基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统

1.基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统，它由工业控制计算机(1)、手术床(2)、C形臂X光机(3)、导航机器人(4)组成；C形臂X光机(3)、导航机器人(4)分别安置在手术床(2)的左右两侧，并使C形臂X光机(3)的工作空间、导航机器人(4)的工作空间与手术床(2)的工作空间相重合；手术床(2)的控制数据输出输入端连接工业控制计算机(1)的控制数据输入输出端，C形臂X光机(3)的控制数据输出输入端、图像数据输出端分别连接工业控制计算机(1)的控制数据输入输出端、图像数据输入端，导航机器人(4)的控制数据输出输入端连接工业控制计算机(1)的控制数据输入输出端；其特征在于所述手术床(2)由运动控制卡(2-1)、横向移动装置(2-2)、纵向移动装置(2-3)、垂直升降移动装置(2-4)、床面(2-5)组成；纵向移动装置(2-3)的下端面连接在横向移动装置(2-2)的上端面上，垂直升降移动装置(2-4)的下端面连接在纵向移动装置(2-3)的上端面上，床面(2-5)的下端面连接在垂直升降移动装置(2-4)的上端面上；运动控制卡(2-1)的三个数据控制输出输入端分别连接横向移动装置(2-2)、纵向移动装置(2-3)、垂直升降移动装置(2-4)的数据控制输入输出端，运动控制卡(2-1)的受控端连接工业控制计算机(1)的控制数据输入输出端。
2.根据权利要求1所述的基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统，其特征在于所述C形臂X光机(3)由图像采集卡(3-1)、X光机头(3-2)、伺服运动控制卡(3-3)、横向移动装置(3-4)、纵向移动装置(3-5)、垂直升降移动装置(3-6)、水平转动装置(3-7)、垂直转动装置(3-8)、C形臂转动装置(3-9)组成；纵向移动装置(3-5)的下端面连接在横向移动装置(3-4)的上端面上，垂直升降移动装置(3-6)的下端面连接在纵向移动装置(3-5)的上端面上，水平转动装置(3-7)的下端面连接在垂直升降移动装置(3-6)的上端面上，垂直转动装置(3-8)的下端面连接在水平转动装置(3-7)的上端面上，C形臂转动装置(3-9)的外侧连接在垂直转动装置(3-8)的一个侧端，X光机头(3-2)连接在C形臂转动装置(3-9)的C形臂的两端的端头上；X光机头(3-2)的图像输出端连接图像采集卡(3-1)的图像输入端，图像采集卡(3-1)的图像数据输出端连接工业控制计算机(1)的图像数据输入端，伺服运动控制卡(3-3)的六个数据控制输出输入端分别连接横向移动装置(3-4)、纵向移动装置(3-5)、垂直升降移动装置(3-6)、水平转动装置(3-7)、垂直转动装置(3-8)、C形臂转动装置(3-9)数据控制输入输出端，伺服运动控制卡(3-3)的控制数据输入输出端连接工业控制计算机(1)控制数据输入输出端。

基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统\n技术领域\n本发明涉及一种医疗系统，具体是一种基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统。\n背景技术\n在80年代早期引进的带锁髓内钉技术大大扩展了髓内钉治疗的适应症。带锁髓内钉是一种能达到近端和远端碎片良性固定的较好方法，能够满足粉碎性骨折、近端及远端骨折的固定要求，可有效避免旋转、侧移、成角及分离的发生，手术效果好，得到了不断的推广。带锁最常见的方式是用穿过一侧皮质层的螺钉，通过钉子上的一个孔，锁住远端的皮质。静力型固定髓内钉在远端与近端均须与骨固定。目前，在手术中一般采用外部瞄准器的带锁方式，即通过外部瞄准器找正髓内钉近端和远端的锁孔，在瞄准器套管的导引下，完成钻孔和锁钉操作。由于髓内钉插入骨髓腔后承受了相当的弯力和扭转力，尤其在不扩髓手术中受力情况更加恶劣，致使髓内钉产生变形，外部瞄准器与髓内钉的相对位置关系发生变化，通过瞄准器套管无法锁定髓内钉上的锁孔。出现这种情况时，医生不得不在X光机直接照射下找正锁孔，完成锁钉，有时需要重复多次才能成功。这对医生和患者都产生了不利的影响。另外不同厂家的瞄准器只能锁定自己厂家的髓内钉，不具备通用性，造成了应用的局限性。\n发明内容\n本发明的目的是提供一种基于图像导航的机器人辅助带锁髓内钉锁定系统。本发明可解决现有系统中要在X光机直接照射下找正锁孔，并多次重复才能成功的缺点。