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),影響肢體運動。目前,對于這類骨折的治療,多采用開放式手術。但是,開放式手術會造成椎體、肌肉和局部神經(jīng)的損壞,術后恢復時間長甚至難以恢復。微創(chuàng)手術具有創(chuàng)口小、出血少、恢復快的優(yōu)點,但由于椎弓根通道狹長、椎體內部空間狹小,傳統(tǒng)的微創(chuàng)器械無法靈活完成椎內操作,因此,針對B型腰椎爆裂骨折的微創(chuàng)手術方法和器械仍較為罕見。本文提出了一種椎體限域空間內的骨折復位微創(chuàng)手術器械。該手術器械是一種多自由度的主從式操作的微創(chuàng)椎內復位鉗。它可以從細長的椎弓根通道進入傷椎內部,在椎體3-4cm~3的限域空間內完成椎管減壓和后壁重建。本文具體研究內容如下:(1)針對手術實際要求,提出該骨折復位微創(chuàng)手術器械的設計需求,確定了基于絲傳動的多自由度的微創(chuàng)手術器械的三維模型。通過對絲傳動系統(tǒng)的設計布局避免了各關節(jié)之間的運動耦合。通過張緊機構的設計滿足了器械裝配要求和鋼絲繩預緊要求。通過選用課題組研制的微結構夾鉗頭,使手術器械在手術過程中夾持更加可靠。通過對步進電機、驅動器、控制器等重要元器件的選型,確定了微創(chuàng)手術系統(tǒng)的總體控制方案。(2)基于D-H參數(shù)法對手術器械進行了正運動學分析,對多自由度手術器械進行了運動學建模,通過仿真驗證了正運動學分析的合理性。用解析法對手術器械進行了逆運動學求解,得出各關節(jié)變量的解析表達式,并驗證了逆運動學求解正確。最后對手術器械的工作空間進行分析并繪制了夾鉗頭的末端軌跡圖,證明該器械在運動中滿足椎體限域空間的尺寸要求。(3)在完成整個手術器械構型設計的基礎上,制備了手術器械樣機,搭建了骨折復位微創(chuàng)手術器械的控制系統(tǒng)。用操作手柄對手術器械進行了各個自由度功能的驗證,并觀察各個關節(jié)自由度的耦合狀況。搭建了實驗平臺對三種夾鉗齒與骨塊間的摩擦系數(shù)和滑脫系數(shù)進行了測定,驗證了微結構復位鉗齒的可靠性。最后將骨折復位微創(chuàng)手術器械安裝在三坐標直線導軌劃線機上進行胸腰椎爆裂骨折手術體外模擬實驗。結果表明設計的骨折復位手術器械能夠在椎體狹小的空間內靈活可靠地夾取碎骨。本文設計的椎體限域空間內的骨折復位微創(chuàng)手術器械采用主從式遠距離操作,可以在椎體內靈活運動,完成椎管減壓椎體。該器械為采用微創(chuàng)手術方法治療B型胸腰椎爆裂骨折提供了初步的研究基礎。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH781
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 脊柱骨折手術簡介及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 脊柱開放手術
        1.2.2 脊柱微創(chuàng)手術
        1.2.3 微創(chuàng)手術治療現(xiàn)存問題
    1.3 機器人手術器械研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外微創(chuàng)手術機器人手術器械發(fā)展狀況
        1.3.2 國內微創(chuàng)手術機器人手術器械發(fā)展狀況
        1.3.3 微創(chuàng)手術機器人現(xiàn)存問題
    1.4 本文研究意義與研究內容
2 骨折復位微創(chuàng)手術器械的設計
    2.1 引言
    2.2 手術需求分析
    2.3 微創(chuàng)手術器械方案設計
        2.3.1 自由度配置方案設計
        2.3.2 傳動方式方案設計
    2.4 微創(chuàng)手術器械的結構設計
        2.4.1 器械結構設計
        2.4.2 夾鉗頭設計
        2.4.3 微創(chuàng)手術器械總體模型
    2.5 微創(chuàng)手術器械控制方案設計
    2.6 控制系統(tǒng)的具體選型
        2.6.1 步進電機選型
        2.6.2 驅動器選型
        2.6.3 處理器選型
        2.6.4 主手選型
    2.7 本章小結
3 微創(chuàng)手術器械的運動學分析
    3.1 引言
    3.2 運動學理論
        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 運動學分析
        3.3.1 正運動學分析
        3.3.2 逆運動學分析
        3.3.3 工作空間分析
    3.4 本章小結
4 微創(chuàng)手術器械在爆裂骨折重建中的應用
    4.1 引言
    4.2 骨折復位微創(chuàng)手術器械樣機研制
    4.3 各關節(jié)運動驗證試驗
        4.3.1 上夾鉗開合運動
        4.3.2 下夾鉗開合運動
        4.3.3 腕部旋轉運動
        4.3.4 操作桿自轉運動
    4.4 夾鉗齒可靠性的驗證
    4.5 仿人椎骨骨折重建實驗
    4.6 本章小結
5 總結與展望
    5.1 總結
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2841739