[实用新型]多自由度颅骨外科手术磨削实验平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种颅骨外科手术磨削加工领域的实验装置及其磨削温度和磨削力测量装置，具体的为一种多自由度颅骨外科手术磨削实验平台。

背景技术

磨骨是神经和骨科手术的一个必不可少的程序，临床上常用高速微型砂轮去除骨病理。神经外科医生通常使用内窥镜扩大鼻内的方法，通过鼻孔作为通道来治疗颅底病变的病人。然而，高速磨削产生大量的热，导致骨坏死和周围组织的热损伤，对组织的凝血功能也有一定的影响，临床上常用生理盐水做冷却液减少热量的产生。磨削热损伤得到临床上公认的关注，因为在磨削过程中不能确定温度从而不能控制热损伤的程度。Kondo等人指出，在浇注式生理盐水冷却方式下，热损伤的最高临界温度是43℃，高于43℃时，视神经就会受到损伤，严重时会导致失明。涉及到骨磨削，面部瘫痪和股骨头坏死也是骨科手术中普遍存在的一个问题。因此，在磨骨手术中，对温度的控制直接关系到手术的成败。

磨削力也是磨削过程中重要的磨削参数，磨头磨削颅骨时就会产生磨削力。磨削力过小时，不能有效将病理骨去除，因而达不到理想的手术效果；磨削力过大时，又会对周围组织造成不必要的伤害和导致磨削温度过高。因此，磨削力同样是决定手术成功与否的关键因素。目前外科颅骨磨削的器械为手持式磨削装置，手术时须凭借医师个人丰富的临床经验与手部感觉来判断磨削力及磨削温度，若是经由缺乏丰富经验的医师执行时，稍有不慎有可能在外科颅骨磨削时磨削力超过周围组织的临界承受力和临界磨削温度而伤及头骨下方的脑膜及神经组织。

经检索，已有专利号为ZL201310277636.6的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，该装置公开了一种控制精确度高，可有效避免对脑组织的机械损伤的技术。该机械臂磨削夹持装置具有3个旋转、3个移动共计6个自由度，可实现任意位姿的颅骨外科手术操作，解决了传统的手持式手术装置工作空间大、手术操作难度高、手术效率低、会给患者带来不必要的附加损伤的问题。该装置主要借助先进的手术器械来操作，用六自由度自动调节机械臂以及安装在机械臂前端的夹持装置，在治疗效果、减轻痛苦、恢复周期、医疗成本等方面具有明显优势。但是该装置没有磨削温度和磨削力的检测装置，从而不能控制磨削过程中温度和力的变化，而磨削温度和磨削力又是决定手术成功与否的关键因素，因此，该装置尚有值得改进之处。

专利号为ZL201310030327.9的外科手术颅骨磨削温度在线检测及可控手持式磨削装置，公开了一种通过监测骨磨削的声发射信号来调整砂轮转速，降低磨削骨过程中的磨削温度，从而有效避免对脑组织的热损伤的技术。它包括壳体，壳体前端安装砂轮，砂轮通过传动装置与直流电机连接，在砂轮与壳体连接处设有声发射传感器，它通过导线与壳体内设置的信号分析处理模块连接，信号分析处理模块分别与反馈装置和显示及报警装置连接，直流电机通过反馈装置经控制开关与直流电源连接；信号分析处理模接收声发射传感器检测的骨磨削时的声发射信号，判断是否出现过热情况，通过反馈装置控制直流电机的转速。但是该装置没有磨削力的检测装置，同样值得改进。

但已公开的专利都没有解决输入参数，比如磨头转速、进给量、冷却方式在实际外科临床手术中对磨削力和磨削温度的影响，不能很好的预测输入参数和磨削结果的数学关系，不能对临床实践具有实际的指导意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就是解决在颅骨磨削过程中颅骨温度和所受磨削力的不可知问题，通过搭建多自由度颅骨外科手术磨削实验平台，精确测量磨削温度及磨削力，以给临床实践提供指导。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多自由度颅骨外科手术磨削实验平台，它包括：

三自由度平台，工件置于三自由度平台上，并由磨削力测量装置在另外三个自由度上固定；

磨削力测量装置将采集的磨削力信息送入信息采集装置；

磨削温度测量装置也与工件连接，将采集的温度信息送入另一信息采集装置；

磨削系统包括电主轴和与电主轴连接的磨头，电主轴的外壳与角度调整装置连接，以调整磨削角度，同时角度调整装置也安装在三自由度平台上，并在Y、Z方向运动；

微量润滑系统将压缩空气和生理盐水冷却后混合，以喷雾的形式通过喷嘴对磨头与工件的磨削区域提供润滑；

三自由度平台、各信息采集装置、数据分析装置、微量润滑系统以及电主轴均由控制装置控制。

所述三自由度平台包括三自由度平台底座，在三自由度平台底座两侧分别安装三自由度平台支座，在两个三自由度支座的同侧端分别安装立杆导轨；