B型胸腰椎爆裂性骨折是指垂直外力作用在腰椎體上使椎板后壁發(fā)生爆裂性破碎的骨折。破碎的骨片會侵入椎管,壓迫脊神經(jīng),影響肢體運(yùn)動。目前,對于這類骨折的治療,多采用開放式手術(shù)。但是,開放式手術(shù)會造成椎體、肌肉和局部神經(jīng)的損壞,術(shù)后恢復(fù)時(shí)間長甚至難以恢復(fù)。微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)口小、出血少、恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn),但由于椎弓根通道狹長、椎體內(nèi)部空間狹小,傳統(tǒng)的微創(chuàng)器械無法靈活完成椎內(nèi)操作,因此,針對B型腰椎爆裂骨折的微創(chuàng)手術(shù)方法和器械仍較為罕見。本文提出了一種椎體限域空間內(nèi)的骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械。該手術(shù)器械是一種多自由度的主從式操作的微創(chuàng)椎內(nèi)復(fù)位鉗。它可以從細(xì)長的椎弓根通道進(jìn)入傷椎內(nèi)部,在椎體3-4cm~3的限域空間內(nèi)完成椎管減壓和后壁重建。本文具體研究內(nèi)容如下:(1)針對手術(shù)實(shí)際要求,提出該骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械的設(shè)計(jì)需求,確定了基于絲傳動的多自由度的微創(chuàng)手術(shù)器械的三維模型。通過對絲傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局避免了各關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動耦合。通過張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足了器械裝配要求和鋼絲繩預(yù)緊要求。通過選用課題組研制的微結(jié)構(gòu)夾鉗頭,使手術(shù)器械在手術(shù)過程中夾持更加可靠。通過對步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器、控制器等重要元器件的選型,確定了微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的總體控制方案。(2)基于D-H參數(shù)法對手術(shù)器械進(jìn)行了正運(yùn)動學(xué)分析,對多自由度手術(shù)器械進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)建模,通過仿真驗(yàn)證了正運(yùn)動學(xué)分析的合理性。用解析法對手術(shù)器械進(jìn)行了逆運(yùn)動學(xué)求解,得出各關(guān)節(jié)變量的解析表達(dá)式,并驗(yàn)證了逆運(yùn)動學(xué)求解正確。最后對手術(shù)器械的工作空間進(jìn)行分析并繪制了夾鉗頭的末端軌跡圖,證明該器械在運(yùn)動中滿足椎體限域空間的尺寸要求。(3)在完成整個(gè)手術(shù)器械構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,制備了手術(shù)器械樣機(jī),搭建了骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械的控制系統(tǒng)。用操作手柄對手術(shù)器械進(jìn)行了各個(gè)自由度功能的驗(yàn)證,并觀察各個(gè)關(guān)節(jié)自由度的耦合狀況。搭建了實(shí)驗(yàn)平臺對三種夾鉗齒與骨塊間的摩擦系數(shù)和滑脫系數(shù)進(jìn)行了測定,驗(yàn)證了微結(jié)構(gòu)復(fù)位鉗齒的可靠性。最后將骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械安裝在三坐標(biāo)直線導(dǎo)軌劃線機(jī)上進(jìn)行胸腰椎爆裂骨折手術(shù)體外模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明設(shè)計(jì)的骨折復(fù)位手術(shù)器械能夠在椎體狹小的空間內(nèi)靈活可靠地夾取碎骨。本文設(shè)計(jì)的椎體限域空間內(nèi)的骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械采用主從式遠(yuǎn)距離操作,可以在椎體內(nèi)靈活運(yùn)動,完成椎管減壓椎體。該器械為采用微創(chuàng)手術(shù)方法治療B型胸腰椎爆裂骨折提供了初步的研究基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH781
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 脊柱骨折手術(shù)簡介及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 脊柱開放手術(shù)
        1.2.2 脊柱微創(chuàng)手術(shù)
        1.2.3 微創(chuàng)手術(shù)治療現(xiàn)存問題
    1.3 機(jī)器人手術(shù)器械研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器械發(fā)展?fàn)顩r
        1.3.2 國內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人手術(shù)器械發(fā)展?fàn)顩r
        1.3.3 微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人現(xiàn)存問題
    1.4 本文研究意義與研究內(nèi)容
2 骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械的設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 手術(shù)需求分析
    2.3 微創(chuàng)手術(shù)器械方案設(shè)計(jì)
        2.3.1 自由度配置方案設(shè)計(jì)
        2.3.2 傳動方式方案設(shè)計(jì)
    2.4 微創(chuàng)手術(shù)器械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.1 器械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.2 夾鉗頭設(shè)計(jì)
        2.4.3 微創(chuàng)手術(shù)器械總體模型
    2.5 微創(chuàng)手術(shù)器械控制方案設(shè)計(jì)
    2.6 控制系統(tǒng)的具體選型
        2.6.1 步進(jìn)電機(jī)選型
        2.6.2 驅(qū)動器選型
        2.6.3 處理器選型
        2.6.4 主手選型
    2.7 本章小結(jié)
3 微創(chuàng)手術(shù)器械的運(yùn)動學(xué)分析
    3.1 引言
    3.2 運(yùn)動學(xué)理論
        3.2.1 位姿表示
        3.2.2 齊次變換
        3.2.3 廣義連桿描述
    3.3 運(yùn)動學(xué)分析
        3.3.1 正運(yùn)動學(xué)分析
        3.3.2 逆運(yùn)動學(xué)分析
        3.3.3 工作空間分析
    3.4 本章小結(jié)
4 微創(chuàng)手術(shù)器械在爆裂骨折重建中的應(yīng)用
    4.1 引言
    4.2 骨折復(fù)位微創(chuàng)手術(shù)器械樣機(jī)研制
    4.3 各關(guān)節(jié)運(yùn)動驗(yàn)證試驗(yàn)
        4.3.1 上夾鉗開合運(yùn)動
        4.3.2 下夾鉗開合運(yùn)動
        4.3.3 腕部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動
        4.3.4 操作桿自轉(zhuǎn)運(yùn)動
    4.4 夾鉗齒可靠性的驗(yàn)證
    4.5 仿人椎骨骨折重建實(shí)驗(yàn)
    4.6 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2841739