[发明专利]一种髓内钉的自主入钉装置及方法

说明书

本发明公开了一种髓内钉的自主入钉装置及方法，装置包括：手术操作控制平台、手术可视化模块、深度相机、磁定位模块、计算单元、驱动单元和机械臂模块；方法包括如下步骤：步骤1、执行主钉的预入钉过程，实现期望入钉位姿的自主匹配；步骤2、主钉位置确定后，进行头钉的入钉过程，实现髓内钉的自主插入和调整。本发明不依赖于医生的纯手工操作，借助磁定位技术和自主入钉装置，实现髓内钉植入手术的精准化和自动化，降低了手术的难度、简化了手术的步骤，使手术结果更理想。

技术领域

本发明涉及手术导航技术领域，尤其是一种髓内钉的自主入钉装置及方法。

背景技术

髓内钉植入作为一种外科手术常见金属植入物，在解决骨折特别是长骨骨折方面发挥出不可比拟的优势。髓内钉的植入主要通过植入手术来完成，手术有助于骨折部位的前期恢复，防止二次损伤。

髓内钉植入手术主要分为术前髓内钉位置匹配，术前规划以及手术过程三部分：在术前位置匹配阶段，通常需要获取病人骨折部位的影像数据(如CT)，医师根据这些病人的影像数据进行综合研判：首先评估骨折程度，然后根据骨内皮质具体情况大致确定头钉和主钉的理想位置；在术前规划阶段，基于头钉和主钉的位置，利用3D打印的骨模型进行多次手工实验，熟悉手术过程并最终确定最优的入钉深度和位置；最后在具体手术过程中，医生需手工控制入钉的深度和角度，然后对植入钉的位置进行粗调和细调，然而对植入钉进行细调时会出现类似于深度过深、角度有略微偏差等不可避免的情况，而在进行该手术时应尽量减少该情况的发生，所以该手术对医生的操作熟练度要求较高，往往极度依赖主刀医师的经验。因此传统的髓内钉植入手术过程并不能达到期望的精度和理想的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种髓内钉的自主入钉装置及方法，不依赖于医生的纯手工操作，借助磁定位技术和自主入钉装置，实现髓内钉植入手术的精准化和自动化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种髓内钉的自主入钉装置，包括：手术操作控制平台、手术可视化模块、深度相机、磁定位模块、计算单元、驱动单元和机械臂模块；定义若干手术关键位置，根据关键位置得出相应参数送至手术操作控制平台，深度相机获取机械臂及手术台相关位置数据送至手术操作控制平台，手术操作控制平台处理数据后下发相应控制信号计算单元，计算单元分析并处理数据提供运动轨迹给驱动单元，经驱动单元部署后，机械臂模块协同运动实现具体手术操作，磁定位模块将实时采集到的医疗器械位姿信息送至手术可视化模块，手术可视化模块处理实时信息后实现手术过程的可视化。

优选的，磁定位模块包括电磁发生器和电磁定位附件，电磁发生器持续生成电磁感应磁场，电磁定位附件嵌入医疗器械中，电磁定位附件接触到该静态电磁感应磁场后实时返回其位置信息和姿态信息。

优选的，机械臂模块包括机械联动模块和末端指定模块；机械联动模块为六自由度，由三个空间移动单元和一个旋转单元组成，每个空间移动单元包括一个机械关节，分别实现在空间x,y,z轴三个方向的平移操作，旋转单元由三个耦合在一起的机械关节组成，实现在空间x,y,z轴三个方向的旋转操作；末端指定模块由可拆卸的医疗器械组成，根据手术需求更换手术器械，满足不同手术阶段的器械需求。

相应的，一种髓内钉的自主入钉方法，包括如下步骤：

步骤1、执行主钉的预入钉过程，实现期望入钉位姿的自主匹配；

步骤2、主钉位置确定后，进行头钉的入钉过程，实现髓内钉的自主插入和调整。

优选的，步骤1中，执行主钉的预入钉过程具体包括如下步骤：