本发明由工业控制计算机1、手术床2、C形臂X光机3、导航机器人4组成；C形臂X光机3、导航机器人4分别安置在手术床2的左右两侧，并使C形臂X光机3的工作空间、导航机器人4的工作空间与手术床2的工作空间相重合；手术床2的控制数据输出输入端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端，C形臂X光机3的控制数据输出输入端、图像数据输出端分别连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端、图像数据输入端，导航机器人4的控制数据输出输入端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端；所述手术床2由运动控制卡2-1、横向移动装置2-2、纵向移动装置2-3、垂直升降移动装置2-4、床面2-5组成；纵向移动装置2-3的下端面连接在横向移动装置2-2的上端面上，垂直升降移动装置2-4的下端面连接在纵向移动装置2-3的上端面上，床面2-5的下端面连接在垂直升降移动装置2-4的上端面上；运动控制卡2-1的三个数据控制输出输入端分别连接横向移动装置2-2、纵向移动装置2-3、垂直升降移动装置2-4的数据控制输入输出端，运动控制卡2-1的受控端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端。工作原理：患者躺在手术床2上，医生将髓内钉插入患者断骨的骨髓腔中，医生遥控操作C形臂X光机3拍摄断骨的X光照片，由工业控制计算机1对X光照片进行处理，获得锁孔的位置和姿态信息，工业控制计算机1将锁孔的位置和姿态信息传递给导航机器人4，导航机器人4进行锁孔定位，由医生或导航机器人4自动进行钻孔，然后锁钉。本发明能一次性确定锁孔的位置，能避免医护人员在髓内钉发生变形时要在X光长时间照射下工作，能全自动或人机配合完成手术过程，具有通用性，手术时间短，并能实现远程手术。\n附图说明\n图1是本发明的系统结构示意图，图2是本发明的整体结构主视图，图3是本发明的整体结构俯视图，图4是手术床2的电路结构示意图，图5是C形臂X光机3的电路结构示意图，图6是手术床2的机械结构示意图，图7是C形臂X光机3的机械结构示意图。\n具体实施方式\n结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7说明本实施方式，本实施方式由工业控制计算机1、手术床2、C形臂X光机3、导航机器人4组成；C形臂X光机3、导航机器人4分别安置在手术床2的左右两侧，并使C形臂X光机3、导航机器人4的工作空间与手术床2的工作空间相重合；手术床2的控制数据输出输入端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端，C形臂X光机3的控制数据输出输入端、图像数据输出端分别连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端、图像数据输入端，导航机器人4的控制数据输出输入端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端；所述手术床2由运动控制卡2-1、横向移动装置2-2、纵向移动装置2-3、垂直升降移动装置2-4、床面2-5组成；纵向移动装置2-3的下端面连接在横向移动装置2-2的上端面上，垂直升降移动装置2-4的下端面连接在纵向移动装置2-3的上端面上，床面2-5的下端面连接在垂直升降移动装置2-4的上端面上；运动控制卡2-1的三个数据控制输出输入端分别连接横向移动装置2-2、纵向移动装置2-3、垂直升降移动装置2-4的数据控制输入输出端，运动控制卡2-1的受控端连接工业控制计算机1的控制数据输入输出端；上述结构使手术床2能够在三维空间自由移动；C形臂X光机3由图像采集卡3-1、X光机头3-2、伺服运动控制卡3-3、横向移动装置3-4、纵向移动装置3-5、垂直升降移动装置3-6、水平转动装置3-7、垂直转动装置3-8、C形臂转动装置3-9组成；纵向移动装置3-5的下端面连接在横向移动装置3-4的上端面上，垂直升降移动装置3-6的下端面连接在纵向移动装置3-5的上端面上，水平转动装置3-7的下端面连接在垂直升降移动装置3-6的上端面上，垂直转动装置3-8的下端面连接在水平转动装置3-7的上端面上，C形臂转动装置3-9的外侧连接在垂直转动装置3-8的一个侧端，X光机头3-2连接在C形臂转动装置3-9的C形臂的两端的端头上；X光机头3-2的图像输出端连接图像采集卡3-1的图像输入端，图像采集卡3-1的图像数据输出端连接工业控制计算机1的图像数据输入端，伺服运动控制卡3-3的六个数据控制输出输入端分别连接横向移动装置3-4、纵向移动装置3-5、垂直升降移动装置3-6、水平转动装置3-7、垂直转动装置3-8、C形臂转动装置3-9数据控制输入输出端，伺服运动控制卡3-3的控制数据输入输出端连接工业控制计算机1控制数据输入输出端；上述结构使C形臂X光机3具有六个自由度的运动功能。工业控制计算机1选用的型号是研华PCA-6006，导航机器人4选用的型号是日本Motoman公司的SV3，运动控制卡2-1选用的型号是HIT6502，横向移动装置2-2、纵向移动装置2-3、垂直升降移动装置2-4选用的步进电机型号全是意大利MAE公司的HN3451，图像采集卡3-1选用的型号是大恒Video-PCI-XR，X光机头3-2选用型号是西安恒星NOVATR60，伺服运动控制卡3-3选用的型号是HIT6505，横向移动装置3-4、纵向移动装置3-5、垂直升降移动装置3-6、水平转动装置3-7、垂直转动装置3-8选用的步进电机的型号全是松下MHMA052C，C形臂转动装置3-9选用的步进电机的型号是松下MHMA042C。