一种小型导航定位手术装置

本发明涉及医疗手术导航定向，具体涉及一种小型导航定位手术装置。

背景技术：

1、近年来，随着医学技术的不断发展，基于体外图像引导的微创经皮穿刺手术在恶性肿瘤诊断与治疗中逐渐崭露头角，具有创伤小、疼痛轻、并发症少、恢复快及费用低等特点，使其成为肿瘤治疗领域的重要手段。然而，尽管该技术在多种器官组织的靶向诊疗手术中取得了显著的临床成果，但仍然存在一系列亟待解决的问题。

2、首先，目前微创经皮穿刺手术的操作方式主要采用“扫描定位-穿刺-扫描确认”的“盲穿式”手术方法，这导致医生和患者遭受辐射时间较长，穿刺精度不够高，且容易过度依赖医生的经验，增加了并发症的发生风险。为了提高手术的安全性和准确性，亟需一种更为精准和可控的操作方式，以降低辐射暴露、提高穿刺精度，并减少医生在学习曲线上的负担。

3、在骨科手术中，尤其是涉及骨板、骨钉等工具的手术，传统的手术制具、计算机辅助导航软件或者影像引导等方式在面对患者的生理运动和导航定位精准度方面存在一定的限制，影响了手术的最终效果。当前骨科手术中的挑战之一是如何通过技术手段更好地克服生理运动对手术过程的干扰，提高手术的精度和成功率。

4、随着机器人技术的飞速发展，机器人辅助手术系统在影像引导、定位手术等方面表现出越来越大的潜力。特别是在肿瘤穿刺活检、肿瘤治疗以及骨科手术等领域，机器人系统可以通过精准的影像引导和智能控制，提高手术的精度，降低医生的学习曲线，以及有效地补偿生理运动对手术过程的影响。然而，目前仍然存在一系列挑战，如机器人系统的高成本、复杂性、操作灵活性不足等问题，需要进一步研究和创新。

5、导航定位手术装置在手术过程中生理运动难以补偿，如肺穿刺手术中，因为生理运动及机器人的运动自由度缺少，可能会导致穿刺针对进针路径的径向拉扯。

技术实现思路

1、本发明提供了一种小型导航定位手术装置，该小型导航定位手术装置具有结构简单、成本低、操作灵活的特点，并具有可以补偿生理运动的导航定位功能，可以实现基于生理运动补偿的转动进针，通过更换手术末端实现不同的手术操作。

2、本发明采用以下具体技术方案：

3、一种小型导航定位手术装置，该小型导航定位手术装置包括进给模块、定位标志、六自由度并联运动模块、壳体、导航模块以及控制模块；

4、所述进给模块能够快速拆装地安装于所述六自由度并联运动模块的前端部，用于夹持穿刺针并实现进给和撤回；

5、所述定位标志固定安装于所述进给模块的顶部；

6、所述六自由度并联运动模块的后端部固定安装于所述壳体，用于带动所述进给模块实现六个自由度的运动；

7、所述壳体内部具有空腔，顶部安装有把手；

8、所述导航模块用于获取穿刺针的实时位置以及目标靶位的位置坐标，并生成导航信息；

9、所述控制模块与所述导航模块和所述六自由度并联运动模块信号连接，用于根据所述导航模块的导航信息控制所述六自由度并联运动模块进行运动，以使穿刺针从起始位置运动至目标靶位。

10、更进一步地，所述进给模块包括进给外壳、电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮以及一对相对设置的导向轮；

11、所述进给外壳的后端部安装于所述六自由度并联运动模块，顶面安装有所述定位标志；

12、所述电机固定安装于所述进给外壳内，用于驱动所述传动轴转动；

13、所述传动轴的一端位于所述进给外壳的前端面外侧且固定安装有所述主动齿轮；

14、所述从动齿轮和所述导向轮能够转动地安装于所述进给外壳的前端面；所述主动齿轮、所述从动齿轮以及所述导向轮的轴心线平行设置；所述从动齿轮沿水平方向与所述主动齿轮相对啮合；

15、所述导向轮的外周侧设置有用于对穿刺针的底端进行导向的第一导向槽；

16、所述主动齿轮和所述从动齿轮的外周侧均设置有第二导向槽；所述从动齿轮与所述主动齿轮将所述穿刺针夹设于相对设置的所述第二导向槽内，在所述主动齿轮转动时驱动所述穿刺针动作。

17、更进一步地，所述进给外壳由中部外壳和固定安装于所述中部外壳两侧的侧部外壳组成；

18、所述中部外壳的前端面安装有所述主动齿轮、所述从动齿轮和所述导向轮；所述中部外壳的后端面通过快拆安装结构安装于所述六自由度并联运动模块；

19、所述定位标志固定安装于所述中部外壳的顶面四角。

20、更进一步地，所述进给模块还包括传动连接于所述电机与所述传动轴之间的主动锥齿轮和从动锥齿轮；

21、所述主动锥齿轮固定安装于所述电机的输出轴；

22、所述从动锥齿轮固定安装于所述传动轴的另一端，并与所述主动锥齿轮啮合；

23、所述定位标志为视觉定位球。

24、更进一步地，所述六自由度并联运动模块由底部平台、顶部平台以及六个运动组件组成；

25、所述顶部平台与所述底部平台相对设置；

26、所述顶部平台的前端部通过所述快拆安装结构安装有所述中部外壳；

27、所述底部平台的后端部固定安装于所述壳体的前端；

28、六个所述运动组件连接于所述底部平台与所述顶部平台之间；每个运动组件均包括一个三自由度铰链、一个中部连杆、一个后铰链和一个推杆电缸；所述三自由度铰链活动连接于所述顶部平台朝向所述底部平台的一侧表面；所述中部连杆铰接于所述三自由度铰链和所述后铰链之间；所述推杆电缸容置于所述壳体内，并固定安装于所述底部平台背离所述顶部平台的一侧；所述推杆电缸的推杆穿过所述底部平台，并与所述后铰链铰接。

