夹板（30）内部连通，竖管（24）内中上部固定安装两个上下分布的隔板（33），竖管内位于隔板（33）下侧均配合安装活塞（34），竖管的内部对应活塞（34）的下部固定安装竖向的电动伸...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯洋，史国栋，刘春，史建刚，
申请(专利权)人：上海长征医院，
类型：发明
国别省市：上海;31
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