29、更进一步地，所述快拆安装结构包括设置于所述顶部平台的卡槽以及设置于所述中部外壳的卡块；

30、所述卡块形状配合地卡接于所述卡槽内。

31、更进一步地，所述卡槽为梯形槽；所述卡块为梯形块；

32、所述后铰链为虎克铰或者球铰。

33、更进一步地，还包括用于将所述壳体绑缚于人体的绑缚装置；

34、所述绑缚装置包括上基板、下基板、定位条、上肩绑带、下肩绑带、上腹部绑带、下腹部绑带、止扣以及卡扣；

35、所述上基板的底面用于贴合于人体的腹部，顶面用于固定安装所述壳体；所述下基板用于与所述上基板相对地贴合于人体的背部；

36、所述上基板的顶面安装有多个定位条，顶边连接有两个所述上肩绑带，两侧边均连接有两个所述上腹部绑带；在所述上腹部绑带和所述上肩绑带的端部均固定连接有一个所述止扣；

37、所述下基板的顶边连接有与所述上肩绑带一一对应的所述下肩绑带，两侧边连接有与所述上腹部绑带一一对应的所述下腹部绑带；在所述下腹部绑带和所述下肩绑带的端部均固定连接有一个所述卡扣；

38、对应的所述上肩绑带与所述下肩绑带、以及对应的所述上腹部绑带与所述下腹部绑带之间均通过所述止扣和所述卡扣进行可拆卸连接。

39、更进一步地，还包括与所述控制模块信号连接的主/被动支撑模块；

40、所述主/被动支撑模块的末端夹持所述把手。

41、更进一步地，所述导航模块采用电磁导航、双目摄像头或者ct/超声实时引导的方式进行导航。

42、有益效果：

43、1、本发明的小型化导航定位装置通过六自由度并联运动模块将进给模块安装于壳体，六自由度并联运动模块能够带动进给模块实现六个自由度的运动，通过导航模块与控制模块对进给模块和六自由度并联运动模块的控制使穿刺针从起始位置运动至目标靶位，基于导航模块获取目标位置及姿态、生理运动信息，基于六自由度并联运动模块实现导航定位，并补偿生理运动实现动态跟踪导航，从而具有补偿生理运动的导航定位功能。

44、2、对于穿刺手术，本发明的小型化导航定位装置结合进给模块、六自由度并联运动模块、导航模块可以实现基于生理运动补偿的转动进针。

45、3、本发明小型化导航定位装置的固定方式可以采用床旁主/被动支承固定、身体固定以及医生手持三种固定方式，并且可以实现遥控操作、手动操作以及自动操作等三种操作方式，分别适用于不同的场景。

46、4、本发明的小型化导航定位装置可以用于神经外科穿刺、软组织穿刺、肿瘤穿刺、骨科手术导航(如椎弓根钉植入)等不同的手术操作中，针对不同的手术操作通过更换对应的手术末端即可实现。

47、5、本发明的小型化导航定位装置由六自由度并联运动模块、进给模块、导航模块、控制模块以及壳体构成，具有结构简单、成本低、操作灵活的特点。

技术特征：

1.一种小型导航定位手术装置，其特征在于，包括进给模块、定位标志、六自由度并联运动模块、壳体、导航模块以及控制模块；

2.如权利要求1所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述进给模块包括进给外壳、电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮以及一对相对设置的导向轮；

3.如权利要求2所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述进给外壳由中部外壳和固定安装于所述中部外壳两侧的侧部外壳组成；

4.如权利要求3所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述进给模块还包括传动连接于所述电机与所述传动轴之间的主动锥齿轮和从动锥齿轮；

5.如权利要求3所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述六自由度并联运动模块由底部平台、顶部平台以及六个运动组件组成；

6.如权利要求5所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述快拆安装结构包括设置于所述顶部平台的卡槽以及设置于所述中部外壳的卡块；

7.如权利要求6所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述卡槽为梯形槽；所述卡块为梯形块；

8.如权利要求1-7任意一项所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，还包括用于将所述壳体绑缚于人体的绑缚装置；

9.如权利要求1-7任意一项所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，还包括与所述控制模块信号连接的主/被动支撑模块；

10.如权利要求1-7任意一项所述的小型导航定位手术装置，其特征在于，所述导航模块采用电磁导航、双目摄像头或者ct/超声实时引导的方式进行导航。

技术总结
本发明公开了一种小型导航定位手术装置，该手术装置的进给模块能够快速拆装地安装于六自由度并联运动模块的前端部；定位标志固定安装于进给模块的顶部；六自由度并联运动模块的后端部固定安装于壳体，用于带动进给模块实现六个自由度的运动；壳体顶部安装有把手；导航模块用于生成导航信息；控制模块与导航模块和六自由度并联运动模块信号连接，用于根据导航信息控制六自由度并联运动模块进行运动。上述手术装置具有结构简单、成本低、操作灵活的特点，可以补偿生理运动的导航定位功能，实现基于生理运动补偿的转动进针和不同的手术操作。

技术研发人员：段星光,温浩,李长胜,荆海波,林世泰,陈奇,董君兰,邹定毅
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23